低矮带檐口曲面四坡建筑屋面风压数值模拟和抗风优化

采用Fluent软件与RNG(Re-normalization group) k-ε湍流模型,数值模拟我国东南沿海地区常见的一类带檐口低矮曲面四坡屋面的风压.重点分析了屋面坡角、风向角、檐口类型等参数对四坡屋面平均风压及周围风场的影响.研究表明,上述参数与屋面风压都密切相关.随屋面坡角增大,迎风屋檐处峰值风吸力减小,背风面风吸力增大;配置檐口可显著改变屋面子块区域的平均风压系数,从而使屋面抗风性能得到优化.     

典型双坡屋面风压分布特性风洞试验研究

通过表面压力测量风洞试验对低矮建筑的4种典型双坡屋面上的风压分布规律进行了研究.讨论了屋面和挑檐部分的平均和脉动风压系数在不同风向角下的分布特性,风场湍流强度对屋面脉动风压分布的影响,以及不同挑檐类型对双坡屋面风压空间分布的影响.试验结果表明:在屋脊及屋面边缘附近的平均风压系数绝对值要比屋面内部区域大;脉动风压系数随湍流度增大而增大,一般在迎风屋檐附近比较大;挑檐形式的改变仅对局部风压系数的影响较大,对整体风压系数的影响较小.这些结论为低矮建筑风荷载规范条文的修改提供了参考.     

复杂环境下大跨度倾斜平屋面的风洞试验

为了研究处于复杂环境下大跨度倾斜平屋面的平均风压及脉动风压的分布特性,对一实际工程模型进行了刚性模型测压试验．试验在模拟的大气边界层风场中进行,得到了结构在各个风向角下的风压系数分布;通过对试验数据的分析,可知随着风向角和周围建筑相对方位的改变,屋面风压的分布主要有三种类型;此时屋面的风荷载与由《建筑结构荷载规范》得到的风荷载取值是不相同的。     

数值模拟引导的低矮建筑风压系数规范比较研究

采用基于RANS的SST(Shear Stress Transport)k-ω湍流模型对不同屋面坡角下双坡屋顶低矮建筑的表面风压及周围定常风场进行数值模拟,深入分析了坡角对结构周围流场及其表面风压的影响.在理解建筑周围流场结构的基础上,对中美澳3国风荷载规范中关于封闭式双坡屋顶低矮建筑主体结构的相关规定做了详细比较.结果表明,采用SSTk-ω模型结合适当的边界条件,可较准确地预测结构表面平均风压系数及周围定常流场;分析建筑周围流场结构有助于理解并对比分析规范中的相应规定.通过规范比较可知,中国规范相对简单,美澳规范则较为详细的考虑了屋面坡角、建筑长宽比、气流分离及再附着等因素对风压系数的影响.最后,结合数值模拟的结论,给出中国规范相应规定的细化建议.     

某会展中心风洞试验研究

通过对某会展中心北侧两个大跨波浪形悬挑屋盖的风洞试验研究,讨论了典型风向下屋盖的平均风压分布,同时对全风向角下屋盖平均风压、脉动风压与极值风压的分布进行了研究,并进一步探讨底部开敞对悬挑屋盖风荷载的影响。试验研究表明:屋盖整体以负压为主,除在迎风向的屋盖悬挑区域外,其他区域风压较小;屋盖局部特殊的体型可能产生"兜风效应",从而显著增大风压;而底部开敞造成的"窄管效应"会显著增大开敞区域的风荷载,同时由于底部开敞减弱了气流的堵塞作用,使屋盖上表面风吸力有所减弱,对下表面风压力影响不大;总体而言,屋盖悬挑端在迎风向的体型系数基本在-1.5至-1.8范围。     

雷暴冲击风作用下双坡屋面风压分布

为了研究雷暴冲击风作用下双坡屋面的风压分布,建造了用于建筑风工程的射流风洞,并对低矮建筑的双坡屋面进行了测压试验.试验装置的气动测试表明,风场的风压分布和风速剖面与理论结果吻合良好,射流风洞可用于雷暴冲击风荷载的相关研究.然后,采用刚性模型的射流风洞测压试验研究双坡屋面的风压分布,为了使研究结果具有代表性,针对15°,30°和60°三种典型的屋面坡角制作刚性屋面模型,试验得到了模型在风场不同位置时的风压分布.试验结果表明:建筑物位于雷暴冲击风场中心附近时,屋面风荷载为较大压力,较常规风荷载更为不利;建筑物远离风场中心时,3种屋面的雷暴冲击风荷载与常规风荷载比较接近.     

某大型机场航站楼结构风载体型系数的数值模拟

以昆明新机场航站楼工程为背景,基于Fluent软件建立计算模型,采用标准k ε 湍流模型,数值模拟结构表面风场风压,并与风洞试验结果对比,获取结构风载体型系数.分析了不同风向角下屋面风载体型系数的分布和产生机理.计算结果表明：计算流体动力学(CFD)数值模拟方法可以较为准确地反映结构表面实际风压的分布规律,但数值方法结果比风洞试验结果的绝对值略偏大;在不同风向角时,屋面风载体型系数变化较大.根据当地风环境条件数值计算并经比较分析而获得的最不利风压分布,可应用于工程抗风的初步设计.     

平面壁面射流风场作用下建筑物表面风压数值模拟

采用平面壁面射流模拟下击暴流的出流段风场,通过协同流模拟下击暴流水平移动,基于计算流体动力学方法,采用雷诺应力模型(RSM)的Stress-Omega模型模拟了稳态下击暴流的平均风剖面,并在风场中建立高层建筑物模型,研究下击暴流风场中高层建筑物表面风压分布特性.结果表明,采用平面壁面射流模型得到的水平速度竖向风剖面与下击暴流理论风剖面以及试验结果吻合较好,壁面射流模型风场中建筑风压分布特征与冲击射流风洞试验一致;迎风面风压系数随着顺流向距离的增加而不断减小,随着射流入流湍流强度的增大而减小.当下击暴流风剖面半高值大于1.45倍建筑物高度时,壁面射流风场中建筑风压分布与大气边界层风场中类似.协同流对结构中下部风压分布影响较大,而风向角对最大风压的影响不大.     

低层双坡屋面风压标准k-ε模型模拟研究

基于fluent 6.3标准k-ε模型对我国沿海地区常见的低层双坡房屋屋面表面风压进行数值模拟,研究了不同风向角(α=0°,45°,90°)、不同屋面坡角(H=0°,18°,34°,45°)、有无挑檐3种因素影响下屋面的风压分布情况。结果表明:各参数对屋面风压的影响程度不同,风向角决定了屋面风压的整体布局,坡角对屋面风压分布的影响是整体性的,挑檐则只有局部性的影响。双坡屋面的局部风压峰值一般出现在迎风屋檐或屋脊附近,其值与屋面的坡度及风向角相关。在不同风向角下屋面坡度在18°～34°时,屋面风压值及其变化较小。该模拟分析方法克服了风洞试验存在的费用高、周期长、缩尺比影响大等缺点,可以更方便地辅助低层双坡房屋抗风设计。     

低矮双坡屋面房屋风干扰效应的数值模拟分析

采用CFD数值模拟方法探讨了常见的两栋相同的双坡屋面轻钢厂房前后布置时,在不同距离不同风向角下其屋面风压的变化及影响,并与单体工况比较,获得了群体效应下低矮双坡屋面房屋的屋面风压的分布规律和特性.本文的研究可供门式钢架厂房群体建筑的抗风设计作参考.     

大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG(discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES(Large Eddy Simulation)的亚格子模型,基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术,计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析,给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角,为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

大跨弦支穹顶复杂体型屋面风压分布规律

对烟台福莱山"海之泉"项目表面风压进行数值模拟,并将模拟结果与风洞试验结果进行对比,验证了SST k-ω湍流模型的可靠性.进而利用CFD数值模拟技术对天津中医药大学新建体育馆屋面风压分布规律进行模拟分析,研究了不同风向角对体育馆屋面风荷载体型系数的影响,并利用流场速度矢量图分析了结果的合理性.结果表明:在各个风向角下,屋面迎风前缘体型系数都较大,最大值可达-1.6,超过了规范取值,进而给出了屋面风荷载体型系数取值建议.     

低矮建筑屋面风荷载体型系数的数值模拟

采用剪切应力输运(SST) k-ω模型,对门式刚架屋面风场和表面风压进行数值模拟分析.在不同高宽比、长宽比及不同坡度情况下,研究低矮双坡房屋的屋面风荷载体型系数的变化规律和分布特征.结果表明,低矮建筑的屋面分压分布与屋面的长宽比、高宽比及主导风向均有很大的关系;随着高宽比和长宽比的增大,屋面分区的风荷载体型系数的变化呈...     

屋脊及出山构造影响低矮建筑屋面 风压特性研究

基于Fluent RNG k-ε湍流模型,以风向角为变量,研究屋脊和出山高度变化影响无屋脊硬山、有屋脊硬山、无屋脊出山和有屋脊出山等4类屋面的风压变化规律.结果表明:来流风向对4种屋面风压影响明显,屋脊高度在0.00~0.24 m时,迎风屋面平均风压明显增大,而随着屋脊的继续增高(0.24~0.36 m),迎风区体型系数也进一步增大;出山的存在可减轻山墙端风压,而出山的高度变化对屋面风压的影响较小.     

不同风场下开、闭鞍型屋盖脉动风压特性分析

在B类和D类风场条件下,对底部开敞和封闭的鞍型索网屋盖刚性模型进行了风洞测压试验.根据同步测量的风压数据,分析了不同风场条件下这两类鞍型索网屋盖上的脉动风压的分布规律及相互关系;通过对开敞和封闭的鞍型屋盖表面脉动风压功率谱及风压时程的对比分析,考察底部开敞对鞍型屋盖脉动风压分布特性的影响规律.风场对脉动风压系数分布有较大影响;脉动风压的分布类似于平均风压场的分布规律;底部封闭鞍型索网屋盖的脉动风压能量主要集中在折减频率小于0.3范围内,而底部开敞鞍型屋盖脉动风压的高频段能量高于底部封闭情况.     

坡角影响低矮房屋屋面风载体型系数规律试验

基于5个不同坡角、缩尺比为1︰20的双坡低矮房屋风洞试验模型,在3类不同地貌条件下,以风向角、坡角为变量深入研究坡角影响低矮房屋屋面区域体型系数变化规律.参考中国、美国和日本荷载规范对屋面进行区域划分,给出不同屋面划分形式下屋面体型系数,分析坡角、风向角和地貌对屋面分区体型系数的影响.研究结果表明:坡角对低矮房屋屋面不同区域局部体型系数影响较大,随着坡角的增大迎风屋面处体型系数绝对值减小,18.4°坡角房屋背风屋面风压体型系数绝对值最大;屋面划分形式相对应的体型系数数值大小也不同,中国规范给出的体型系数数值偏小;风向角为0°,90°时地貌影响屋面体型系数大于其他风向角,湍流度增大屋面体型系数绝对值呈现递增趋势.     

复杂多连体大跨度结构的风压与等效静风荷载模拟和分析

以上海世博会后的世博博物馆"欢庆之云"复杂形体大跨度新建工程为背景对象,运用数值模拟方法,研究在不同风向角来风且存在周边建筑风场干扰的情形下,表面曲率多变的多连体大跨空间建筑结构的表面风压、阵风系数和等效静风荷载.对风压云图和分区域风压系数进行了分析,并基于峰值因子法求解阵风系数,进而提出了考虑最不利风向角的等效静风荷载.     

热带气旋中竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响

基于热带风暴"彩虹"中采集的高分辨率风速风向和双坡低矮房屋屋面风压数据,研究了台风天气下来流垂直于屋脊线时竖向风攻角对双坡低矮房屋屋面风压的影响.结果表明:来流垂直屋脊线时,屋面特殊风压系数与来流竖向风攻角之间呈现明显的线性关系.测点特殊风压系数受来流竖向风攻角的影响程度随着测点距迎风前缘距离的增加而减小.另外,受屋脊的影响,双坡屋面背风面距离屋脊较近的区域受来流竖向风攻角的影响程度会有一定程度的增强.来流竖向风攻角可能是造成双坡屋面迎风前缘及背风面屋脊附近风压系数实验值与实测结果差异较大的主要原因之一,在进行风洞试验模拟时,应考虑来流竖向风攻角的影响.     

基于大涡模拟的平屋盖锥形涡数值分析研究

采用大涡模拟(LES)对平屋盖建筑受45°风向角作用下的表面风荷载问题进行了非稳态数值模拟分析.通过与风洞试验结果的对比得出,大涡模拟能较好地捕捉到建筑物顶面出现的锥形涡及其特性.在此基础上,研究了锥形涡作用下建筑物顶面平均风压与脉动风压的分布,以及加设分隔挡板和不同高度的女儿墙对屋面风压分布和旋涡强度的影响.研究结果表明,基于Q准则的旋涡判别法可以较好地识别斜风向下屋面形成的锥形旋涡;在背风区锥形涡与侧面脱体涡相互作用并脱落,其影响将反馈至屋面旋涡上导致屋盖两个锥形涡强度以屋面对角线为轴交替波动,此消彼长;屋面女儿墙的存在使得两个锥形涡之间的间隙变窄,旋涡足迹变阔,且屋面峰值吸力随女儿墙高度的增加而迅速减小.     

双并列高层建筑平均风压系数干扰效应分析

基于风洞测压试验，通过改变双并列高层建筑间的间距和风向角，分析双并列且高度不一的高层建筑表面风压分布特性。结果表明，在单栋高层建筑周围加入施扰建筑形成双并列布局后，两建筑相对立面上的风压分布和风压值会发生较大变化。建筑表面的风压极值随着间距的增大而减小，且随着风向角从0°增大至90°，其由自上而下逐级分布逐渐转变为从左到右的规律分布，正负风压极值分别出现在建筑立面左右边缘的拐角处；当风向角为90°时，两建筑立面间形成加速气流，在建筑表面形成较大的负压，影响建筑结构的抗风性能。