低矮房屋表面平均风压的数值模拟和实测及风洞试验比较研究

基于ANSYS软件,采用Realizable k-ε,RNG k-ε和SST k-ω三种湍流模型对体型比为1.5∶1∶1低矮房屋模型迎风面、边缘及屋面的表面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,数值模拟结果与同体型比的实测房屋及风洞试验结果对比表明,数值模拟结果与实测及风洞试验结论基本吻合,验证了三种湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性,并对三种结果进行分析,研究结果能为国内低矮房屋设计提供有价值的参考。     

低矮建筑风致内压数值模拟与分析

国内外多次台风灾后调查数据显示,造成建筑物严重破坏的主要原因是由于门、窗以及围护结构突然破坏致使结构表面出现洞口后瞬间增大的风致内压与外风压的联合作用。通过应用计算流体力学软件Fluent 6.3对风致内压进行了多种工况的数值模拟。与已有模型实测结果及理论预测值的对比显示,数值模拟方法具有较高精度,证明了数值模拟应用于内风压研究的有效性,并对误差产生原因进行了详细分析。分别对0°风向角下5种单一主洞口、0°风向角下多洞口和一定面积比不同风向角等3个方面进行了模拟。当结构表面出现单一主洞口时,平均内风压系数等于洞口处外风压系数平均值。在0°风向角多洞口工况下,内风压系数随着迎风纵墙与山墙开洞面积比的增大而增大。在一定面积比不同风向角工况下,内风压系数和屋面升力均随着风向角的增大而减小。根据研究所得到的结论,建议沿海台风多发区的结构设计应考虑风致内压。     

上海世博会西班牙馆表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对处于设计方案阶段的上海世博会西班牙馆的表面风压及其周围风流场进行了计算分析,获得了该复杂体型建筑与典型规则钝体建筑所不同的风压、风荷载体型系数分布特性及周围风流场分布特点。在对不同风向角下的风压、风荷载体型系数分布规律的分析基础上,给出了建筑物在最不利风向角下的最不利区域的风压系数和风荷载体型系数分布曲线,为结构抗风设计参数的确定提出合理建议和依据。     

基于分离涡方法的TTU标准低矮建筑风压特性研究

本文以TTU标准低矮建筑模型为研究对象,分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε以及分离涡模型对低矮建筑周边风场进行数值模拟.为较好满足大气边界层的自保持性要求,对RANS模型底部和顶部边界条件进行修正,确保建筑物与大气相互作用时来流条件基本保持不变,并由新的湍流脉动流场生成方法D...     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

开洞低矮房屋屋面平均内外风压数值模拟

为研究开洞低矮房屋在台风环境下的破坏机理,基于ANSYS软件采用SST k-ω湍流模型对低矮房屋封闭、单一洞口的屋面风压分布及变化规律进行数值模拟研究,与全尺模型实测及风洞试验结果对比表明:数值模拟结果与实测及风洞试验结果基本吻合,验证了采用SSTk-ω湍流模型研究低矮房屋表面风压的可靠性;湍流度对平均内风压系数的影响随开洞位置不同而不同,屋顶开洞时,随着湍流度的增大,平均内风压系数的绝对值变小,屋面平均净风压系数增大;屋沿开洞时,随着湍流度的增大,平均内风压系数的绝对值增大,但平均净风压系数的变化不大;风向角对整体屋面平均内风压系数的影响显著,尤其是在开洞边缘区和迎风角部区域。     

预制舱变电站建筑屋面角区风荷载的数值模拟对比

对一预制舱变电站项目低矮建筑群中的综合舱建立了屋面角区无构件、附加新型三维曲面构件及传统女儿墙构件三种工况的数值风洞模型,采用SST k-ω模型模拟计算两个典型风向角下综合舱屋面角区的平均风压系数,并与风洞试验结果进行对比分析。结果表明：0°风向下,曲面构件与女儿墙构件均能有效减小屋面角区的平均风压,且效果相当;30°斜风来流风向下,曲面构件和女儿墙构件分别能将屋面角区几个风敏感测点处的平均风压系数均值减小为无构件工况下的67%和72%,表明曲面构件相比女儿墙构件,对优化屋面角区的最不利风荷载相对效果更好;虽然不同工况下屋面角区平均风压系数的数值模拟结果略小,但整体上和风洞试验规律一致,表明数值风洞方法对研究这类问题具有较好的指导作用。     

数值模拟引导下的建筑风洞试验研究

提出了采用"数值模拟引导下的风洞试验"这一新方法来研究复杂建筑结构的风荷载问题,并以内蒙古博物馆与乌兰恰特大剧院工程为例,介绍了这种方法的实现过程及其优点。通过在先进的数值模拟平台上建立适当的数值风洞模型,对建筑物在若干个主导风向角下的平均风荷载分布进行数值模拟仿真计算;参照计算结果,对结构的风压分布趋势作出科学的判断,找出最不利的风压分布区域,以对刚性模型测压风洞试验的测点布置方案进行优化,使试验能捕捉结构的最不利风荷载;最后将风洞试验结果与数值预测结果进行相互比较和验证,在此基础上给出静力风荷载的设计建议。工程应用表明,这种新方法指导的结构风荷载风洞试验研究更具有针对性,测点位置和数目得到优化而使试验方案更加合理,因此试验结果也更加可靠。     

风场中高层建筑结构风压及动力响应的数值模拟研究

采用计算流体动力学软件CFX对CAARC高层建筑刚性模型的风荷载进行了数值模拟,采用多场求解器MFX联合ANSYS与CFX对风场中的CAARC弹性模型进行了数值模拟,最终得出该模型在风场中的位移时程曲线。该方法对于考虑流固耦合的工程问题有普遍借鉴意义。     

厦门市文化艺术中心综合楼屋顶膜结构风压数值模拟

大跨屋盖结构形体多为复杂曲面,荷载规范的规定往往不能满足设计需求,风荷载的确定需借助于其他手段,而CFD数值模拟是近年来兴起的一种风荷载研究手段．本文基于FLUENT平台,对厦门文化艺术中心共享综合楼屋顶膜结构进行了数值风洞试验研究,湍流模型采用雷诺应力（RSM）模型．数值模拟结果表明,膜结构表面风压分布与其表面形状密切相关,在曲率变化大的局部区域风压变化也很剧烈,在设计时需引起相当重视．同时结合屋盖周围的流场特点,对屋盖表面平均风压的分布规律进行了分析,并根据不同风向下风压分布特性对膜结构表面进行了分区,并给出可供工程设计参考的分区风载体型系数．基于以上工作,说明CFD数值模拟为复杂工程提供辅助设计信息是可行的．     

周边建筑对低矮建筑平屋面风荷载的干扰因子

低矮建筑通常都是成群出现的,周边建筑对被包围建筑的风荷载存在干扰效应。通过刚性模型表面测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的平屋面低矮建筑表面风压系数进行测量,分析周边建筑的建筑面积密度、相对高度及排列方式对被包围建筑平屋面上的最大局部负风压及最大屋面升力的干扰因子的影响。试验结果显示,最大局部负风压的干扰因子除少数周边建筑面积密度很低或相对高度较矮时大于1.0外,多数情况下都小于1.0;所有存在周边建筑的试验工况中最大屋面升力的干扰因子总是小于1.0;两个干扰因子都随周边建筑面积密度的增大而减小;当周边建筑的相对高度小于1.0时,两个干扰因子都随周边建筑相对高度的增大而减小,但当周边建筑的相对高度大于1.0时,两个干扰因子对周边建筑相对高度的变化不敏感。基于上述试验结果,将两个干扰因子拟合成周边建筑面积密度及相对高度的函数形式,为低矮建筑的设计提供依据,为建筑结构荷载规范的修订提供参考。     

表面带凸起的圆柱形建筑风荷载数值模拟研究

黄骅港VTS雷达塔属于钢筋混凝土高耸结构,外部18根框架柱呈辐射状布置。以VTS雷达塔为背景,运用计算流体力学(CFD)方法对雷达塔结构及几个圆柱形结构的风荷载进行模拟,得到了结构表面不同凸起情况下的风场和风压分布规律。研究发现结构表面凸起的出现会直接影响风压系数分布曲线的平台区及结构尾流,负风压最大值会因为建筑物表面的凸起而大幅减小;风压系数分布曲线的平台区的宽度、正风压最大值与结构背风面尾流的状态、表面凸起高度等因素之间无明显关联。     

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。     

营口市奥体中心体育场风压分布及风环境的数值模拟研究

基于CFX10.0软件及LINUX大型并行服务器操作平台,采用剪切应力输运(SST)k-ω,模型对营口市奥体中心体育场屋盖进行了风压分布及风环境的数值模拟,得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数,并分析了屋面的风压、湍动能分布特性,比较了屋盖在各风向角下总升力,得出了最不利风向角和分区风载体型系数,同时给出了双屋盖、仅ROOF1、仅ROOF2等三种计算模型时屋盖表面的风压分布.通过分析可以得到,随着区域位置的变化.体型系数值有很大不同,且其对风向角的敏感程度也不同;位于上游风场的屋盖和下部建筑(看台)的存在对体育场内流场及下游风场屋盖表面风压分布有很大的影响.     

女儿墙对平屋面低矮建筑风荷载特性的影响

对平屋面低矮建筑进行1∶25缩尺刚性模型测压风洞试验,研究了无女儿墙工况和4种不同高度女儿墙的平屋面低矮建筑的风荷载分布规律。无女儿墙的平屋面主要承受风吸力作用,斜风向锥形涡诱导的最不利吸力区域为屋面迎风边缘角部区域,为全风向下最不利区域。女儿墙的存在可明显减小屋面的平均风吸力和极值风吸力,平均风吸力减小幅度可达150%,同时最不利平均风压系数和极小值风压系数的出现位置逐渐远离了屋面角部区域;随着女儿墙高度的增加,极值风吸力进一步减小,极值风压力增大,最大的极大值风压系数出现在尾流区;采取分区的方式给出了不同女儿墙高度的屋面体型系数建议取值。     

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。     

数值模拟低矮房屋风压中湍流模型的比较

利用有限体积法采用FLUENT软件,以国际通用的低矮建筑标准模型TTU模型为考察对象进行了湍流模型的比较,考虑了各种湍流模型对计算结果的影响,并与原型场地实测数据、实验结果进行了比较,旨在针对低矮房屋模型得出比较适用的湍流模型.     

低矮建筑表面破坏性旋涡及其诱导的风压特性研究综述

柱状涡和锥形涡是低矮建筑表面常见的两种破坏性旋涡。这两种旋涡将在屋盖表面局部诱导产生强风吸力,会使结构整体失效。因此,为减少低矮建筑的风致破坏,应对其表面旋涡及诱导的风压特性进行研究。通过调研相关文献,对旋涡形态特征、旋涡诱导的风压分布特性以及旋涡作用下强风吸力产生机理三个方面的研究现状进行了总结。结果表明：柱状涡和锥形涡在低矮建筑屋面诱导的风压分布可分别采用相应的拟合公式进行统一表达;其诱导下的风压脉动特性大多通过幅值分析（时域）和能量分析（频域）获得。为了探讨旋涡诱导下强风吸力的产生机理,基于风洞试验所测得的风压数据,研究其时域及频域特征;并结合旋涡理论,对旋涡作用机理给出间接的理论推测。此外,亦有学者通过测量旋涡截面流速,对现有旋涡模型进行改进,据此分析旋涡作用与涡下吸力的量化关系。     

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。