曲壳裙房对球形高层建筑风荷载影响数值

1 七、高层建筑（高耸结构）的顺风向和横风向振动 i.概述 顺风向和横风向 顺风向---抖振机制 横风向---机制复杂（高层建筑：紊流+尾流+气动弹性） 研究方法 顺风向： (1)平均风压（整体型系数）----准定常风力----随机振动方法计算--- 振动响应 (2)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不 能应用于格构式高耸结构） (3)高频动态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算 (4)气动弹性模型试验----直接获得振动响应 横风向： (1)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不 能应用于格构式高耸结构） (2)高频动态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算 (3)气动弹性模型试验----直接获得和振动响应 ii、高层建筑风压分布特性 2．1概述

精品文档 精品文档 七、高层建筑（高耸结构）的顺风向和横风向振动 i.概述 顺风向和横风向 顺风向---抖振机制 横风向---机制复杂（高层建筑：紊流+尾流+气动弹性） 研究方法 顺风向： (1)平均风压（整体型系数）----准定常风力----随机振动方法计算--- 振动响应 (2)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不 能应用于格构式高耸结构） (3)高频动态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算 (4)气动弹性模型试验----直接获得振动响应 横风向： (1)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不 能应用于格构式高耸结构） (2)高频动态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算 (3)气动弹性模型试验----直接获得和振动响应 ii、高层建筑风压分布特性

基于计算流体力学软件fluent对不同角部形状的矩形高层建筑进行三维数值风场模拟。首先,选用三种不同的湍流模型realizablek-ε,rngk-ε及雷诺应力模型(rsm),对矩形截面标准高层建筑进行数值模拟。结果表明,与风洞试验结果对比,除了分离区等流动复杂的区域外,数值模拟能够较好地反映风压分布状况。其中,雷诺应力模型由于考虑湍流各向异性的影响,与试验结果最为接近。其次,对同尺寸下的切角及倒角高层建筑进行雷诺应力湍流模型下的数值模拟。结果表明,角部处理能有效地减小风荷载。在侧风面,切角与倒角能有效抑制来流分离。在背风面,切角能减小尾流宽度与旋涡尺寸,与原模型相比,风荷载约降低15%;而倒角建筑由于较好的流线性,尾流宽度与旋涡尺寸降到最小,风荷载仅为矩形截面的65%。

第07卷第10期中国水运vol.7no.10 2007年10月chinawatertransportoctober2007 收稿日期：2007-7-11 作者简介：蔡志波男（1973—）江汉油田设计院勘察室工程师（433123） 研究方向：岩土工程 高层建筑风荷载及抗风设计 蔡志波 摘要：随着轻质高强新型建筑材料的不断涌现，高层建筑不但建筑形式变化多样，而且结构体型也朝着高大、轻 柔的方向发展。故风对高层建筑的影响越来越大。所以必须认真对待高层建筑中风荷载。本文通过简述风的起因、 风的特征、风压及

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采用可实现的k-ε湍流模型,对处于b类地貌风场中由4栋复杂体型高层建筑组成的建筑群进行了静力风荷载和风场的数值模拟,计算得出了群楼周围的流场分布和建筑表面各测点的风压,与风洞试验结果比较表明:数值模拟方法具有较好的精度,可用于两个以上的复杂体型高层建筑群楼的静力干扰研究。着重讨论了复杂体型高层建筑物之间的静力干扰效应,结果表明:串列布置时,上游建筑对下游建筑的迎风面和侧风面都有影响;而并列布置时,静力干扰作用只发生在相邻建筑物的侧风面,对相邻建筑物的迎风面影响很小;静力干扰效应随高度有显著的变化,尤其对高低错落的建筑群,表现为明显的三维效应。

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了b类地貌不同湍流积分尺度下caarc(commonwealthadvisoryaeronauticalresearchcouncil)标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大；侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现；基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小；层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%；层平均阻力系数下降5%~10%；迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.b类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.

本文对涉及两种开洞率、三种不同开洞位置和全封闭(无洞口)的八个高层建筑刚性模型的表面平均风压分布进行了风洞试验研究,并与计算流体动力学(cfd)大型商业软件fluent6.0的计算结果进行了对比分析。结果表明,开洞建筑平均风压的减少主要是受荷面积减少引起的,但其减少的比率大于开洞率。此外,借助fluent6.0对不同开洞率情况下的建筑模型进行了大量算例分析,得到了中部开洞建筑模型的平均风压系数相对值和基底弯矩系数相对值与开洞率之间的相关方程;探讨了底部开洞建筑模型洞内平均风速的增大效应与洞口大小、来流方向之间的关系。分析表明,在最不利来流风向角情况下,洞中最大平均风速可超过建筑模型顶部的远处来流风速,应引起建筑风环境设计者的关注。

立面开洞是建筑实践中的常见现象，至今，国内外有关洞口设置对高层建筑风荷载影响的研究还很少。洞口形状、位置及开洞率等都是影响建筑静力风荷载的因素，借助计算流体动力学(cfd)大型商业软件fluent6．0，进行了大量的数值模拟分析，研究了相对风压和基底倾覆力矩系数与开洞率间的关系，给出了中部和下部开口情况下的相关方程。同时探讨了底部开洞情况下。洞内风速的增大效应与洞口大小和来流方向之间的关系。所得结论可供工程研究和抗风设计参考。

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。

某沿海超高层建筑高度达350m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的cqc方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。

采用可实现的k-ε湍流模型,对处于b类地貌风场中复杂体型的双塔建筑进行了风荷载和风场的数值模拟,计算得出了建筑周围的流场分布和建筑表面各测点的风压,与风洞试验结果比较表明,数值模拟方法具有较好的精度,可用于复杂体型的双塔建筑的静力干扰研究。着重讨论了双塔建筑物之间的狭缝效应,结果表明,并列布置时,干扰作用只发生在相邻建筑物的侧风面,对相邻建筑物的迎风面影响很小,干扰作用的大小与建筑物的间距有关。

为减小高层建筑的风致阻力,本文采用数值模拟方法研究了全高吸气控制下高层建筑的风荷载减阻性能,分析了吸气孔位置、吸气角、开孔宽度和吸气流量系数等参数对风荷载减阻和分离控制的影响规律.结果表明:吸气流量系数越大,减阻效果越好,本文吸气角为15°、吸气流量系数为-0.0686时模型的阻力折减系数cdr达到0.523;而吸气角和开孔大小对cdr的影响较小.因此影响吸气控制减阻效果的直接因素是吸气流量系数,即减阻性能取决于吸气对边界层中低速流体的无量纲卷吸流量.讨论了吸气所消耗的功率及其产生的反作用力,并提出了实现"零阻力系数"和"零基底弯矩"的可能性.最后给出了全高吸气模型的风压折减系数关于吸气流量系数的经验公式,为高层建筑吸气控制的实际应用提供参考.

第23卷第7期vol.23no.7工程力学 2006年7月july2006engineeringmechanics93 ——————————————— 收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14 基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50321003)；教育部“高等学校骨干教师资助计划”联合资助 作者简介：*顾明(1957)，男，江苏兴化人，教授，博导，长江学者，主要从事结构抗风研究(e-mail:minggu@mail.tongji.edu.cn)； 叶丰(1977)，男，江西上饶人，博士生，主要从事结构抗风研究。 文章编号：1000-4750(2006)07-0093-06 高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征 *顾明，叶丰 (同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092) 摘

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。

工程力学97 0 50 100 150 200 250 300 0.02.0x1094.0x1096.0x1098.0x1091.0x1010 顺风向弯矩/(n·m) he ig ht /m 均值 背景分量 共振分量 总量 0 50 100 150 200 250 300 0.03.0x1096.0x1099.0x1091.2x1010 横风向弯矩/(n·m) he ig ht /m 背景分量 共振分量 总量 图3选定建筑在d类风场中的弯矩响应 fig.3bendingmomentofbuildinginterraincategoryd 3.2响应和广义阵风效应因子随风速的变化特征 本节讨论响应和ggef随风速的变化。计算了 不同风速下所选建筑在b类风场中的顺、横风向的

详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量,给出了相应的计算公式;还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式,提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法,并讨论了计算背景分量的qml法和lrc法的差异。最后,以一典型高层建筑为算例,讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。

高层建筑结构风荷载数值模拟研究

基于某典型高层建筑详细的风洞试验结果,计算分析了该结构的基础等效静风荷载及结构顶部峰值加速度响应,与前期的风洞试验结果相对比,评估了不同风洞试验条件和周边建筑对试验结果的影响,获得的结果可以用于此结构的抗风设计以及居住者舒适度评估。

高层建筑局部构件的风荷载效应——高层建筑中局部构件的质量在总体结构分析时，往往作为静荷载加到各层楼面，这在动力分析中相当于局部构件与主体刚结，与实际情况比较吻合。尽管它们之间可有弹性变形，但这种变形状态对于主体结构的动力特性的影响极其微小。因...