基于CFD数值模拟的高层建筑风荷载研究

针对某高层建筑,运用计算流体力学方法对其表面及周围风荷载分布情况进行了数值模拟,并监测了迎风面上测点的平均风压,用于得到其风荷载体型系数,并与规范比较,分析了其风压分布规律,可为高层建筑设计提供相关参考。     

双子楼表面风压及风环境模拟

根据建筑物在边界层风洞中动态测压试验结果,绘制了表面风压系数的等值云图,分析其分布的情况.数值模拟显示,较好地反映了复杂高层建筑的周围流线和表面风压的分布情况,考虑了相邻一幢高层建筑对风压分布的影响,原有建筑的时均流线分布,尤其是涡流的数目和尺度以及建筑表面的时均风压分布,均发生了较明显的改变.     

自然气流条件下单、双栋建筑三维风场对比模拟研究

在建筑结构特别是高层结构中,风荷载对结构的安全性与适用性有重要影响。为探究风荷载对高层建筑的影响以及周边建筑的风场绕流特性,采用数值模拟的方法,在标准k-ε模型的基础上,对单栋建筑和双栋相同尺寸的建筑静态绕流风场进行了对比分析,得出了建筑物表面风压分布及周围建筑的风场分布情况,为城市的中高层建筑规划、风环境评估以及高层建筑设计提供了理论依据。     

建筑表面风载的计算机模拟

采用离散化的数值方法对建筑周围的流动风场及建筑表面风压进行了数值模拟。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型,采用控制容积法实现了微分方程的离散,压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。对一两维房屋模型的周围风速和表面风压进行了实例模拟计算,模拟结果与风洞试验结果作了比较。     

超高层建筑风荷载数值模拟研究

针对某超高层建筑,采用流体动力学计算软件对其弹性模型的风荷载进行了数值模拟,选用剪切应力输运模型SST对建筑周围的风场进行了模拟,得出了流固耦合条件下该建筑表面的风压分布以及风压时程数据,最终得出该建筑物的位移时程曲线。     

稳态冲击射流作用下平地及坡地高层建筑的风荷载特性

现行规范的设计风荷载以普通大气边界层风场为主,其平均风剖面为指数型或对数型。下击暴流风场的典型风剖面与普通边界层风场差异很大。基于稳态冲击射流试验和数值模拟分析,考虑平地与坡地两种地形以及坡地坡度的影响,研究冲击射流风场中的高层建筑物表面风压分布特性与风荷载情况。风洞试验和数值模拟结果表明：冲击射流风场中建筑表面风压分布不同于大气边界层风场,迎风面最大风压出现在建筑下部;坡地上建筑物迎风面风压小于同等情况下平地上建筑物迎风面风压,而在侧面和背风面则呈现出相反的规律。对不同坡度坡地上的模型分析结果表明,随着坡地坡度的增大,建筑迎风面风压逐渐减小。     

复杂环境下组合形体大悬挑建筑的风压和风效应分析

针对实际工程,构建复杂大跨空间结构三维模型.采用基于雷诺应力平均法的SST k-ε湍流模型,运用FLUENT软件数值模拟结构周围风场绕流,计算不同风向角下的结构风压系数和风载体型系数.基于ANSYS软件建立结构有限元力学模型,施加数值模拟所得的风压时程和风载体型系数,计算分析结构风致动力响应,与风洞实验的结果进行对比分析,得到结构表面的风压分布和结构竖向反力.     

七里河体育场罩棚风压分布数值模拟研究

以兰州市七里河体育场为工程背景,基于ANSYS-CFX 19.0软件平台,采用SST k-ω湍流模型对体育场罩棚12个风向角下表面风压分布特性进行了数值模拟,分析了风向角和周围建筑物对风压分布的影响,获得了罩棚表面风压分布的规律,并探讨了罩棚周围流场的绕流特性,最后根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的分区风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法。结果表明：周边干扰建筑物对体育场中心周围的风场和表面风压有明显的影响,数值模拟结果符合钝体绕流规律;风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同;屋面最大负风压区出现在沿风向的屋面前缘角部,且迎风向前端出现正压区,模拟结果可供实际工程采用。     

浙江省村镇房屋风压分布规律的数值模拟与分析

基于Navier-Stokes时均方程和可实现的k-s湍流模型,对村镇房屋表面风压进行数值计算.根据数值模拟计算值和缩尺风洞试验值的对比,验证了风压数值计算结果的适用性,并在模拟计算基础上分析了房屋表面风压分布的特征和几何尺寸对风压系数的影响.针对浙江省几种常见类型村镇民房的体型特点,对实体建筑建模数值计算后,初步总结了房屋周围来流速度风场及房屋表面的风压分布情况,并给出部分我国规范未涉及的房屋表面风荷载体型系数值.供工程设计时参考使用.     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

采用数值模拟方法对一处于设计方案阶段的球形高层建筑的表面风压及周围风流场进行了计算分析,获得了该类建筑与典型钝体高层建筑所不同的风压分布特性及周围风流场特性,例如球面背风区下侧的对称涡漩脱落现象,背风区中心线附近的局部正压作用等。在对不同风向角下的风压分布规律进行分析的基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利截面上的风压系数分布曲线,为该建筑方案抗风性能的鉴定及最终方案的确定提供了依据。     

Non‐Gaussian characteristics and extreme distribution of fluctuating wind pressures on large cylindrical–conical steel cooling towers

Large cylindrical–conical steel cooling tower (SCT) represents a new configuration of cooling tower, and its wind load distribution pattern and forming mechanism are very different from those of the traditional hyperbolic cooling towers. Large eddy simulation was used for the numerical simulation on a superlarge cylindrical–conical SCT that exceeds the specification limit, which is also the highest (189 m) SCT under construction in Asia. The surface flow field and time history of 3‐D aerodynamic force were obtained for the cylindrical and conical parts, respectively. Comparison with the measurements of other large cooling towers and the results of wind tunnel test confirmed the validity of the numerical simulation. Then, based on the probability density distribution and spatial correlation of representative measuring points, regions of non‐Gaussian distribution were identified. The forming mechanism of non‐Gaussian wind pressure distribution was revealed from the perspective of the correlation of non‐Gaussian distribution versus flow separation and eddy motion. The criteria for classifying the region of non‐Gaussian distribution for the cylindrical and conical parts were analyzed, respectively. Research shows that the wind pressures in the windward regions of conical and cylindrical parts obey Gaussian distribution; however, the wind pressures from the region of extreme negative pressure to the region of flow separation are largely non‐Gaussian and the wind pressures of the conical part are generally non‐Gaussian in the leeward region. Finally, the three algorithms for calculating the extreme values of wind pressure were used, namely, peak factor method, improved peak factor method, and Sadek–Simiu method. The distribution patterns of peak factors and extreme values of wind pressure in SCT towers were analyzed comparatively. The 2‐D formulae for fitting the extreme values of wind values for the cylindrical and conical parts were derived by nonlinear least square method. Moreover, strategy for value determination was also presented. The present research aimed to strengthen the understanding of the fluctuating wind pressure distribution and its forming mechanism for large cylindrical–conical SCT towers.     

对称双塔楼建筑的风荷载分布特征

本文针对双塔楼建筑风场的相互干扰作用,通过风洞试验研究塔楼的风压分布,将风压沿截面进行积分求出沿结构柱网方向的合力,然后反算出沿柱网方向的整体体型系数,实现了把风洞试验结果换算为工程设计软件直接可用的数据。本文还讨论了风对高层建筑的扭矩作用,采用扭矩放大系数来考虑风致扭矩。针对某对称双塔结构的风压分布特征获得用于指导一般性对称双塔结构设计的风压和体型系数分布规律。     

高层建筑三维非定常风场并行计算的数值模拟

为了分析风洞试验中观测到的高层建筑模型尾流有规律的漩涡脱落现象,基于计算流体动力学软件CFX和消息传递接口(MPI),利用局域网搭建了并行计算平台,实现了单台计算机无法实现的高层建筑三维非定常风场数值计算。采用剪应力模型(SST)进行数值计算,捕获到了高层建筑尾流的漩涡脱落现象,并与风洞试验数据做了比较。结果表明,三维非定常计算获得的高层建筑表面风压变化规律,较之三维定常和二维非定常计算所得的风场,能更真实地反映风场流动情况。     

建筑高度对周围风场环境影响的数值模拟

建筑风环境作为建筑节能设计的一个重要方面,其对于区域气候与局部微气候的影响都不容忽视。本文应用基于RNG k-ε模型的CFD软件数值模拟研究不同的建筑高度差对建筑周围风场环境的影响,揭示有利于风流动的建筑因素,为进一步的住区建筑规划提供思路。模拟结果显示,在来流风速一定双体建筑高度差不同时,建筑间谷区风速与形成涡旋的中心位置和大小均不同。     

厦门市高层建筑群风场的数值风洞模拟分析

针对高层建筑群的风压、风荷载的分布问题,应用数值风洞方法模拟厦门市高层建筑密集区的风场,并根据数值模拟结果分析高层建筑群静力风效应的一些基本特点。分析结果表明:风场上游的高层建筑对下游的建筑有一定的遮掩效应;当建筑物之间间距较小时,容易产生狭缝效应;在建筑群的外围,迎风面平均风压力较大。同时根据上述分析结果,提出了一些具体的设计建议。     

世博轴膜面平均风压的数值模拟研究

基于Fluent 6软件平台,利用Realizablek-ε湍流模型对世博轴大跨膜结构屋面的平均风荷载进行了数值模拟研究。首先,通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了数值模拟计算的有效性。然后,着重研究了周边建筑对膜表面平均风压分布的影响。最后,从数值模拟得到的流场信息分析了周边建筑对膜表面平均风压分布影响的机理。结果表明:周边建筑对膜表面局部风压分布有一定的影响,主要是由于上游建筑的"遮挡"改变了膜表面附近气流的流动状态,使建筑后面区域膜表面局部风压的绝对值有所减小,但随着上游建筑与膜结构之间距离的增大,这种影响逐渐减弱,并且远离上游建筑位置的膜表面风压基本不受影响。     

设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载研究

对设有外镂空装饰结构的扭转体型高层建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,分析扭转体型高层建筑风压和风荷载合力的分布特征,研究装饰结构对主体结构风压分布的影响、装饰结构自身内外表面的风压分布特点,比较有无装饰结构的扭转体型高层建筑风荷载合力。结果表明：扭转体型对主体结构的局部风压和扭矩产生较大的影响,但对主体结构X向和Y向风荷载合力的影响不大;装饰结构对主体结构迎风面和背风面的风压影响较小,但能明显减小主体结构侧风面风压的平均值和脉动效应,使得主体结构的极值负压得到降低,有利于围护结构的抗风设计;装饰结构上同一位置内外表面的平均风压非常接近,合成的净压值很小;装饰结构对于主体结构的平均风荷载影响较小,但降低了主体结构风荷载的脉动效应,对主体结构的抗风有利。     

应用CFD技术预测国家大剧院表面风压

基于定常Reynolds平均Navier-Stokes方程,采用RNG湍流模型,对中国国家大剧院穹顶在不同风向下的表面风压及周围风场进行了数值模拟。给出了0°风向角下建筑周围的流动图像和穹顶表面的压力系数分布,并分析了其基本特征。预测了不同风向下的顶部最大负压,并与风洞试验数据作了对比。计算了各个风向下的六个气动力分量,指出了它们随风向角的变化规律。     

开洞门式刚架房屋风荷载的数值模拟

结合风洞模型试验对门式刚架房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值模拟分析．通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现,开洞位置和风向角对轻钢门式刚架的风压具有显著影响,当开洞的大小一定时,越接近屋面的位置,对建筑风荷载减小的程度越大,风向角在0°到90°的范围内,随角度的增大,屋面的减压效果越来越明显等相关结论。