角部处理对高层建筑风荷载影响的数值模拟

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Realizable k-ε,RNG k-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%。     

大跨度悬索桥钢桥塔压杆涡振CFD研究

采用有限元分析方法,以国内某大跨度悬索加劲钢桁梁桥为研究背景,对主塔钢压杆涡振性能进行研究。采用基于RANS方法的k-wSST湍流模型,开展了塔柱压杆钝体断面的气动稳定性CFD数值模拟计算,得到了断面的自激气动力系数以及周围流场信息。计算结果发现压杆断面在尾流区存在明显漩涡脱落,有可能引发涡激振动现象,对构件的耐久性造成损伤。     

大跨球面屋顶结构周围风场数值模拟研究

基于计算流体动力学(CFD)中的大涡模拟(LES)技术,应用经典的Smagorinsky亚格子模型对三维大跨球面屋顶结构在大气边界层风剖面环境内的风场进行了数值模拟。数值算例显示,三维球面屋顶结构周围的流向速度场(U)和竖向速度场(W)分布十分复杂,基于CFD数值计算的大涡模拟方法可以随时间精细、稳定和有效的刻画球面屋顶结构周围复杂的三维风场分布。     

钢筋混凝土剪力墙三维计算模型研究现状分析

钢筋混凝土剪力墙已在高层建筑中得到了广泛应用,但是其非线性数值计算模型的研究还不够完善。钢筋混凝土剪力墙的数值计算模型经历了从一维、二维到三维的发展过程。重点对其三维数值计算模型进行了归纳和总结,主要分析各模型在模拟剪力墙空间效应方面的优劣,并提出了一些改进建议,以进一步完善已有的计算模型。     

风场中高层建筑结构风压及动力响应的数值模拟研究

采用计算流体动力学软件CFX对CAARC高层建筑刚性模型的风荷载进行了数值模拟,采用多场求解器MFX联合ANSYS与CFX对风场中的CAARC弹性模型进行了数值模拟,最终得出该模型在风场中的位移时程曲线。该方法对于考虑流固耦合的工程问题有普遍借鉴意义。     

顺流向正弦脉动风作用下矩形柱体的空气动力学特征

在正弦脉动风作用下,采用三维大涡模拟(3D LES)研究了截面宽高比为5∶1矩形柱体的非定常空气动力学特性。对比均匀流作用下柱体表面压力系数的风洞试验值与数值计算结果,二者吻合很好,验证了3D LES的计算精度。首先分析了来流波长对柱体表面平均再附长度的影响,发现当来流波长处于(0.25~5)λ_s0(λ_s0为自然涡脱的波长)范围时,平均再附长度随来流波长的增加而增加。而当来流为长波脉动(波长不小于5 λ_s0)时,平均再附长度与均匀流下基本一致。在短波脉动(波长不大于0.25λ_s0)来流作用下,平均再附长度与来流波长无关,但明显较长波来流的短。柱体表面平均压力系数受脉动风的影响与平均再附长度的变化一致,再附长度的减小引起平均压力系数曲线的斜率、最大吸力和分离点平均压力系数均有所增大。另一方面,柱体表面脉动压力系数随来流波长的增加而减小,对于短波(波长小于0.5 λ_s0)脉动来流,表面脉动压力系数与驻点脉动压力系数的比值与来流条件无关。此外,当来流波长处于(0.375~1.33)λs0范围时,尾流的漩涡脱落频率刚好等于来流脉动频率的一半,即出现了顺流向正弦脉动流作用下漩涡脱落的锁定现象。     

基于RNG κ-ε模型的竖板绕流数值模拟

作为薄矩形柱类高层建筑绕穿流动的基础研究之一,采用简化的直通道内置竖板二维平面空气绕流模型为研究对象.基于有限体积法和RNGk-ε湍流模型,对不同风级作用下的长宽比D/B=0.1的竖板流动进行非定常数值模拟.计算结果揭示了竖板空气绕流尾涡的形成、脱落及消失的周期性过程.在Re =4.42×104和Re=4.62×104区间尾涡无明显脱落,当雷诺数大于或等于4.62×104时,出现尾涡的生成及脱落消失过程.计算并分析了竖板表面不同位置的压力分布和风载体型系数,计算结果与相关文献结论进行了对比.     

高层结构抗风分析

采用标准k-ε湍流模型,对处于C类地貌风场中多栋复杂体型高层建筑组成的建筑群通过流体力学计算软件fluent进行风场数值模拟,计算得出了群楼周围的流场分布.群楼模拟同单栋模型结果对比可知,实际工程中相邻建筑的相互干扰对结构受到的风力产生不可忽略的影响.     

建筑结构横向脉动风压谱密度函数的分析计算

从湍流理论的基本方程出发,导出了建筑结构横向湍流脉动风压谱密度函数的计算公式（非漩涡脱落引起的荷载）.据此公式计算出的结果在一定条件下与刚性模型多点测压风洞试验结果有较好的吻合性.可以由建筑物周围的平均风场分布及脉动风场分布计算这种湍流脉动风压的谱密度函数,为确定结构的横向脉动风荷载提供一定的参考依据.     

风机尾流的CFD数值模拟

大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)能够很好地显示风机尾流特性。为了实现这个目的,文章采用Ansys-fluent 17.0中的动力亚格子模型(Dynamic Smagorinsky Model,SGS)来实现风机尾流数值模拟。风机对流体的作用力,基于叶素动量理论(Blade Element Momentum Method),采用能够很好描述作用于风机机翼上的升力和阻力的制动盘模型(Actuator-disk Model,ADM)进行模拟。基于LES计算的尾流速度分布能够很好与风洞试验吻合,验证了数值模拟的可靠性。     

大高宽比方形截面高层建筑的横风向风荷载及风致响应研究

基于一栋高层建筑的刚性模型表面压力测量风洞试验数据,分析了高宽比较大且截面为方形的高层建筑横风向风效应的共同特征。得到如下结论:高层建筑横截面为方形时,其横风向风荷载主要由规则性旋涡脱落导致的尾流激励构成,为窄带随机激励;当高层建筑的高宽比较大时,基阶固有频率相对较低;当高层建筑兼具方形截面和大高宽比这两个特征时,其基阶固有频率可能接近其尾流的旋涡脱落频率,从而发生剧烈的横风向涡激共振。建筑结构截面的小幅增大可使这种剧烈的横风向涡激共振得到有效控制。上部外形的适当处理,也可能有效降低高层建筑的横风向等效风荷载。低矮群楼的出现将在一定程度上影响高层建筑的风荷载。     

厦门市高层建筑群风场的数值风洞模拟分析

针对高层建筑群的风压、风荷载的分布问题,应用数值风洞方法模拟厦门市高层建筑密集区的风场,并根据数值模拟结果分析高层建筑群静力风效应的一些基本特点。分析结果表明:风场上游的高层建筑对下游的建筑有一定的遮掩效应;当建筑物之间间距较小时,容易产生狭缝效应;在建筑群的外围,迎风面平均风压力较大。同时根据上述分析结果,提出了一些具体的设计建议。     

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究

该文通过计算流体力学数值模拟技术对某超高层建筑进行了表面风荷载分布的数值模拟。结果表明：由于漩涡脱落,在结构侧面边缘出现了较强烈的负压区;在周边建筑干扰高度范围内,结构表面风压分布较混乱,结构在干扰高度以上部分风压分布比较规律;局部部位的设计风压应参考各风向角下风压峰值。     

外凸式矩形高层建筑风压研究

针对外凸式矩形高层建筑结构外形复杂且其风荷载值无法通过建筑荷载规范直接获得的情况,以丝绸之路世界贸易中心外凸式矩形高层建筑为研究对象,通过风洞试验获得其风荷载值,并与规范给出的矩形结构体型系数进行对比,总结外凸式矩形建筑结构风荷载规律。基于Fluent软件,选用不同湍流模型,对外凸式矩形高层建筑进行数值模拟,并将计算结果与风洞试验结果进行比较,验证数值模拟方法的可行性。结果表明:该高层建筑迎风面的体型系数与规范接近; 背风面底部区域的体型系数比规范值大约70%,其他区域与规范值接近; 侧面体型系数均大于规范值,且最大负压出现在侧面; 对于外凸式矩形高层建筑结构,外凸结构风压较相邻区域增大,凹进结构的风压较相邻区域减小; 体型系数沿高度方向变化较大,凸出结构为迎风面时,其下方相邻区域体型系数比规范值小近50%; 数值计算结果与试验数据整体趋势基本一致; Realizable k-ε模型的数值模拟结果要优于Standard k-ε模型; 对于矩形高层建筑,凸出结构为迎风面时,其相邻上部区域和背风面下部区域风荷载不仅受凸出结构的影响,而且还受到凸出结构宽度的影响,其对体型系数的影响幅度为±20%之间。     

Effects of attack angle on performance of actively controlled high-rise building motion

Wind loading on high-rise buildings is complicated in nature, especially when across-wind motion caused by the vortex shedding effect is considered. Hence, wind tunnel tests serve as a reliable alternative for research on wind-induced vibration. In this paper, a four degree-of-freedom scaled (1:300) model of a high-rise building equipped with an active mass driver (AMD) system is constructed in a wind tunnel to experimentally verify effects of the wind attack angle on performance of actively controlled wind-induced motion. Using a system identification technique, aero-elasticity induced by the vortex shedding effect in the across-wind direction is appropriately modeled for control. Several controllers are determined based on the Linear Quadratic Gaussian (LQG) theorem by which a dynamic output feedback equation using acceleration feedback is formed for practical consideration. Two LQG controllers, termed as two-state gain-scheduling controllers, are designed based on nominal systems constructed from along-wind and across-wind motions, and implemented on the building model based on the attack angle. Experimental results show that performance of the controller is remarkable and robust in reducing the responses of high-rise buildings under different attack angles of wind. The best performance is achieved under smaller attack angles, but it is slightly degraded when vortex shedding is most significant, i.e., for the across-wind motion.     

风沙绕流建筑物流场的数值模拟研究

利用计算流体力学模拟软件FLUENT,选用基于雷诺平均的标准k-ε湍流模型对风沙绕流建筑物的三维定常风流场进行数值模拟,分析建筑物周围风流场的分布情况和沙尘绕流建筑物的运动轨迹。计算结果表明建筑物迎风面受到压力最大,背风面受到负压的影响,风流绕流建筑物发生风流的分离,脱落,涡旋,汇合等现象。模拟结果为沙尘防治和城市建筑风环境的改善提供参考。     

双塔型高层建筑风压分布的数值模拟

双塔型高层建筑周围存在着较为复杂的绕流风场,其表面风压的分布是结构和覆面设计的依据。结合一双塔联体型高层建筑的周围风场和表面风压的研究,以Reynolds时均数值模拟的方法,采用k-εRNG湍流模型,对其风场和风压进行了数值模拟。模拟的风压结果与边界层风洞试验的测试结果进行了比较,两者之间吻合较好,表明通过数值模拟可较准确迅速地获得该类体型建筑表面风压分布的规律和特征。     

上海久事大厦风流场和风压分布数值模拟

用数值模拟方法预测了上海久事大厦周围的风流场 ,并将建筑物表面平均风压的数值模拟与风洞试验结果进行了比较研究 ,两者结果吻合。同时进行了上海久事大厦周围高层建筑干扰影响的研究 ,并给出了湍流物理模型的建议。研究表明 ,先进的数值模拟和仿真技术应用于实际高层建筑风工程是可行的     

球形建筑风荷载及风流场的数值模拟

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。     

广州合景大厦所受风荷载的特点

合景大厦体型复杂，在数值模拟与风洞试验结果比较的基础上，主要用数值风洞模拟方法研究了该大厦所受风荷载的特点。通过多种方案的计算分析发现：大厦屋顶大面积悬臂结构对总体风荷栽影响较大，但开口后可适当减小悬臂结构上的平均风荷栽，也可大大减少其脉动风压；弧形墙侧边悬臂结构对整体风荷栽的影响小，但应重视其局部风压的取值；大厦弧形表面可有利于减小迎风面的最大平均风压，而周围环境对舍景大厦风荷载的影响很大。