锥形涡诱导下正方形平屋盖风压特性

为揭示旋涡作用下的脉动风压功率谱特性和确立谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于大跨屋盖结构风洞测压试验,以涡轴方向测点列和横风向测点列为研究对象,分析了来流非垂直于迎风墙面时3种不同来流工况(均匀流、格栅紊流和B类地貌)和3种不同风向角(15°、30°和45°)下正方形底面的平屋面风压分布和锥形涡涡轴的运动特征.分析结果表明,3种来流工况下屋面最大风吸力、最大脉动值均出现在屋面下三角区的迎风顶点附近.3种风向角下,30°时在迎风顶点附近锥形涡诱导的平均、脉动风压均达到最强.对于同一来流工况下,随着风向角的逐渐增大,涡轴与迎风前缘的夹角和再附作用范围均在逐渐减小.涡轴方向迎风点附近测点风压谱谱峰值与其对应的屋面风吸力成正比例关系:在高频范围内,测点风压谱相应频率对应的谱能量峰值越大,屋盖平均风吸力也越大;在低频范围内,相应频率对应的谱能量峰值越大,其脉动风吸力也越大.均匀流下涡轴方向各测点间的互相关性较弱,格栅紊流和B类地貌下测点间的互谱曲线呈现指数衰减模式.     

典型双坡低矮建筑屋面局部风压非高斯特性研究

针对坡角为18.4°的典型双坡低矮建筑屋面局部风压非高斯特性,在A、B、C 3类地貌下展开了风洞试验研究。主要研究了典型测点风压系数时程概率密度的分布特征,分析了不同地貌类别和不同风向角下风压非高斯区的分布规律,探讨了风压非高斯特性与屋面流场的关系。结果表明:斜风向下,相比Gaussian分布和Lognormal分布,GEV分布和Gamma分布能更好地拟合屋面易损区的风压系数概率分布,但当偏度与峰度较大时,对长拖尾区域的拟合效果较差;地貌类别和风向角对低矮建筑屋面风压非高斯区分布影响显著,斜风向下风压高斯区沿来流方向分成三股区域,且随着地貌类别变化而沿来流方向移动;屋面风压非高斯特性与风压空间互相关性系数呈正相关。     

猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模拟研究

研究了猫头型输电杆塔下击暴流风荷载模型。首先采用确定性-随机性模型,将下击暴流风速视为确定性时变平均风速和调制随机非平稳脉动风速的组合。采用Oseguera模型建立了下击暴流平均风速模型,进一步的假定下击暴流脉动风服从高斯分布,将其表示为幅值调制函数和高斯随机过程的乘积。在此基础上采用谐波叠加法模拟了下击暴流风荷载,通过引入FFT变换可以极大地提高数值模拟的效率。以南方某实际猫头型输电杆塔为工程背景,研究了其下击暴流风荷载的特点和规律。结果表明:下击暴流近地面风场中风速随着高度的增加而增大。下击暴流的风速与距风暴中心的距离相关,测点位置距下击暴流风速的径向距离越大,下击暴流强度越小。输电线路的下击暴流风荷载强度显著,将对结构体系的服役安全造成较大威胁,因此应充分考虑下击暴流所引起的灾变效应。     

上部吸气控制下超高层建筑的平均风荷载特性研究

为减小超高层建筑的风荷载,改善结构的抗风性能,设计了一套吸气控制系统,完成了上部吸气控制下超高层建筑刚性模型的测压风洞试验,研究了不同风向角下吸气控制的几何参数和流量参数对模型的平均风荷载特性的影响规律。结果表明:吸气控制对吸气孔高度范围内的平均风压系数和层阻力系数的折减要显著大于非吸气控制段的风荷载折减;吸气流量系数CQ越大,吸气控制段的风荷载折减越显著,当CQ绝对值从0.004 57增大到0.017 4时,模型上部8~10层(吸气孔高度范围内)的层阻力系数最大折减值由0.094增大到0.231;在不同来流风向角下,吸气控制效果差异较大。因此,为实现吸气减阻,应根据建筑所在地的主导风向角确定最佳开孔方案。     

建筑群屋顶风荷载的风洞实验研究

通过对陕西省游泳跳水馆建筑群屋顶风荷载的大气边界层风洞实验研究,确定了不同风向角下建筑群屋顶最大风压系数Cpi值及悬挑罩棚的掀起力,给出了建筑群屋顶风荷载体形系数.结果表明在一定风向角下,建筑物屋顶各区域总是靠建筑物迎风面的外侧风荷载偏大;改变风向角,风荷载将发生变化,最大Cpi的风向角区为α=0～90°;个别区域,特别是α=90°的A区,α=45°的B区,α=67.5°的C区,α=270°的D区屋顶风荷载增加,应考虑局部最大Cpi的影响;悬挑罩棚最大掀起力发生在α=45°, Cpi=1.44.     

低层四坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合风洞模型试验对4种坡角的低层四坡屋面房屋在不同风向来流风作用下的屋面风压进行了数值
模拟和分析。数值模拟基于Reynolds时均方程和标准k-ε湍流模型，采用具有良好适应性的四面体网格，
利用Fluent软件实现了流场的数值求解。通过分析比较数值模拟结果和风洞试验结果发现，屋面坡角和风
向角对四坡屋面房屋的屋面风压具有显著影响，在不同风向角下的峰值压力一般都出现在屋脊或迎风屋檐
附近；屋脊处的峰值吸力绝对值随着坡角增加而增大，迎风屋檐处的峰值吸力随着坡角增加而减小。在对
压力分布进行分析的基础上，还给出了屋面各分区风载体型系数的变化曲线及这些系数的简化计算方法。     

大涡模拟下两种张拉膜结构的风压特性

以ANSYS WORKBENCH19.0为模拟平台,采用高精度大涡模拟(LES)对鞍型和连续拱形两种大跨度膜结构在10 m/s、15 m/s、20 m/s三种风速及0°、45°两种风向角的竖向平均风荷载作用下进行数值模拟,得到两种模型在竖向风荷载作用下膜面的风压作用规律。膜结构在竖向风荷载作用下的风振响应影响非常明显,与在水平风向角下的风振响应相当。     

大庆石油学院体育馆屋面风荷载的风洞试验及CFD数值模拟

目的确定大庆石油学院体育馆屋面的平均风压系数，为该工程的结构抗风设计提供荷载依据，探讨采用CFD数值模拟技术来确定复杂体形建筑物表面平均风压分布的可靠性．方法对大庆石油学院体育馆屋面风荷载进行刚性模型风洞试验研究，并基于Fluent6．1软件平台，采用雷诺应力湍流模型（RSM）对屋面的平均风压进行了数值模拟．结果通过风洞试验，得到了体育馆屋盖表面的平均风压系数，并分析了屋面的风压分布特性，得出了最不利风向角和分区体型系数．通过CFD数值模拟研究，探讨了各种参数变化对平均风压计算结果的影响，并将计算结果与风洞试验数据进行对比，两者吻合较好．结论CFD数值模拟技术作为一种新型的研究方法为研究建筑物表面的静态风压分布规律提供了一种较为简便、快捷、低成本的途径。可较准确地模拟实际大跨度屋盖表面的平均风荷载．将CFD技术用于工程方案阶段的预研是一种较为安全稳妥的思路．     

复杂体型低矮房屋风荷载特性风洞试验研究

对具有复杂体型的"L"型和"T"型低层房屋风荷载特性进行了风洞试验研究.研究了屋面平均和脉动风压系数的分布规律以及体型系数,并与传统"一"型低层双坡屋面房屋的风荷载特性进行了对比分析.结果表明:30°坡角时,屋檐及屋脊附近因气流分离常形成较高负压,迎风屋面平均风压系数多呈环状分布;当屋面处于背风区域时,风压系数分布较均匀;"L"型和"T"型低层房屋与传统"一"型房屋相应各面体型系数变化规律有一定的相似性,但是必须考虑各面间的相互干扰使得其风压增大的效应.     

矩形建筑双层幕墙的风荷载特征及阵风系数

采用刚性模型风洞试验和内、外层幕墙同步测压技术对矩形建筑的风荷载和阵风系数的分布规律进行详细研究,探讨了内、外层幕墙在不同气流流动区域内的风荷载大小关系.结果表明,涡脱落产生的强大吸力无论是平均风压还是脉动风压均主要作用在外幕墙上,而气流附着及气流碰撞产生的压力主要作用在内幕墙上;双层幕墙的阵风系数随测点和风向角的变化较大,平均风压越小,阵风系数越大,但对于在控制风向角下的最大瞬时风压,其内、外层幕墙的阵风系数均与规范值十分接近。根据试验结果,提出了矩形双层幕墙建筑的内、外层幕墙墙面和墙角体型系数的建议值.     

Pressure distributions on prism-shaped buildings in experimentally simulated downburst

Wind loading is one of the most significant factors in civil engineering that influences the structural design considerably.In this paper,a group of manufacturing equipments for downburst simulation based on impinging jet model was developed for investigating the wind loads on structures:including the centrifugal air bellows to generate airflow,a movable platform to realize multiple locations of the building and a freely rotatable turntable to implement alterable building angles.Hundreds of transducers were used to measure the wind action on all surfaces of the building.The pressure coefficients calculated from the observed data were utilized to evaluate the downburst wind load.Pressure distributions on three prism-shaped building models with different placements and angles were investigated to obtain the maximum wind action and mean pressure coefficients.The results showed that the maximum pressure coefficient would reach 1.0 on the top surface if the downburst just broke out over the edifice.Considering that the building was in the developing field of the downburst,the top and the front surfaces would be under high wind pressure and only the back surface would endure wind suction.When the downdraft happens away from the prismatic building,all surfaces,except the front surface,would subject to suction with different degrees.It was also found that the pressure coefficient on the right surface would get its negative peak at first and then go straight up to 0.6 as the angle changed from 0°to 45°and the wind pressure on the front surface would decrease slightly through the whole process.The assertive results provide elemental data for structural wind-resistant design in civil engineering for the downburst-prone areas.     

新型抗风耗能装置在低矮房屋中布置方式的风洞试验研究

针对低矮房屋受台风作用极易损坏的问题,提出一种在低矮房屋上安装新型抗风耗能装置的防护方法。为寻求新型耗能装置的最优布置方式,使耗能装置效用最大化,针对将装置安装在双坡屋盖边缘、屋脊以及联合导流板工作等6种安装工况,通过风洞试验,研究抗风装置系统对屋面峰值风压和平均风压的影响,并对6种工况进行数值模拟分析,数值模拟结果与风洞试验一致。进行了耗能装置几何参数的优化研究,探讨了叶尖速比、叶轮根部安装角和叶根对叶尖扭角对耗能系数的影响。研究表明：安装耗能装置能有效预防屋面受风损坏;在迎风侧屋檐上部,结合导流板与抗风装置联合工作的方式能显著降低负风压对屋面结构的不利影响,这种安装方式在任一风向角下都显著降低了屋面平均风压系数极值（包括迎、背风面）,降低幅度可达40%。     

开孔大跨屋盖结构的内部风效应研究

结合广州航空邮件处理中心风洞试验研究了开孔大跨屋盖结构的内部风效应。分析了风致平
均内压和脉动内压的特性及产生机理，给出了估算平均内压和脉动内压的理论方法，并对典型工况的平均
内压进行了验算，试验结果与理论吻合较好。采用有限元时程分析方法对大跨网架进行了动力计算，探讨
了墙面开孔对屋盖风振响应的影响。结果表明，墙面开孔会大幅增加屋盖的静动力风荷载，以风压指标的
增幅来考虑开孔效应更具现实意义。     

大跨马鞍屋盖脉动风压谱特性

为研究谱能量与旋涡运动或湍流尺度之间的演变关系,基于风洞测压试验,分析了来流垂直于马鞍体迎风墙面时不同矢跨比和不同迎风面高度下的屋面风压分布特性,以迎风低点、迎风中点和迎风高点3个关键测点为研究对象,揭示了在旋涡作用下的脉动风压功率谱特性.分析表明:风吸力最大值出现在迎风低点附近,且风压变化梯度大;矢跨比对屋面风压的影响主要表现在屋盖后方三分之二区域,且曲率越大风吸力越大;迎风面高度越高其风吸力越大,在迎风低点附近其风吸力变化幅度达到最大;马鞍迎风高点和中点处测点风压谱表现为窄频分布,前缘以低频为主控,后缘高频段能量显著高于前缘,而迎风低点处前缘为宽频分布且随来流向后发展高频能量逐渐增大.     

深圳大运会主体育场罩棚风压分布的数值模拟

为了求得体育场罩棚的风载体型系数,基于Reynolds时均N-S方程和RSM模型对深圳大运动会主体育场罩棚风压分布特性进行了数值模拟.采用有限体积法对控制微分方程进行离散,并采用SIMPLE压力校正算法来实现非线性方程的迭代求解.将数值计算结果与风洞试验结果进行了对比,两者吻合较好,在此基础上,分析了风向角和风攻角对风压分布的影响,探讨了罩棚周围流场的绕流特性,并根据罩棚的结构形式及风压分布特点,给出了最不利风向下罩棚表面的区域平均风压系数以及罩棚设计风荷载的计算方法.结果表明:风向角对风荷载的影响较大,不同风向角下,来流的分离和漩涡脱落作用均有较大的不同.风攻角对罩棚表面风压分布的影响不大,对罩棚局部峰值的影响在15%以内,整体影响在5%以内.     

复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟

以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6．1软件平台,将雷诺应力湍流模型（RSM）与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学（CFD）数值模拟。结果表明：风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180°风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。     

在建厂房的风荷载分布及其风致倒塌机理

结合广东番禺某一厂房在施工过程中四面墙体均被阵风吹倒的事故，采用数值风洞方法，模拟了该厂房在实际施工状态下墙体所受的风荷载并剖析事故原因.进一步研究了单面墙体门窗开启对建筑物所受风荷载的影响.提出了施工过程抗风设计的风荷载取值及相应的施工技术措施.计算结果表明，该建筑物由于屋盖尚未施工，处于局部敞开状态，墙体内、外两侧均受到风的作用.无屋盖房屋的墙体内侧负压较大，迎风墙面实际所受的净风压体型系数远大于设计时按照规范的取值.在施工过程中建筑物所受风荷载的特殊性是导致该在建厂房倒塌的主要原因之一.