曲殼裙房對球形高層建筑風荷載影響數(shù)值

1 七、高層建筑（高聳結構）的順風向和橫風向振動 i.概述 順風向和橫風向 順風向---抖振機制 橫風向---機制復雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動彈性） 研究方法 順風向： (1)平均風壓（整體型系數(shù)）----準定常風力----隨機振動方法計算--- 振動響應 (2)同步測壓----脈動風力分布---隨機振動方法計算---振動響應（不 能應用于格構式高聳結構） (3)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風荷載---振動響應計算 (4)氣動彈性模型試驗----直接獲得振動響應 橫風向： (1)同步測壓----脈動風力分布---隨機振動方法計算---振動響應（不 能應用于格構式高聳結構） (2)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風荷載---振動響應計算 (3)氣動彈性模型試驗----直接獲得和振動響應 ii、高層建筑風壓分布特性 2．1概述

精品文檔 精品文檔 七、高層建筑（高聳結構）的順風向和橫風向振動 i.概述 順風向和橫風向 順風向---抖振機制 橫風向---機制復雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動彈性） 研究方法 順風向： (1)平均風壓（整體型系數(shù)）----準定常風力----隨機振動方法計算--- 振動響應 (2)同步測壓----脈動風力分布---隨機振動方法計算---振動響應（不 能應用于格構式高聳結構） (3)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風荷載---振動響應計算 (4)氣動彈性模型試驗----直接獲得振動響應 橫風向： (1)同步測壓----脈動風力分布---隨機振動方法計算---振動響應（不 能應用于格構式高聳結構） (2)高頻動態(tài)測力天平---一階廣義風荷載---振動響應計算 (3)氣動彈性模型試驗----直接獲得和振動響應 ii、高層建筑風壓分布特性

基于計算流體力學軟件fluent對不同角部形狀的矩形高層建筑進行三維數(shù)值風場模擬。首先,選用三種不同的湍流模型realizablek-ε,rngk-ε及雷諾應力模型(rsm),對矩形截面標準高層建筑進行數(shù)值模擬。結果表明,與風洞試驗結果對比,除了分離區(qū)等流動復雜的區(qū)域外,數(shù)值模擬能夠較好地反映風壓分布狀況。其中,雷諾應力模型由于考慮湍流各向異性的影響,與試驗結果最為接近。其次,對同尺寸下的切角及倒角高層建筑進行雷諾應力湍流模型下的數(shù)值模擬。結果表明,角部處理能有效地減小風荷載。在側風面,切角與倒角能有效抑制來流分離。在背風面,切角能減小尾流寬度與旋渦尺寸,與原模型相比,風荷載約降低15%;而倒角建筑由于較好的流線性,尾流寬度與旋渦尺寸降到最小,風荷載僅為矩形截面的65%。

第07卷第10期中國水運vol.7no.10 2007年10月chinawatertransportoctober2007 收稿日期：2007-7-11 作者簡介：蔡志波男（1973—）江漢油田設計院勘察室工程師（433123） 研究方向：巖土工程 高層建筑風荷載及抗風設計 蔡志波 摘要：隨著輕質高強新型建筑材料的不斷涌現(xiàn)，高層建筑不但建筑形式變化多樣，而且結構體型也朝著高大、輕 柔的方向發(fā)展。故風對高層建筑的影響越來越大。所以必須認真對待高層建筑中風荷載。本文通過簡述風的起因、 風的特征、風壓及

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采用可實現(xiàn)的k-ε湍流模型,對處于b類地貌風場中由4棟復雜體型高層建筑組成的建筑群進行了靜力風荷載和風場的數(shù)值模擬,計算得出了群樓周圍的流場分布和建筑表面各測點的風壓,與風洞試驗結果比較表明:數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于兩個以上的復雜體型高層建筑群樓的靜力干擾研究。著重討論了復雜體型高層建筑物之間的靜力干擾效應,結果表明:串列布置時,上游建筑對下游建筑的迎風面和側風面都有影響;而并列布置時,靜力干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側風面,對相鄰建筑物的迎風面影響很小;靜力干擾效應隨高度有顯著的變化,尤其對高低錯落的建筑群,表現(xiàn)為明顯的三維效應。

從懸臂梁振動理論出發(fā),討論了高層建筑風響應的計算以及在風洞中利用高頻天平測量高層建筑風荷載的原理,并進一步分析討論了沿建筑物高度分布的平均風力、脈動風力、風致振動慣性力以及建筑結構設計所需要的等效靜態(tài)風荷載的確定問題,指出了所提方法的局限性和應用范圍,可為高層建筑結構設計中的風荷載確定提供參考.分析結果表明,求沿高層建筑高度分布的等效靜態(tài)風荷載的方法適用于順風向風力,在應用于橫風向風力時由于渦脫落力的影響有理論誤差.

為研究湍流積分尺度對高層建筑風荷載大小和分布的影響,研究其合理取值,基于大渦模擬開展了b類地貌不同湍流積分尺度下caarc(commonwealthadvisoryaeronauticalresearchcouncil)標準高層建筑模型繞流模擬,并將模擬結果與風洞試驗進行了比較.研究結果表明:大渦模擬能較好地反映高層建筑周圍風場繞流特性和表面風壓分布.隨著湍流積分尺度的增大,平均運動的變形率向湍流脈動輸入能量,以致平均風速降低、湍流強度增大；側面風壓脈動性降低15%、分離流附著提前出現(xiàn)；基底扭矩譜和彎矩譜的峰值及高頻段幅值均減??；層斯托羅哈數(shù)在0.4倍建筑高度以下基本相同,隨高度的增加其值下降20%~30%；層平均阻力系數(shù)下降5%~10%；迎風面風壓系數(shù)平均值下降2%~5%,側面和背面下降12%~17%.湍流積分尺度對迎風面和側面上風向的風壓水平相關性、層升力和0.8倍建筑高度以下的層阻力相關性的影響可以忽略.隨湍流積分尺度的增大,風壓水平相關系數(shù)增大,背風面增大5%~10%,側面下風向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上層阻力相關性系數(shù)增大25%~50%.b類地貌湍流積分尺度的調整系數(shù)為0.4時,計算得到的風荷載與試驗結果趨于一致.

本文對涉及兩種開洞率、三種不同開洞位置和全封閉(無洞口)的八個高層建筑剛性模型的表面平均風壓分布進行了風洞試驗研究,并與計算流體動力學(cfd)大型商業(yè)軟件fluent6.0的計算結果進行了對比分析。結果表明,開洞建筑平均風壓的減少主要是受荷面積減少引起的,但其減少的比率大于開洞率。此外,借助fluent6.0對不同開洞率情況下的建筑模型進行了大量算例分析,得到了中部開洞建筑模型的平均風壓系數(shù)相對值和基底彎矩系數(shù)相對值與開洞率之間的相關方程;探討了底部開洞建筑模型洞內平均風速的增大效應與洞口大小、來流方向之間的關系。分析表明,在最不利來流風向角情況下,洞中最大平均風速可超過建筑模型頂部的遠處來流風速,應引起建筑風環(huán)境設計者的關注。

立面開洞是建筑實踐中的常見現(xiàn)象，至今，國內外有關洞口設置對高層建筑風荷載影響的研究還很少。洞口形狀、位置及開洞率等都是影響建筑靜力風荷載的因素，借助計算流體動力學(cfd)大型商業(yè)軟件fluent6．0，進行了大量的數(shù)值模擬分析，研究了相對風壓和基底傾覆力矩系數(shù)與開洞率間的關系，給出了中部和下部開口情況下的相關方程。同時探討了底部開洞情況下。洞內風速的增大效應與洞口大小和來流方向之間的關系。所得結論可供工程研究和抗風設計參考。

采用數(shù)值模擬方法對一處于設計方案階段的球形高層建筑的表面風壓及周圍風流場進行了計算分析,獲得了該類建筑與典型鈍體高層建筑所不同的風壓分布特性及周圍風流場特性,例如球面背風區(qū)下側的對稱渦漩脫落現(xiàn)象,背風區(qū)中心線附近的局部正壓作用等。在對不同風向角下的風壓分布規(guī)律進行分析的基礎上,給出了建筑物在最不利風向角下的最不利截面上的風壓系數(shù)分布曲線,為該建筑方案抗風性能的鑒定及最終方案的確定提供了依據(jù)。

某沿海超高層建筑高度達350m,高寬比達7.6,又處于浙江沿海地區(qū),風荷載是其結構設計的控制荷載.數(shù)值模擬了不同風向下超高層建筑底部平均風合力和合力矩,與風洞試驗結果相近,一般情況兩者差別不大于15%;同時擬合了該建筑表面的脈動風壓自譜密度和相干函數(shù)經驗表達式,采用空間隨機風振的cqc方法對塔樓進行了風致動力響應分析,并通過塔樓頂層峰值加速度響應和底部靜力等效風荷載合力和合力矩的比較與分析,表明高層建筑專用風振分析方法在實際工程中應用的可行性.

為了研究山地風場中超高層建筑的風荷載和風振響應特性,必須了解復雜湍流變化對建筑風荷載的影響。在風洞中模擬了4種湍流度,通過3個不同高寬比圓形截面超高層建筑模型,考察了來流湍流度、建筑高寬比、層高度等因素對順風向和橫風向風荷載功率譜影響規(guī)律。針對2個方向風荷載功率譜的特點分別采用不同荷載譜模型進行了參數(shù)擬合,再以湍流度、建筑高寬比為基本變量對荷載譜模型參數(shù)進行二次擬合,初步建立了復雜山地圓形截面超高層建筑風荷載功率譜的數(shù)學模型。最后給出一個實例,通過具體山地風速和湍流度剖面,根據(jù)提出的建筑風荷載功率譜數(shù)學模型,比較了山地和平地圓形截面超高層建筑的風振響應。

采用可實現(xiàn)的k-ε湍流模型,對處于b類地貌風場中復雜體型的雙塔建筑進行了風荷載和風場的數(shù)值模擬,計算得出了建筑周圍的流場分布和建筑表面各測點的風壓,與風洞試驗結果比較表明,數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于復雜體型的雙塔建筑的靜力干擾研究。著重討論了雙塔建筑物之間的狹縫效應,結果表明,并列布置時,干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側風面,對相鄰建筑物的迎風面影響很小,干擾作用的大小與建筑物的間距有關。

為減小高層建筑的風致阻力,本文采用數(shù)值模擬方法研究了全高吸氣控制下高層建筑的風荷載減阻性能,分析了吸氣孔位置、吸氣角、開孔寬度和吸氣流量系數(shù)等參數(shù)對風荷載減阻和分離控制的影響規(guī)律.結果表明:吸氣流量系數(shù)越大,減阻效果越好,本文吸氣角為15°、吸氣流量系數(shù)為-0.0686時模型的阻力折減系數(shù)cdr達到0.523;而吸氣角和開孔大小對cdr的影響較小.因此影響吸氣控制減阻效果的直接因素是吸氣流量系數(shù),即減阻性能取決于吸氣對邊界層中低速流體的無量綱卷吸流量.討論了吸氣所消耗的功率及其產生的反作用力,并提出了實現(xiàn)"零阻力系數(shù)"和"零基底彎矩"的可能性.最后給出了全高吸氣模型的風壓折減系數(shù)關于吸氣流量系數(shù)的經驗公式,為高層建筑吸氣控制的實際應用提供參考.

第23卷第7期vol.23no.7工程力學 2006年7月july2006engineeringmechanics93 ——————————————— 收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14 基金項目：國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體科學基金(50321003)；教育部“高等學校骨干教師資助計劃”聯(lián)合資助 作者簡介：*顧明(1957)，男，江蘇興化人，教授，博導，長江學者，主要從事結構抗風研究(e-mail:minggu@mail.#edu.cn)； 葉豐(1977)，男，江西上饒人，博士生，主要從事結構抗風研究。 文章編號：1000-4750(2006)07-0093-06 高層建筑風致響應和等效靜力風荷載的特征 *顧明，葉豐 (同濟大學土木工程防災國家重點實驗室，上海200092) 摘

以重慶賓館為工程背景,制作了縮尺比為1∶300的試驗模型,并進行了剛性模型同步測壓風洞試驗,采集了重慶賓館建筑表面的脈動風壓時程。風洞試驗包括有周邊建筑和無周邊建筑兩類工況。采用風洞試驗的脈動風壓時程數(shù)據(jù),考慮該高層建筑2個主軸方向的前4階彎曲模態(tài),進行了其風致響應研究,得到了建筑頂部的位移響應和加速度響應,并進行了人體舒適度驗算。采用慣性風荷載法,研究了建筑主軸方向的等效靜力風荷載。結果表明:對于高度為300m的混凝土高層建筑,僅考慮1階模態(tài)進行風致響應分析,位移響應能滿足工程精度的要求,但加速度響應誤差較大,至少應考慮前4階模態(tài);重慶賓館10年重現(xiàn)期下建筑頂部的峰值加速度為0.144m/s2,滿足舒適度限制要求;橫風向平均風荷載較小,但慣性風荷載較大。

工程力學97 0 50 100 150 200 250 300 0.02.0x1094.0x1096.0x1098.0x1091.0x1010 順風向彎矩/(n·m) he ig ht /m 均值 背景分量 共振分量 總量 0 50 100 150 200 250 300 0.03.0x1096.0x1099.0x1091.2x1010 橫風向彎矩/(n·m) he ig ht /m 背景分量 共振分量 總量 圖3選定建筑在d類風場中的彎矩響應 fig.3bendingmomentofbuildinginterraincategoryd 3.2響應和廣義陣風效應因子隨風速的變化特征 本節(jié)討論響應和ggef隨風速的變化。計算了 不同風速下所選建筑在b類風場中的順、橫風向的

詳細討論了高層建筑風致振動和等效靜力風荷載的計算方法及其特征。將結構風致響應分解為平均響應、動力響應的背景分量和共振分量,給出了相應的計算公式;還給出了背景和共振等效靜力風荷載的計算公式,提出了等效靜力風荷載組合的一種簡便方法,并討論了計算背景分量的qml法和lrc法的差異。最后,以一典型高層建筑為算例,討論了高層建筑風致響應和等效靜力風荷載的主要特征。

高層建筑結構風荷載數(shù)值模擬研究

基于某典型高層建筑詳細的風洞試驗結果,計算分析了該結構的基礎等效靜風荷載及結構頂部峰值加速度響應,與前期的風洞試驗結果相對比,評估了不同風洞試驗條件和周邊建筑對試驗結果的影響,獲得的結果可以用于此結構的抗風設計以及居住者舒適度評估。

高層建筑局部構件的風荷載效應——高層建筑中局部構件的質量在總體結構分析時，往往作為靜荷載加到各層樓面，這在動力分析中相當于局部構件與主體剛結，與實際情況比較吻合。盡管它們之間可有彈性變形，但這種變形狀態(tài)對于主體結構的動力特性的影響極其微小。因...