Numerical simulation of bimodal-distribution featured wind pressure on windward side of high-rise building influenced by interference effects

在上游建筑干扰作用下，受扰高层建筑迎风面部分测点表现出正负压交替出现的现象，对应风压系数概率密度函数呈双峰分布特征。采用大涡模拟技术对上述现象进行数值模拟研究，并将模拟结果与风洞试验结果进行对比分析，以验证其有效性。研究结果表明，上游施扰建筑两侧的尾流脱落旋涡可演变成交替作用于受扰建筑迎风面的涡团，这些涡团与背景来流共同作用，在建筑表面形成正负压交替出现的风荷载。针对风压双峰分布特征，建立风压信号混合分布模型，该混合模型由与正压成分对应的高斯分布模型和与负压成分对应的广义极值分布模型组成，模型中的位置参数、尺度参数和权重都对整体风压分布特征有显著影响。相关研究可用于非高斯风压信号的极值评估及建筑围护结构风致破坏机理的分析。     

两串列方形高层建筑局部风压干扰特性分析

对2个完全相同的串列方形高层建筑模型进行了受扰建筑风压测量的风洞试验.根据试验结果,分析了施扰模型相对位置和高度变化对受扰模型局部风压的影响.结果显示,高度比固定,迎风面平均风压在间距比小于3时为负压,大于3时为正压,侧风和背风面平均负风压及各个面脉动风压均在间距比等于3时取得最大值.高度比变化,间距比小于3时,迎风面...     

基于流动控制方式的平屋盖抗风研究

文中以减弱大跨屋盖顶部前缘区域负风压,提高屋盖结构安全性为目的。将涡发生器应用于建筑屋盖结构中,期望利用涡发生器的流动控制原理扰动屋顶流场消减屋顶负风压极值,减小风吸力,提高屋盖安全性。运用数值模拟的方法,通过将涡发生器安置在平屋顶迎风面顶端进行了不同工况的对比研究,同时探讨了涡发生器尺寸参数、安置位置等参数对屋顶负风压控制效果的影响。结果表明,涡发生器安装在迎风面顶端的时,其对屋顶前缘负风压极值区域有明显抑制效果,涡发生器的流动分离抑制功能可以削弱平屋盖屋顶负风压防止屋盖掀飞破坏,为提高屋盖结构抗风安全性提供参考。     

雷暴冲击风作用下高层建筑风压幅值特性研究

采用冲击射流装置模拟雷暴冲击风,对4个不同深宽比的高层建筑模型进行测压试验,分析了各模型8个不同径向位置处的风压幅值特性,并与大气边界层风作用下的建筑表面风压系数进行了对比。结果表明：雷暴冲击风作用下,建筑迎风面为正压,侧面和背风面均为负压;迎风面平均和脉动风压受模型深宽比影响较小,侧面和背风面受深宽比影响较大;随着径向距离的增加,迎风面平均风压系数逐渐减小,脉动风压系数先增大后减小,侧面平均风压系数绝对值以及脉动风压系数先增大后减小,背风面平均和脉动风压系数变化较为平缓;各模型迎风面风压系数沿高度呈“鼻子”状分布,最大风压出现在0.25H(H为模型高度);与大气边界层风作用下建筑表面风压幅值相比,雷暴冲击风作用下高层建筑模型的迎风面中下部区域以及侧面前缘部位风压系数较大,考虑雷暴冲击风作用的高层建筑设计时,应对这些区域的风荷载取值进行适当放大。     

高层建筑标准模型脉动风压特性大涡模拟适用方法研究

为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度,基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法,分别为NSRFG（narrow band synthesis random flow generation）方法和CDRFG（consistent discretizing random flow generation）方法,进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照,在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上,详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异,并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨,检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示：在受来流直接作用的建筑迎风面,采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性;而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面,采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明,为了满足99.38%的保证率,CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5,侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。     

Study on suitable method to simulate fluctuating wind pressurecharacteristics of standard high-rise building model based on LES

为提高钝体建筑结构绕流模拟结果的精度，基于两种大涡模拟(large eddy simulation, LES)入口湍流生成方法，分别为NSRFG（narrow band synthesis random flow generation）方法和CDRFG（consistent discretizing random flow generation）方法，进行CAARC(commonwealth advisory aeronautical research concil)高层建筑标准模型绕流的数值模拟比较研究。以风洞试验结果为参照，在对大气边界层湍流风场进行模拟验证的基础上，详细对比分析采用上述两种方法模拟得到的建筑表面平均和脉动风压系数、绕流场湍流结构、风压系数概率密度分布特性等的差异，并着重从脉动风压非高斯特性角度进行探讨，检验采用上述两种方法模拟钝体建筑结构绕流的适用性和准确性。结果显示：在受来流直接作用的建筑迎风面，采用两种方法模拟的脉动风压基本都符合高斯特性；而在受分离流和尾流作用的侧风面和背风面，采用NSRFG方法能更好地反映建筑表面脉动风压的非高斯特性。极值风压分析表明，为了满足99.38%的保证率，CAARC标准模型迎风面极大与极小峰值因子需分别取为3.0和2.5，侧风面和背风面极大和极小峰值因子需分别取为2.5和4.0。     

组合布局对建筑立面风驱雨分布影响特性的数值分析

风驱雨（Wind-Driven Rain,简称WDR）是建筑外立面最主要的水分来源,为外墙材料耐久性能及建筑温湿环境的重要影响因素。目前,WDR分布特性的研究主要针对单体建筑布局,考虑群体布局条件下建筑立面WDR分布以及受布局扰动影响的研究仍比较缺乏。基于欧拉多相流模型的WDR数值模拟方法,在验证方法对两建筑串列布局下较复杂WDR场具有较好模拟适用性的前提下,针对两建筑串列布局方式,考虑施扰建筑高度(h)及间距(d)变化,模拟不同工况下受扰建筑迎风面WDR分布,通过与单体布局情况进行比较,重点分析受扰建筑迎面风WDR分布特点及局部区域WDR变化规律,获取该布局变化时气动干扰对受扰建筑迎风面WDR分布的影响特性。结果表明：受扰建筑迎风面WDR分布受施扰建筑高度变化影响较大,受间距变化的影响相对较小,而局部区域干扰因子更能有效反映受扰建筑立面WDR分布的气动干扰影响。     

下击暴流的物理模拟及其在建筑抗风试验研究中的应用

为建立下击暴流物理模拟能力,研究了下击暴流作用下建筑物抗风安全性问题,建成了下击暴流模拟装置。装置能够提供稳定的均匀射流,并与冲击壁流模型相吻合,能有效地模拟下击暴流。将该装置应用于圆形截面高层建筑及低矮大跨厂房在下击暴流作用下的表面风荷载试验研究,试验结果表明:圆形截面高层建筑迎风面的最大平均风压系数出现在建筑中部高度附近,背风面及侧风面的平均风压系数均为负值,且侧风面负压随喷口风速的增加而增大。低矮厂房迎风面风压系数大体沿厂房中线对称分布,中间风压较边缘大;背风面负压由中间向两边递增,中间负压较边缘小;屋顶最大负压出现在迎风和背风屋顶结合处。     

深圳市民中心工程风洞试验研究

通过风洞测压试验分析了深圳市民中心屋盖的平均风压和极值风压分布。试验表明,翘曲屋盖与平屋盖在风荷载特性上具有一定的类似特性,屋盖承受风荷载的最不利位置在斜角迎风区域,这主要是由于风遇屋盖分离形成的锥形漩涡所致。在法向迎风面形成的柱形涡也导致了较大的局部负压和升力,值得注意。     

基于CFD不同湍流模型的超高层连体结构风荷载和流场对比研究

超高层三塔连体建筑的主塔由于两子塔和裙楼的干扰效应,其风荷载的确定相比单个超高层建筑更加复杂。本文主要基于CFD方法,采用了标准κ-ε、RNGκ-ε、SSTκ-ω、大涡模拟(LES)四种不同的湍流模型对某超高层三塔连体建筑进行了不同风向角下的数值模拟计算,并与风洞试验数据作对比,验证了数值模拟的有效性。结果表明:不同湍流模型对该三塔连体建筑上游影响并不明显,κ-ε和SSTκ-ω模型计算结果较为接近,尾流呈现对称分布,而RNGκ-ε和LES结果较为接近,尾流呈现非对称涡状分布;不同湍流模型计算得到的迎风面风压值大致相同,背风面和侧风面风压系数值有一定波动;主塔迎风面风压极大值出现在塔高2/3高度左右,两侧同一高度处出现极大值,且与风洞实验规律一致,屋顶棱角尖锐部位压力线较密集;整体体型系数的取值需要考虑主塔两侧的子塔遮挡效应。     

近地台风风场特性及低矮房屋风荷载现场实测研究

通过研制的可移动平坡屋面实验房风压及台风风场现场实测系统,研究近地台风风场特性和低矮房屋表面风荷载分布规律。基于实验房获取到的10余次近地台风风速和风压实测数据,对近地台风风场湍流特征参数如湍流强度、阵风因子、湍流积分尺度及脉动风速功率谱等,按来流不同方位地貌状况进行分类研究;同时分析了斜向强风最不利工况下,屋面角部区域风压分布特征。分析结果表明: A、B、C类地貌条件下,台风顺风向湍流强度均值分别为0.13, 0.21, 0.32;阵风因子同湍流强度正相关,湍流积分尺度随湍流强度增加而减少;与季风相比,台风眼壁区域的顺风向脉动风速功率谱密度值略大于季风的实测值,而横风向脉动风速功率谱密度值显著大于季风的实测值;在低频和惯性子区范围,台风眼壁区域的顺风向脉动风速von Karman和Harris谱拟合值与实测值吻合较好;在斜向风作用下迎风屋檐角部边缘测点区域具有较高峰值负压和脉动风压,峰值负压系数达-13.5。     

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。     

上海铁路南站平均风荷载的风洞试验和数值模拟

介绍了上海铁路南站模型风洞试验和风荷载数值模拟的主要结果。通过风洞试验,给出了这一大跨度屋盖结构在无周边建筑和有周边建筑情况下屋面的风压分布特性。总的来说,挑篷迎风前缘有较大的负压,且梯度较大;前缘中部压力系数接近零;屋盖顶部又呈现负压状态;屋盖背风处一般是正压。同时,基于CFX5.5软件平台,利用RSM湍流模型,对屋盖上的平均风压进行了数值模拟,并将计算结果与测压模型风洞试验数据进行了对比。对比结果显示两者较为吻合。此外,通过降低悬挑部分的高度以研究几何参数变化对平均风荷载的影响。数值模拟表明,降低悬挑高度可以显著减小悬挑部分的平均风荷载。     

体育场上凸和下凹膜结构罩篷风荷载特性比较

以分别具有下凹和上凸形状膜结构罩篷的山东招远和四川达州体育场为例,通过风洞试验模拟的方法对比研究了这两种体育场罩篷的风荷载特性。试验结果表明,两种膜结构在各个风向角下,上风向罩蓬的风压分布都比较均匀,并且负压峰值都位于下风向罩篷的前檐附近;下凹形膜结构受到风荷载作用时的下压力要比上凸形膜结构的大,而上吸力要比上凸结构的小。     

世博轴膜面平均风压的数值模拟研究

基于Fluent 6软件平台,利用Realizablek-ε湍流模型对世博轴大跨膜结构屋面的平均风荷载进行了数值模拟研究。首先,通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了数值模拟计算的有效性。然后,着重研究了周边建筑对膜表面平均风压分布的影响。最后,从数值模拟得到的流场信息分析了周边建筑对膜表面平均风压分布影响的机理。结果表明:周边建筑对膜表面局部风压分布有一定的影响,主要是由于上游建筑的"遮挡"改变了膜表面附近气流的流动状态,使建筑后面区域膜表面局部风压的绝对值有所减小,但随着上游建筑与膜结构之间距离的增大,这种影响逐渐减弱,并且远离上游建筑位置的膜表面风压基本不受影响。     

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。     

村落建筑风环境分布数值分析

村落民居风环境的合理分布对村落的后期建设具有重要的意义。本文建立了村落建筑风环境分布模拟模型,进行了数值模拟研究。研究结果表明:在无附属建筑遮挡的情况下建筑迎风面风压值最大;受到建筑阻挡的影响,风沿建筑迎风面上升,在建筑上部一定距离处,流线汇集,在建筑背风面风速迅速降低。     

稳态冲击射流作用下平地及坡地高层建筑的风荷载特性

现行规范的设计风荷载以普通大气边界层风场为主,其平均风剖面为指数型或对数型。下击暴流风场的典型风剖面与普通边界层风场差异很大。基于稳态冲击射流试验和数值模拟分析,考虑平地与坡地两种地形以及坡地坡度的影响,研究冲击射流风场中的高层建筑物表面风压分布特性与风荷载情况。风洞试验和数值模拟结果表明：冲击射流风场中建筑表面风压分布不同于大气边界层风场,迎风面最大风压出现在建筑下部;坡地上建筑物迎风面风压小于同等情况下平地上建筑物迎风面风压,而在侧面和背风面则呈现出相反的规律。对不同坡度坡地上的模型分析结果表明,随着坡地坡度的增大,建筑迎风面风压逐渐减小。     

山村低矮双坡屋面建筑风致响应比较研究

根据调查分析,建立单层双坡屋面建筑和两层双坡屋顶建筑的数值模型,模拟在主导风向下建筑风荷载的影响。通过与现有建筑结构规范的比较,得出了低矮房屋的风压分布系数的最大正负压系数,并指出屋顶负压区分布面积较大,为工程设计提