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。     

楔形超高层建筑风效应的大涡模拟研究

风荷载往往是超高层建筑结构安全性和舒适性的控制性荷载。本文通过大涡模拟技术并结合作者建议的一种新的湍流入口生成方法(NSRFG方法),对四种不同锥度的楔形建筑模型进行了风效应的数值模拟对比研究,以比较不同锥度对结构风荷载和风振响应的影响,及检验本文数值模拟方法的适用性。数值模拟结果表明,虽然不同锥度的建筑模型平均风压和脉动风压分布规律相似,但在结构响应方面,结构横风向峰值基底弯矩响应随模型锥度增大显著减少,表明采用适当锥度的体形可以有效地减小结构横风向气动荷载。本文数值模拟结果和风洞试验结果整体规律相符,表明结合改进的入流湍流生成技术的大涡模拟具有一定的精度,可以给超高层建筑气动外形优化研究提供有价值的参考。     

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。     

大跨度复杂屋盖结构风荷载的大涡模拟

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(Discretizing and Synthesizing Random Flow Generation)[1]模拟风场实际的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)的亚格子模型[2],基于Linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,对深圳新火车站进行了数值风洞模拟。并将屋盖的平均风压、脉动风压计算结果与风洞试验数据进行了比较,表明数值模拟很好地反映了大跨度屋盖表面风压的分布情况,由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合。表明本文的DSRFG方法以及新的大涡模拟亚格子模型的数值模拟技术是一种很好的预测大型、复杂结构表面风荷载的有效方法。并为进一步发展在复杂湍流环境下大跨度屋盖结构的风荷载数值风洞技术提供参考。     

基于结构风荷载的超高层建筑体型参数优化研究

风荷载是超高层建筑结构设计的重要控制荷载,在超高层项目的前期方案阶段进行合理的体型比选和优化,有利于合理把控风荷载从而控制方案工程造价。本研究以高宽比、宽厚比和平面外形等因素作为变化参数设计一系列研究工况,借助CFD数值模拟手段进行模拟研究,分析各参数对主体结构的平均风荷载影响,研究表明超高层建筑的体型参数存在一定的合理区间范围,建筑方案设计阶段需要风工程师提前介入辅助开展抗风优化和选型工作。     

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...     

矩形渡槽风荷载研究

采用数值模拟的方法对矩形渡槽的风荷载进行了分析,计算了不同工况下渡槽的整体风载体形系数,模拟结果表明,外形是影响渡槽整体风载体形系数的关键因素,研究结果可为渡槽的抗风设计提供参考依据。     

《建筑结构荷载规范》修订后的超高层建筑平均风荷载比较研究

基于刚性模型测压风洞试验,分别以B类和C类地貌上的两栋超高层建筑为例,对比研究了GB 50009—2001、2012《建筑结构荷载规范》中风荷载条文修改对超高层建筑整体风荷载和围护结构风压的影响。研究表明:对A、B、C和D四类地貌高度为250 m左右的超高层建筑,由《2012规范》给出的平均风荷载和极值风压,分别比《2001规范》减小了6. 9%、6. 3%、11. 7%和17. 6%。对A、C和D三类地貌,《2012规范》的调整是减小了风压高度变化系数;但对B类地貌,《2012规范》既减小了风压高度变化系数,也减小了体型系数,且它们减小程度均与离地高度有关。因此,《2012规范》在适当降低了标准场地类别的平均风荷载的同时,也适度降低了另外三类场地的平均风荷载。     

一种标准建筑模型风荷载的数值模拟分析

采用计算流体动力学软件对高层建筑刚性模型的风荷载进行了数值模拟,使用了标准k-ε模型、剪切应力输运模型SST、以及BSL雷诺应力物理模型分别对建筑物的表面风压进行了模拟,最终得出了该建筑物表面的风压分布以及测点的风压系数。     

超高层建筑基于AR法的脉动风荷载时程研究

叙述了风荷载的性质,采用线性滤波法中的AR模型,对中国铁物大厦A座的脉动风速时程进行了模拟,通过对比模拟谱和目标谱的吻合程度,验证了AR模型模拟脉动风速时程的有效性,由模拟得到的脉动风速时程计算生成作用于结构层的风荷载时程,为风振时程分析提供方便。     

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。     

超高层建筑风致响应及等效静力风荷载研究

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。     

典型超高层建筑风荷载频域特性研究

在边界层风洞中对10个典型超高层建筑模型进行了测压试验,获得了测点层的顺风向、横风向和扭转风荷载,对风荷载的功率谱、相关系数和水平、竖向相干函数进行了细致分析。得出以下结论:方形建筑阻力系数谱的峰值频率基本上与来流纵向风谱保持一致,升力系数谱的频带随着地面粗糙度的增大而变宽,能量减小,扭矩系数功率谱的能量随紊流度的增加而增加;矩形建筑长边迎风时,升力和扭矩系数谱均表现出很强的旋涡脱落特征,斯特罗哈数约为0.11,短边迎风时,升力和扭矩系数谱的频带明显变宽,峰值频率降低;升力和扭矩系数的相关性比较强,而阻力系数和升力系数、扭矩系数之间的相关性则相对小些;在旋涡脱落频率附近,升力系数和扭矩系数的相干性都明显增强。     

凹凸变化截面超高层建筑围护结构风荷载研究

基于一凹凸变化截面的刚性模型表面压力测量风洞试验结果,对超高层双塔建筑立面上测点的最不利风压系数进行了研究,分析了复杂截面及邻近的姊妹塔楼对建筑立面上围护结构风荷载的影响,得到了一些有用的结论。     

单通风层对超高层建筑风效应的数值模拟研究

在ANSYS软件中采用RNG k-ε湍流模型对设置了单个通风层的超高层建筑周围流场与风荷载特性进行了数值模拟,获得了高层建筑通风层处的风速比和建筑各立面的风压系数,给出了顺风向平均基底弯矩系数与建筑的通风层位置的表达式。数值结果表明：(1)设有通风层的建筑不易发生涡激振动现象;(2)通风层的位置对建筑的迎风面和背风面的风压都有较大的影响;(3)建筑设置通风层能够有效降低顺风向平均基底弯矩;(4)通风层设置在0.8H处最为合理。     

锥形超高层建筑脉动风荷载特性

采用同步测压技术,进行了具有不同锥率的超高层建筑刚性模型风洞试验,对该类建筑物的脉动风荷载特性进行了研究。结果表明：超高层建筑采用锥形轮廓后,延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率,横风向升力系数功率谱谱峰小幅下降,有利于缓解风荷载作用下建筑物横风向风荷载及其风致效应,这对横向风风致效应起控制性作用的超高层建筑十分重要。对比分析表明：随着建筑物锥率的增加,横风向升力系数归一化功率谱谱峰下降,功率谱带宽增大,升力系数根方差减小。但是,超高层建筑锥率的变化对顺风向阻力及扭转向扭矩影响较小。锥形超高层建筑的相关系数、相干函数的变化规律与普通棱柱形超高层建筑基本一致,但其升力以及升力与扭矩之间的相关性有所减弱,相干系数小幅增加。     

有大型中庭空间的超高层建筑风荷载试验研究

某超高层建筑高228m,在建筑中部设置大型中庭空间用于建筑的自然通风和采光等。对该建筑进行了风洞模型试验,根据试验结果分析了中庭内风压分布的特点、相关性及概率特征,并对比了有无中庭情况下结构的整体风荷载。结果表明:中庭内风压分布均匀,相关性高,其概率特征可按高斯分布进行处理,中庭的存在对结构整体风荷载没有影响。根据试验结果,并结合规范的分析,给出了中庭内风压的局部体型系数和阵风系数。     

武汉某超高层建筑静动力风荷载分析

以武汉一幢超高层钢筋混凝土剪力墙结构为研究对象,利用SAP2000结构分析软件,建立该结构的分析模型,分析了结构的动力特性以及结构在设计风荷载作用下的反应,并根据随机振动理论分析结构的风振响应。     

建筑物风荷载的数值模拟

目前,风洞实验是研究建筑物风荷载的最主要的一种方法,其合理性、可靠性已经得到了广泛的认同,但它也存在着很多不足之处,如费用高、周期长等等。近年来发展起来的建筑物风荷载数值模拟技术在这方面表现得非常活跃,国内外研究者们已经取得了令人鼓舞的成绩,但要以数值模拟取代风洞实验也尚有许多研究工作未开展或研究不透彻。随着模拟技术的发展以及计算机硬件水平的提高,数值风洞技术将具有广阔的前景。