高层建筑脉动风压的非高斯峰值因子方法

为了更好地确定建筑表面的设计极值风压,以具有“靴型”造型的复杂超高层建筑为例,研究非高斯峰值因子的计算方法.在风洞试验的基础上对各风向角下的风压系数时程数据进行三阶、四阶矩统计量分析,研究该复杂超高层建筑表面风压的非高斯分布特性.分别通过基于零穿越率的峰值因子法、改进峰值因子法、Sadek Simiu法和改进Gumbel法对各风向角下风压数据的峰值因子进行估计,并在改进峰值因子法的基础上提出偏度非高斯峰值因子法.对各种方法的适用性及计算结果进行对比分析表明,改进峰值因子法在峰度小于3的情况下不适用;偏度非高斯峰值因子法与Sadek Simiu法相比,两者的计算结果十分吻合.     

大跨平屋盖表面非高斯风压峰值因子的研究

推导了一种计算非高斯风压时程峰值因子的解析方法。该方法利用Hermite矩模型将非高斯过程表示为标准高斯过程的表达式,并利用该表达式通过高斯过程的峰值因子最终推导出非高斯风压时程峰值因子的表达式。同时将该方法的计算结果与用极值概率分布计算的结果进行了对比,结果显示出该方法具有较好的计算效果。     

高层建筑风压脉动对室内热舒适性的影响

本文根据相关文献给出的高层建筑风压脉动随时间、风向等的变化而出现的规划与不规划的变化规律,以及高层建筑绕流空气动力特性,分析了高层建筑表面风压随来流、风向和时间发生较大变化的区域和特征,指出了高层建筑物的自然通风或渗透风量处于不稳定状态,在一定周期内会有较大波动,室内空气温度、湿度和湍流度等难以控制,直接影响到室内热舒适性,同时给出了克服高层建筑风压脉动所造成的室内空气环境参数波动的技术措施和方法。     

切角措施对方柱风压非高斯特性的影响机理

为解释切角措施影响方柱风压非高斯特性的作用机理,以标准方柱和切角方柱为研究对象,在雷诺数Re=2.2×104条件下,采用大涡模拟方法研究了两种方柱的风压特性随风向角的变化规律,重点分析了角部措施对方柱表面风压非高斯特性的影响,并基于瞬时流场结构探讨了角部措施对方柱极值风压的影响规律及其流场作用机理.研究表明:方柱表面风...     

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.     

动态风压极值分析中峰值因子取值的探讨

针对传统风压极值估计方法存在的缺陷,提出了适用于单个样本随机过程的极值估计法—全概率逼近法。通过对某多塔组合冷却塔风洞测压试验结果进行分析表明,全概率逼近法避开了对随机过程的高斯分布假定,对于呈现明显非高斯分布的随机过程,相比传统的极值估计方法能得到较好的结果;由于群塔和周边建筑的干扰效应,壳体表面不同区域其脉动风压变化幅度不同,可以通过采用不同的峰值因子来考虑其脉动风效应影响。     

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。     

圆柱形建筑双幕墙结构的内部风效应

对圆柱形建筑双幕墙进行了多参数对比风洞试验,研究了圆弧双幕墙结构风致平均内压的空间分布特性,阐述了廊道内平均风压的分布机理,给出了风致平均内压的理论估算方法,并与试验结果进行对比,吻合较好.研究表明:圆弧型双幕墙在背风向时,廊道内的平均风压非常均匀,其风致平均内压的分布受外幕墙开孔率、廊道间距和来流风速的影响很小;而在迎风向和侧风向时,廊道内的平均风压分布不均匀,其风致平均内压的分布随开孔率和来流风速的增大、廊道间距的减小变得越来越不均匀.     

双幕墙建筑通风性能的数值模拟研究

为研究廊道式和箱体式两种双幕墙体系的通风性能,以及外层幕墙通风百叶倾角对通风效果的影响,利用计算流体力学中的数值风洞模拟双幕墙建筑的通风状况,并与风洞试验结果相比较;采用多种倾角工况和不同来流风向对通风口百叶进行建模计算.分析结果表明,采用大涡湍流模型中的动力亚格子尺度(SGS)模型能很好地模拟双幕墙体系的实际风场;在满足建筑通风要求的前提下使用箱体式来代替廊道式幕墙能获得更加良好的居住环境;通风百叶在一定程度上起到导风板的作用,在45°倾角附近具有最佳的通风效果.     

矩形高层建筑横向湍流脉动风压谱密度函数的分析计算

目的 为计算矩形高层建筑在湍流脉动风压作用下横风向风振动力反应值，推求横向湍流脉动风压谱密度函数．方法 从湍流理论的基本方程出发，在一定假设条件下，根据Taylor关于湍流的“冻结”假定，从湍流基本方程的傅氏变换解可以导出脉动风压谱密度函数的计算公式，并考虑了全部的剪切项．结果 据此计算出的结果在一定条件下其组合值与原型观测数据相吻合．结论 湍流脉动风压谱与日本规范中的扰力谱幅频特性有差别．可以采用CFD（Computational Fluid Dynamics）风场数值模拟结果计算湍流脉动风压谱密度函数与均方根值．     

典型体型高层建筑双层幕墙风压分布试验

为了明确高层建筑双层通风幕墙的风荷载取值以及与单层幕墙的差异,分别对具有弧形和L形廊道式双幕墙的圆柱形和矩形高层建筑进行风洞试验研究,通过对内外层幕墙平均风压、脉动风压随位置及风向角的分布,以及各测点全风向角下最大正、负风压的对比分析,结果表明:廊道内任意处,外幕墙内侧和内幕墙外侧承受的风压基本一致;在整体结构抗风计算时,风荷载可按相同体型单幕墙建筑的风载取值;双幕墙内幕墙的风载可按单幕墙下的进行取值,并将偏于安全.外幕墙的风载,对圆弧的中段或L形的长边,可按单幕墙的适当折减;对圆弧的端部或L形的拐角及短边,需要进行放大.     

复杂体型超高层建筑风压脉动特性

为研究超高层建筑顺风向和横风向脉动风压功率谱的变化规律,以某X型超高层建筑为工程背景,进行刚性模型测压风洞试验.利用Tamura等基于准定常假定提出的由顺风向脉动风速谱转化得到顺风向脉动风压谱的方法将Davenport和Kaimal风速谱转化为脉动风压谱,并将两者得到的风压谱与试验结果进行了对比;利用Ohkuma等提出的矩形建筑横风向风荷载功率谱的数学模型来拟合侧风面测点脉动风压谱,结果能够与试验很好的吻合.分析了相同高度处各测点之间以及不同高度测点层各测点脉动风压之间的相关性;最后研究了测点风压的水平和竖向相干性,并利用基于单参数最小二乘算法的计算程序对测点空间相干函数曲线进行拟合,结果与风洞试验吻合较好.     

矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性

为研究风场类别、结构特征尺寸及竖向间距等因素对矩形高层建筑顺风向脉动风荷载空间相关性的影响,采用矩形刚性模型表面压力同步测量试验,对顺风向脉动风荷载及脉动风速相干函数空间分布特性进行研究,对矩形模型表面脉动风荷载与脉动风速、迎风面与背风面脉动风压的相关性进行对比分析.根据试验结果,对传统脉动风速相干函数模型进行改进,提出了可计及风场类别、结构迎风面宽度及竖向间距等流场和结构参数的矩形建筑顺风向脉动风荷载相干函数表达式.结果表明:顺风向脉动风荷载的相关性要明显强于脉动风,当矩形断面长边迎风时,迎风面脉动风压相关性低于断面整体风荷载的相关性,背风面脉动风压的弱相关性在间距较小时并不能完全忽略,采用传统脉动风速相干函数模型可能导致脉动风荷载取值偏不安全.     

低层双坡屋面房屋表面风压的数值模拟

结合低层民房风荷载及抗风性能的研究，采用基于Reynolds时均方程和标准κ-ε湍流模型的数值模拟方法，对一低层双坡屋面房屋的周围风场和表面风压进行了数值模拟．数值模拟采用具有良好拓扑性的四面体单元对计算区域进行网格划分，用顶点中心格式的有限容积法对控制微分方程进行离散，以解压力耦合方程的半隐式法(SIMPLE算法)实现对非线性离散化方程的求解．通过与风洞试验值的比较，表明了数值模拟能较好地反映低层房屋表面风压的分布，所得到的风压系数与风洞试验数据能很好地吻合．     

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。