高层建筑表面风压的数值风洞模拟研究

与风洞试验相比,数值风洞具有成本低、周期短、适用广泛等诸多优点,然而由于缺乏足够的研究与验证工作,其精度及可靠性还没有被广泛接受。应用CFD方法建立两个典型高层建筑的数值风洞模型,进行建筑表面风压的模拟与验证,计算结果表明,数值风洞可以很好的反应建筑风压的分布规律,除背风面等少数区域,风压模拟结果具有较好的精度,具有很好的参考价值。     

高层建筑玻璃幕墙的风压和风振计算

该文根据风载及玻璃幕墙的变形特点，探讨了简便实用的玻璃幕墙风载计算公式；用板的随机振动理论，建立了幕墙风振响应、风振力、风振系数的严密计算公式；针对国际流行的Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ风谱，给出了简便实用的风振系数表达式，结果也适用于其它材料的幕墙，为工程设计提供了方便。     

群体高层建筑的平均风压分布特征

在风洞中采用同步测压技术研究了超高层建筑在受到周边建筑干扰后的风压变化,分析了不同宽度比Br和高度比Hr的两个高层建筑在不同相对布置下的相互干扰对风压的影响.结果显示:当施扰建筑位于横风向间距为2倍的受扰建筑迎风宽度的迎风区域内时,其对结构立面平均风压基本呈现遮挡效应,且一般情况下,Br和Hr越大,遮挡效应越明显;但当...     

风帆体型建筑表面风压的分布特征研究

针对典型风帆体型建筑的风荷载采用风洞试验方法进行研究,给出典型风向下风帆建筑的平均风压和脉动风压的分布特征,探讨该体型建筑产生此类分布的原因,并分析围护结构设计时风帆体型建筑的最不利受风区域.研究表明:风帆容易形成"前压后吸"的风压分布,对于迎风面积大、厚度却相对较小的风帆建筑整体抗风较为不利;脉动风压系数与平均风压系数分布规律较为相似,背风区的风压脉动小于侧风区;当风帆建筑锋利边缘处于侧迎风时,来流风会在锋利边缘发生显著的气动分离,使得该区域出现极大的负压.     

双并列高层建筑平均风压系数干扰效应分析

基于风洞测压试验,通过改变双并列高层建筑间的间距和风向角,分析双并列且高度不一的高层建筑表面风压分布特性。结果表明,在单栋高层建筑周围加入施扰建筑形成双并列布局后,两建筑相对立面上的风压分布和风压值会发生较大变化。建筑表面的风压极值随着间距的增大而减小,且随着风向角从0°增大至90°,其由自上而下逐级分布逐渐转变为从左到右的规律分布,正负风压极值分别出现在建筑立面左右边缘的拐角处;当风向角为90°时,两建筑立面间形成加速气流,在建筑表面形成较大的负压,影响建筑结构的抗风性能。     

单塔和双塔情况下大型冷却塔的表面风压研究

针对大型冷却塔在单塔和双塔情况下的表面风压分布,应用风洞试验方法进行研究,采用增加模型表面粗糙度的方法来补偿模型试验的雷诺数效应,通过与以往成果的比较以确定合理的粗糙度,进行变风向角和塔间距工况的双塔干扰试验.研究表明:模型表面粗糙度对冷却塔外表面风压系数有较大影响;双塔串列时前塔对后塔的影响远大于后塔对前塔的影响;斜列时可根据前塔对后塔的干扰程度并按风向角划分为3个区域.同时给出典型塔间距下考虑风向角因素的后塔体型系数包络线,供设计参考.     

矩形截面高层建筑立面上面风压极值的尺度折减系数

通过一系列刚性模型测压风洞试验,研究了矩形截面高层建筑立面面风压极值的变化特征,并与我国建筑结构荷载规范GB 50009—2012中的相关规定进行了对比,分析了受压面的面积、水平尺度及竖向尺度的影响,给出了更合理的尺度参数。试验结果表明,随受压面尺度的增加,面风压极值逐渐减小,当足尺面积达到50 m²时,面风压正极值的尺度折减系数在0.9左右,而负极值的尺度折减系数在0.8左右。我国建筑结构荷载规范对围护结构风荷载的尺度折减方法将导致面风压极值的低估,尤其是面风压正极值。以作用面面积、对角线长度和宽度作为尺度参数描述面风压极值折减系数的变化规律都不合理,建议采用以受压面的水平尺度b、竖向尺度h和整个建筑迎风面宽度B确定的综合尺度参数(b^0.85h^0.15/B)来描述建筑立面上面风压极值的尺度折减系数的变化规律。     

风力对高层建筑的作用

新型建筑材料的发展和人们建筑观念的进步导致了重量轻、造型独特的建筑物出现，但忽略了风力对这样的建筑物产生的危害。文章对这一问题进行了初步的探讨。     

风场和周边干扰对高层建筑峰值风压的影响

通过风洞测压实验,研究了风场类型及周边干扰对高层建筑峰值风压的影响.研究结果表明:风场类型对高层建筑峰值风压有着较大影响,当高层建筑周边环境不变(有或者无周边干扰)时,绝大多数情况下,不同场地类别的峰值风压系数由大到小依次是B类,C类,D类.周边干扰对高层建筑峰值风压的影响不仅与周边建筑的相对位置有关,还与高层建筑当时所处的风场类型有关,如当南立面为迎风面时,干扰建筑E,F位于南立面斜前方,表现为遮挡效应,绝大多数测点的峰值风压系数均减小,B类场地时其最大减小幅度可达43%,C类场地时可达37%,D类场地时可达46%.     

大跨度屋盖表面风压系数的试验研究

以两个大跨度屋盖结构为例，通过风洞模拟试验说明大跨度屋盖表面风压的复杂性，初步分析了风速变化对大跨度屋盖表面平均风压系数的影响。     

不同长宽比矩形截面高层建筑的风荷载研究

针对矩形截面高层建筑的整体风荷载,进行B类地貌7种长宽比建筑的测压风洞试验,分析各测点层的体型系数随风向角和高度的变化,研究整体体型系数随风向角和长宽比的变化,最后将试验结果与规范值进行比较.研究表明:垂直长边方向的体型系数最大值出现在正迎风角度;垂直短边方向的体型系数最大值出现在正迎风偏20°角度.垂直短边方向的体型系数随着长宽比的增大而减小.试验获得的整体体型系数随深宽比的变化趋势与规范一致,但数据上有偏差.当深宽比不大于1时,部分试验数据大于规范值,最大值出现在深宽比1∶2工况;当深宽比大于1时,试验数据小于规范值.     

偏转风场下高层建筑设计风速的风向折减因子

提出了超高层建筑设计风荷载估算过程中考虑风场偏转影响的强风风速风向折减因子修正方法。在风洞中模拟了一个方形截面超高层建筑刚性模型。在偏转风场和无偏风场工况下,根据提出的修正方法计算了北京地区和南京地区高层建筑设计风速的风向折减因子,分析了风场偏转对高层建筑气动力风向折减效应的影响。结果表明,偏转风场会使建筑风压存在偏移现象,最不利风压出现的风向角与无偏风场下不同,而在考虑风向折减效应的风荷载估算方法中,如果忽略风场偏转的影响就可能导致超高层建筑风荷载的低估,使得结构设计偏于危险,提出的修正方法能够有效解决这一问题。     

超高层建筑风压的幅值特性

对方形、矩形、三角形及Y型等10个典型的超高层建筑模型进行了细致的风洞试验，获得了模型表面的平均风压和脉动风压系数．详细讨论了风场和风向角对风压系数空间分布（不同高度分布，同一高度不同侧面上不同测点的风压分布等）的影响．结果表明：建筑物迎风面处于正压区；而侧面和背风面是负压区；D类风场的平均风压系数和B类风场中相近，但根方差风压系数要大很多；迎风面的平均风压系数随高度变化基本服从2α分布；三角形和Y形模型的风压系数小于方形和矩形模型．     

高层建筑周围行人高度风环境的数值模拟研究

通过数值模拟方法对某高层建筑周围的行人高度风速场进行了计算,结合当地气象台的气象风速统计资料,给出了该建筑周围舒适性风的概率直方图,对行人高度风环境的舒适性作出了评价,并对一些可能存在不舒适风问题的位置点提出了控制措施.     

干扰效应对高层住宅建筑风压差系数的影响

以 2幢相邻高层住宅建筑物为物理模型 ,以表征自然通风主要动力的风压差系数Cp′为研究对象 ,采用计算风工程学的方法进行干扰效应对自然通风影响的研究 ,并对采用的数值方法进行风洞试验验证 .研究结果表明 :上游建筑物的存在对下游建筑物上的Cp′值干扰作用明显 ;来流方向对上游和下游建筑物上的Cp′值影响都很大 ,增大来流入射角有利于建筑物上Cp′值的提高 ;在常见的住宅建筑群建筑间距范围内 ,增大建筑间距不能有效地提高受扰建筑物的Cp′值 .     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

高层建筑底部区域行人风环境试验研究

对单个方形截面高层建筑底部区域12m范围内的行人高度风环境进行试验研究。研究了不同风向角下加速比、平均风速比等参数的分布与变化规律,并以广州为例,利用Lawson风环境评价准则对该区域处于强风下的风环境进行了评价。结果表明各风向角下的最大加速比大致相等,约为1.9,且均出现在建筑背风面角隅位置。平均风速比大于0.75的区域也出现在建筑背风面角隅,此处易引起行人风环境不适。建筑周围12m范围内风环境不适的区域面积在与墙面正交风向时达到最大,应重点关注下洗(Downwash)效应造成行人高度处风速增大的影响;在斜风向20°～70°范围内通风不利的区域面积较大,对空气污染物扩散不利。建筑迎风面和背风面角隅位置出现最大等效阵风风速,应当对建筑角隅区域行人活动加以限制或提醒。     

椭圆形高耸结构风荷载特性试验研究

结合武汉天河国际机场三期扩建空管工程塔台刚性模型同步测压风洞试验结果,对椭圆形高耸结构的风荷载特性进行了研究.讨论了典型风向角下不同测点层的平均风压系数和极值风压系数的分布规律;基于测点层的风荷载合力时程,采用快速傅里叶变换的方法,得到了椭圆形高耸结构在90°风向角(最大迎风面)下的三维层风荷载功率谱,并采用经验公式对其进行拟合,拟合效果较好.采用LRC法计算了平均风荷载、背景和共振等效静力风荷载,并将结果与荷载规范建议的惯性风荷载法对比,发现两种方法得到的等效静力风荷载吻合较好.