低矮建筑群风荷载作用下干扰效应的数值模拟

从建筑群风效应的角度出发,运用数值模拟方法,结合风洞模型试验对群体低层四坡屋面房屋周围的风场及表面风压进行了计算和分析,并与双坡屋面建筑群做比较,在单体数值模拟计算结果和风洞试验结果有较好吻合的前提下,获得了有相邻建筑干扰的情况下,低层四坡屋面房屋的表面风压的变化规律,为群体建筑的合理建筑形式及结构抗风设计提供理论依据.     

檐口结构对四坡低矮房屋屋面风压影响的数值模拟研究

基于Ansys FLUENT RNGκ-ε模型,通过利用日本东京工艺大学同体型比的四坡低矮房屋表面风压进行对比分析.结果表明:数值模拟与风洞试验结果基本吻合,验证了数值模拟方法的可行性;基于此模型对檐口长度及结构形式改变对屋面平均风压展开了研究,檐口长度的变化对屋面风压分布及大小的影响较为显著;屋檐角部位置结构发生变化直接影响屋面风压分布规律,切角可以起到降低屋面平均风压作用,此结论可以为沿海低矮房屋抗风及设计提供参考.     

地域典型强风作用下异型建筑风荷载分布研究

为了更加了解异型建筑表面风荷载分布规律和提高建筑抗风能力,采用计算流体动力学(CFD)方法,结合乌鲁木齐地区风环境特征,以异型建筑新疆大剧院为例,根据英联邦航空咨询研究会(CAARC)高层建筑标准模型的风洞试验和数值模拟对比,选择出最符合流场真实情况的可实现(Realizable)k-ε 湍流模型,研究了不同风向角下异型建筑表面的风荷载分布规律.研究结果表明:在采用Realizable k-ε 湍流模型的数值模拟下,新疆大剧院周围流场符合钝体绕流现象;在45°、90°和135°风向角下,因内外壳截面变化造成了建筑壁面体型系数的复杂分布;根据规范要求提出了新疆大剧院分区风荷载体型系数的建议值,可为类似异型建筑的风荷载取值和抗风设计提供参考.     

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.     

高耸结构随机风荷载的数值模拟

风荷载是高耸结构设计计算的主要控制荷载,在随机风荷载作用下结构的动力响应直接影响结构的安全性和可靠性,因而高耸结构的风荷载数值模拟是非常重要的.针对脉动风风速的频谱特性和高耸结构风荷载的空间相关性,文章提出了一种新的高耸结构脉动风荷载的数值模拟方法.脉动风速的频谱特性用线性滤波器逼近,首先通过求解脉动风速自相关系数的Toeplitz方程得出该滤波器的控制参数初步近似值,再通过迭代进行优化,以Gauss白噪声作为输入,经过该滤波器滤波,即可生成具有所需功率谱的脉动风风速时程.考虑风荷载的空间相关性,最终给出了高耸结构脉动风荷载的时程.详细介绍了上述算法的理论和数值模拟方法,并讨论了滤波器阶数以及迭代算法控制精度的影响.结合电视塔结构,给出了具体的算例.     

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.     

高层建筑风荷载减阻的吸气方法数值研究

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．     

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...     

大型机库屋面风荷载特性研究

通过风洞模拟实验对某大型机库平面屋顶风荷载进行了研究。结果表明,在一定风向角下屋面出现的单个或一对锥形涡流动结构诱导的局部极大负压峰值是导致屋面破坏的主要原因,女儿墙能稍微减小屋面的风压分布。分析了由于锥形涡引起的屋面平均风压和瞬时脉动风压的特点及其相互关系,讨论了实验获得的脉动压力和按规范计算的差别和原因。     

双坡屋面低矮建筑群风干扰效应数值模拟

基于Fluent 6.3软件平台,采用RNG k-ε湍流模型,对日本东京工艺大学风洞试验模型及数据进行了验证,结果表明数值模拟与风洞实验数据拟合较好.同时,对2栋相同低矮双坡屋面建筑在不同受扰建筑布置角度时对建筑群的影响进行了数值模拟分析,结果表明,施扰建筑的表面风压分布及大小受影响较小,与单体建筑表面风压接近;而受扰建筑的影响相对较为明显,尤其是施扰建筑与受扰建筑纵轴夹角不大的情况下,受扰建筑屋脊背风面角部负风压较大.研究结果对低矮建筑群的风效应研究具有参考价值.     

机场航站楼金属屋面敞开式檩条风荷载分布

基于缩尺比模型的风洞试验不易直接测试细小构件上的风荷载,借助数值风洞技术,通过建立建筑及其屋面檩条的空间模型,精细划分局部网格,获得不同风向角下屋顶敞开式檩条构件的风荷载分布.结果表明,敞开式屋面檩条构件受斜风作用更为不利,同时水平向的切向力比垂直向吸力更为显著,是构件抗风计算中不可忽略的重要部分.屋顶檩条风荷载分布具有明显的规律性,在屋面的尖角区域最大,因为该区域屋面曲线弧度最大,气流在该位置产生了较强分离对流,从而形成了较强的垂直向风吸力和水平切向力;在屋面的外侧区域风荷载也较大,与建筑边缘区的气流分离直接相关;在屋面的内侧区域明显较小且分布较为均匀.通过增加将檩条底部封闭的气动措施可以有效地减小屋面外侧区域檩条极值风荷载20%以上,但对屋面内侧区域的檩条效果不明显,建议将初始檩条底部敞开设计方案优化为在建筑边缘区域檩条底部封闭.     

带悬挑女儿墙双坡屋面风压的数值模拟分析

考虑加设悬挑女儿墙对双坡屋面风压的影响,将悬挑女儿墙设置高度与房屋檐高的比值作为控制参数,利用计算流体力学软件CFX 10.0,以及SST k-ω模型和混合网格对一典型低矮双坡门刚厂房屋面平均风压进行数值模拟.分析悬挑女儿墙对屋面风压的影响,优化设计参数.采用计算流体动力学数值模拟方法,探讨常见的双坡屋面轻钢厂房模型在增设悬挑女儿墙后,其屋面风压的变化及影响,并与未增设悬挑女儿墙时的风洞实验结果对比.结果表明,增设悬挑女儿墙后能明显地降低屋面风荷载敏感区的负压峰值及风荷载体型系数.     

轻型折叠落地四坡野营房屋表面风压分布分析

为了研究轻型折叠落地四坡野营房屋在风作用下表面风压分布特性,基于计算流体动力学和大气边界层基本理论,运用计算流体力学软件Fluent,参考现场实测和风洞试验结果,对落地四坡野营房屋进行数值模拟基础性研究,确定网格划分方式、网格数量及湍流模型等技术及基本参数。在此基础上:以风向角和落地坡角为参数,进行了24种工况下落地四坡房屋表面风压分布的数值计算,得到房屋表面风压分布特性及风荷载体型系数;用影响建筑气动外形的表面各区体型系数为参数,以对建筑表面作用最小为目标进行体型优化,得到合理体形的建筑落地坡角为60°~72°(屋脊角为132°~140°)。研究结果可为落地四坡房屋的抗风设计及体型优化提供理论依据。     

龙卷风风场的数值模拟研究

基于同济大学研制的龙卷风物理模拟装置,运用数值模拟方法构建了物理模拟器的数值计算模型,并通过对比龙卷风风场的物理试验模拟结果和现场实测结果,验证了数值计算模型的可行性.在此验证基础上,研究了3种不同涡流比条件下的龙卷风风场结构,对比了不同涡流比条件下龙卷风的三维风场速度(切向速度、径向速度和轴向速度)分布形态、风压分布、龙卷风涡核半径和气流脉动特性.研究结果表明:随着涡流比的增大,龙卷风风场最大切向风速逐渐增大,涡核中心气压降明显降低,涡核半径随之变大,涡核中心附近切向风速的标准差变小;涡流比的增大使龙卷风单涡核逐渐破碎,发展到双涡核.     

坡角对坡间挡土墙稳定性影响的数值模拟分析

以205国道某坡间挡土墙为例,运用数值模拟方法,对车辆荷载作用下坡角对挡土墙稳定性的影响进行了分析.结果表明,坡角对挡土墙变形破坏具有非常敏感的影响.随着坡角的增加,挡土墙水平变形量增加,塑性区范围扩大,而且坡面滑移造成墙体附加变形.因此,坡间挡土墙的建造应充分考虑边坡坡角的影响,对路基、墙体和坡体实施有针对性的整体加固方案.     

克孜河渡槽风荷载数值模拟

为了探究风荷载对克孜河渡槽结构的影响,考虑到经济成本和时间成本,采用数值模拟进行研究。本文基于流体力学CFD理论,利用Midas NFX CFD软件研究克孜河渡槽的风场环境及风荷载响应,模拟不同风攻角条件下风荷载对渡槽的影响,通过与已有的风洞试验结果对比分析,来验证数值模拟结果的可靠性,深入剖析了风攻角变化对渡槽的影响,并采用数值模拟与单因素方差分析相结合的方法,验证了风攻角变化对渡槽三分力系数的影响。计算结果显示风攻角对三分力系数有显著影响,以及数值模拟可以快速高效的模拟出克孜河渡槽周围复杂的风场环境,能直观反映渡槽表面负压区的分布规律,研究成果对渡槽风荷载的结构设计具有一定的参考意义。     

定日镜群风荷载干扰效应的数值模拟

定日镜通常以群的形式出现,在气流流过时,各个单体之间会出现干扰效应,影响到它们的风压分布以及流场特性。为了研究这种干扰效应,建立数值风洞模型,编制相应的UDF程序,模拟B类地貌下大气边界层风场入口条件,选用标准k-ε模型模拟计算不利工况、常用工况、停放工况下的两定日镜前后径向布置的干扰效应和四定日镜辐射状布置的干扰效应,计算风力干扰因子,给出其流场分布图,分析不同工况、不同距离、不同布置形式等因素对定日镜表面风压的影响。计算中通过选用混合网格强制内部非结构化网格向外部结构化网格过渡,使用Gambit软件中的Size Function功能,在确保网格精度的同时大大减小了计算量。研究结果表明:在径向布置定日镜中,后方定日镜处于前方定日镜的尾流区,其表面风压减小较为明显,仰角为0°时对距离影响最为敏感;辐射状布置的定日镜受到斜侧前方定日镜干扰,表面风压呈现增长趋势。     

高层建筑物表面风荷载数值模拟研究

建筑物体复杂外形的绕流数值模拟在确定高层建筑物体风荷载中有重要的作用,此研究以FLUENT软件为平台,采用基于Octree技术的方法生成非结构四面体网格,求解压力用耦合方程组的半隐式方法进行,利用此方法对高层建筑风荷载进行了数值模拟,收到较好效果。     

山体环境对建筑屋面风压影响的数值模拟

基于计算流体动力学软件ANSYS CFX,采用剪切应力传输(SST)k-ω湍流物理模型和非结构化网格,对山体环境下低矮民房中较为典型的二层双坡屋面房屋进行数值模拟.在山体环境影响下,分析房屋表面风压随山体高度变化、不同坐落位置和各风向角下的分布规律.结果表明,山体对房屋的影响,屋面的体型系数与平坦地区差异较明显,且与山...     

台风区建筑结构风荷载数值模拟分析

超高层建筑和大跨结构对风荷载非常敏感,通常在结构设计中会成为主控荷载.我国沿海地区的年最大风速是由台风引起,基本风速是结构抗风设计的最主要设计参量,它的推断依赖于长期的准确近地风观测资料.过去台风观测资料较少,现采用MDnte-Carlo模拟台风,可以弥补这一缺陷.文章应用Yan Meng风场模型并结合台风危险性分析方法,推算得到沿海重点城市上海地区在重现期为50 a、100 a和200 a的最大极值风速.