下击暴流作用下双坡屋面建筑风荷载分布特性研究

采用RNG k-ε湍流模型模拟下击暴流场,在与已有建筑下击暴流场试验数据进行对比验证的基础上,模拟分析了下击暴流对双坡屋面建筑的风压作用;侧重考虑了建筑处于下击暴流径向最大风速位置(r/D_0=1.0)处,风向与坡角变化及有无挑檐对风压分布的影响。分析结果表明:风向与坡角的变化对表面风压有显著影响,坡角变化时,屋面风荷载体型系数最大增幅达到152.2%;随风向角增大,迎风面总体风荷载体型系数呈显著减小趋势,而背风面的负压绝对值则有较大提高,其系数变化幅度达到120.7%;因风向变化,侧风面风荷载体型系数出现261.4%的增幅;有无挑檐对建筑表面风压也产生影响,但主要表现在迎风面近挑檐区域的风压发生较大改变。     

低层四坡屋面房屋风载体型系数的分析与实用计算

利用数值模拟和风洞模型试验,获得了低层四坡屋面房屋在不同风向角下的屋面风载体型系数的实用计算公式。首先对缩尺比为1∶20的四坡屋面房屋模型(足尺为平面7.5 m×15 m,檐口高度9.6 m,挑檐长度1.5m)进行了风洞试验,再通过改变体型参数对5种屋面坡角、5种房屋高宽比和长宽比情况的屋面风压进行了数值模拟。通过对数值模拟和试验结果的分析发现,屋面坡角及房屋高宽比是影响屋面风荷载的主要因素。据此提出了屋面各分区风载体型系数的实用计算公式,并给出了计算实例,将计算结果与试验结果作了比较。结果表明,该实用公式简便准确,可直接供四坡屋面房屋抗风设计参考和应用。     

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采用CFD数值模拟技术,对处于C类地貌风场中由3栋建筑形成的单列 建筑群进行静力风荷载和风场的数值模拟. 数值模拟采用良好适应性的非结构化四面体单元 进行网格划分,侧重模拟分析了各风向角下建筑间距的改变引起面平均风压系数的改变,由 此得到了此类群体建筑表面风压系数干扰因子在各风向角下随建筑间距变化的分布规律和特 征.     

单列建筑群静力干扰效应的数值模拟

采用CFD数值模拟技术,对处于C类地貌风场中由3栋建筑形成的单列建筑群进行静力风荷载和风场的数值模拟.数值模拟采用良好适应性的非结构化四面体单元进行网格划分,侧重模拟分析了各风向角下建筑间距的改变引起面平均风压系数的改变,由此得到了此类群体建筑表面风压系数干扰因子在各风向角下随建筑间距变化的分布规律和特征.     

杭州大剧院风压分布的风洞试验研究

杭州大剧院外观造型新颖独特，由一个近似为椭球的双曲面屋盖和一个倒置的圆锥面玻璃幕墙相交形成大剧院的主体建筑的外轮廓．本文结合该主体结构的抗风设计要求，制作了1：200刚性模型进行结构表面脉动风压平均风压分布的风洞试验研究，详细介绍了风洞试验及数据处理方法，讨论了在不同风向角下椭球面屋盖和圆锥面玻璃幕墙的风压分布．为了便于整体结构设计，本文根据结构的实际情况对椭球面和圆锥面进行分块并给出相应的分块风压数据，最后根据各风向角下的风压分布特征给出了整体结构抗风设计的最不利风向角．     

双曲面屋盖的平均风压特点

通过风洞模拟实验对双曲面形屋盖的平均风荷载特点进行了研究.文中给出了屋盖的平均风荷载随风向角改变的变化特点和规律,特别讨论产生这些特点的原因及其流动机理.结果表明,在所有风向角下,双曲面屋盖除了在位于下游的边缘的挑檐位置外,都是负压分布.局部负压最大值主要出现在迎风挑檐的边缘部分.虽然屋盖的局部负压峰值随风向角改变,位置和数值变化都很大,然而,作为屋盖整体,平均风压平均值随风向角的变化很小.有关结果为类似建筑项目的风荷载设计和相应规范的制定和修改提供了有用的信息和材料.     

实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性的数值模拟研究

基于Fluent软件平台,采用雷诺应力模型(RSM),对一类实际瓦屋面双坡低矮建筑的风荷载特性进行了研究.首先通过对TTU标准模型的计算,验证了本文数值模拟方法的可行性并确定了合适的网格及计算参数.然后以实际瓦屋面双坡低矮建筑作为典型计算模型,对三种不同屋盖的体型系数进行了数值模拟,将实际瓦屋面模型与风洞试验模型进行了对比分析,并分析了不同风向下瓦片屋盖对于屋面风压的影响.结果表明,实际瓦屋面模型的风压值整体上比风洞试验简化模型的风压值要小,两模型的风压差值从0°风向到90°风向呈递减趋势,且迎风面各分块的风压差普遍大于背风面各分块的风压差.结果还表明,在各风向角下,瓦片屋盖对屋面风压的影响程度不一,且折线瓦对风压的影响相比波形瓦要大.     

平屋盖风压分布的数值模拟

基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对平屋面的风压分布进行了数值模拟,在此基础上系统研究了风向角、跨高比、地面粗糙度、风速等因素对屋面风压分布的影响,探讨了结构周围流场的绕流特性,最后根据屋面的结构形式及风压分布特点将屋面进行分区,给出了屋面在不同风向角下的分区风载体型系数以供工程设计参考。     

体育场阶梯型悬挑屋盖风荷载数值模拟研究

基于CFD数值模拟方法,采用RNG k-ε湍流模型对某体育场阶梯型悬挑屋盖风压进行了模拟研究。分析了屋盖风压分布特性及风向对风压的影响;并且考虑周边建筑对风场的扰动影响,引入风压系数干扰因子IF量化分析了周边建筑对体育场屋盖风压分布的气动干扰效应。结果表明:此类阶梯型大跨屋盖主要受风吸力作用,屋盖檐口、角部区域的风压系数量值较大;0°和180°风向角下平均风压随测点位置变化趋势大致相同,风压在台阶转折处发生突变;屋盖各区域的风载体型系数对风向角的敏感程度存在较大差异;周边建筑对屋盖风压主要起遮挡效应,对屋盖某些局部区域的风压起放大效应。     

大跨度脊谷式膜屋盖风载分布的实验研究

基于台州某风雨操场脊谷式张拉膜屋盖缩尺模型风洞试验的数据结果,选取典型测点,研究了屋面迎风前缘、过渡区及中轴区的平均风压和脉动风压系数的分布特性。同时,鉴于屋盖的不规则曲面造型,表面风压梯度变化较大,采用单一体型系数反映屋面风载已不能满足要求。文中在结合屋盖自身复杂体型和风压分布特征基础上,按各榀各边片将屋面划分为不同区域,对5个不利风向角下的区域体型系数进行统计分析,并给出各区域体型系数建议取值。最后,针对这类体型屋盖特点和风压分布特性,得出一些结论和建议,为进一步研究该类屋盖的风荷载特性和结构抗风设计提供了依据。     

高层建筑动态风干扰的瞬态风压积分法研究

提出通过在风洞试验中多通道测量刚性模型表面瞬态风压并进行积分的方法研究高层建筑的动态风干扰。模型表面的瞬态风压利用多通道同步压力测量而得到。为提高数值积分精度,测压孔位置按高斯求积节点布置。设计了表面布置有测压孔的受扰高层建筑刚性模型和三种不同高度的干扰建筑模型,研究了相同高度以及不同高度的两个高层建筑之间的顺风向和横风向动态风干扰。借助干扰因子讨论了近邻建筑的位置、距离以及楼高对受扰建筑基础动态倾覆力矩的影响规律,并与传统方法所得结果作了比较。     

高湍流度风场中两个高层建筑间的风干扰效应

来流湍流度对群体高层建筑结构间的干扰效应有很大的影响。但由于流场模拟的复杂性,以往多数干扰效应研究所用的流场均不同程度地存在湍流度低于荷载规范建议值的问题,而且多数文献主要致力于研究在郊区地貌下的建筑群体间的干扰效应,甚少详细研究高湍流度的城市中心地貌的干扰效应。本文首先用被动模拟方法较好地模拟出乎均风剖面指数为0．3的城市中心地貌而湍流度不同的4种流场,所模拟出的流场的湍流度在模型高度处分别为10％,15％,20％和26％．在此基础上用高频动态力天平技术对两个高层建筑间的静态和动态干扰效应进行了风洞试验研究。文末对城市中心地貌下两个高层建筑间的动静态干扰以及风振系数的取值提出了一些建议。     

相邻高层建筑表面风压的数值模拟

采用数值模拟方法对一幢由主楼和配楼组成的复杂高层建筑的表面风压进行了模拟计算，考虑了相邻一幢高层建筑对风压分布的影响。计算得到的风压值还与风洞试验值作了比较。结果表明，数值模拟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；同时，由于相邻建筑物的存在，使得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。     

两个相邻建筑物周围风环境的数值模拟

高层建筑物及其群体周围所引起的风环境问题正日益受到人们的重视。本文用数值模拟方法对两幢串列布置高层建筑周围的流场进行了模拟，讨论了建筑物高度、间距比等因素对风环境特性的影响。为了与两个相邻建筑物的流场进行比较，本文同时计算了单个建筑物周围流动的分布情况。数值模拟结果对揭示高层建筑群区域内再生风载荷的形成机理提供了一定的分析方法，为城市规划和高层建筑住宅小区设计提供了一定的理论参考和依据。     

基于建筑风场数值模拟的网格层块加密法

在建筑风场的数值模拟中,当前普遍采用的离散网格多是计算前一次性布置的固定网格,通常很难适应实际流场变量的变化要求.为提高数值模拟的精度,基于结构化同位网格系统及控制容积离散微分方程的方法,将适应性网格局部加密(AMR)的思想引入到采用压力校正迭代算法的建筑风场模拟中,提出了一种半自适应的层块网格加密方法.该方法可结合误差分析对误差较大的区域网格实行自动判别并实施逐层块状加密.算例分析表明,该方法能在较高的效益下提高数值解的精度.     

建筑风压数值模拟的几种并行化策略

针对四个处理机的Ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行计算机系统，建立了建筑风压数值模拟问题基于ＳＩＭ－ＰＬＥＣ算法的几种并行化策略：分区并行策略、方程并行策略和双重并行策略。对各种策略的计算流程、数据通讯及并行效率等进行了分析和比较，并通过实例计算作了验证。     

地震和风耦合作用下连体高层建筑联合易损性分析方法研究

近年来,城市地标建筑的建设中,高层连体建筑越来越受到青睐,在其服役期内不可避免地受到风和地震等多种灾害作用。而单一灾害作用下的结构失效概率低估了结构损伤乃至倒塌的可能性,迫切需要多灾害作用下的结构安全性能评价方法。本文以苏州国际会议酒店的连体高层建筑为对象,开展了地震和风耦合作用下的联合易损性分析方法研究。首先,建立了地震和风耦合作用下的多灾害易损性函数和结构性能需求函数,形成了多灾害联合易损性分析方法。随后,选取了地震动记录,开展了基于数值风洞的结构风荷载模拟,并进行了单一灾害作用下的结构易损性分析。最后,基于均匀分布抽样了100组地震和风耦合作用的荷载组合,开展了结构多灾害联合易损性分析。结果表明,结构易损性随着PGA和风速的增大而增大;相比单一灾害作用,地震与风耦合作用下,结构各破坏状态的失效概率均有所增加;当风速达40 m/s时,罕遇地震作用下结构轻微破坏、中等破坏、严重破坏和倒塌破坏的概率相比仅地震作用时分别增加了1.13%,35.67%,84.00%和98.33%。本文研究为复杂高层建筑多灾害安全性能评价提供了可用工具和参考。     

建筑风压场数值模拟中压力波动的平抑

在以同位网格为基础的简单流场压力计算中,通常采用动量插值方法来平抑流场中的压力波动现象;但是对于建筑风场等复杂的钝体绕流问题,由该平抑方法得到的收敛风压场仍可能存在小幅波动。为彻底解决同位网格格式下的压力波动,除采用动量插值方法外,本文提出了在压力校正方程的界面流速中添加压力梯度差值项的方法。算例分析表明,该方法计算得到的建筑风压场完全避免了压力波动现象,风压解与试验结果吻合良好。