高层建筑群的数值风洞模拟

发布时间：2020-05-22 04:30

【摘要】：随着社会经济和建造水平的迅速发展,城市中的高层建筑群已经屡见不鲜。它们极大地缓解了土地资源压力,改善了工作生活环境,是现代化城市建设发展的中坚力量。实际上,建设高层建筑群并不仅仅是数量上的叠加,更要充分考虑建筑物的相互影响,尤其是对水平风压的影响。与单体建筑相比,群体建筑的风场环境更加复杂,表面风压的分布规律变化很大,因此需要对建筑群进行更深入的研究分析。本文基于FLUENT软件,对由四幢高层建筑组成的建筑群进行了不同条件下的数值风洞模拟,从而探讨建筑群的表面风压及风压系数的分布规律。主要的研究工作如下:通过查阅国内外的相关文献,对建筑风工程的研究现状进行了分类回顾和总结,主要包括建筑风环境、结构风荷载、结构风沙荷载以及荷载干扰效应这四个方面的内容。详细阐述了数值风洞模拟的基本理论和基本方法,并对关键步骤进行了重点说明。又以经典建筑模型—CAARC模型为例进行了数值模拟,验证了本文方法的可行性和可靠性。建立了几何尺寸为20m×20m×100m的单体建筑模型,并以此模型为基础建立了双塔建筑模型和群体建筑模型。接着对三种模型分别进行了相同条件的数值风洞模拟,得到了三种情况下建筑物的表面风压及风压系数的分布情况。采用六种不同大小的风速对建筑群进行数值模拟,其中最小风速10m/s,最大风速35m/s,风速的参考高度均为10m。模拟得到了建筑群的表面风压及风压系数随风速的变化规律。研究表明:随着风速逐渐增大,上游建筑物风压系数的梯度逐渐减小,其中风压系数较高的迎风侧系数值降低,而风压系数较低的背风侧系数值升高;下游建筑物风压系数的梯度逐渐增大,其中屋顶面、迎风面以及两个侧面的风压系数均升高,背风面的风压系数降低;随着风速逐渐增大,建筑群的表面风压迅速升高。通过改变建筑物的横方向间距得到了四种不同布局的建筑群模型。本文定义γ_1(γ_2)为上(下)游建筑物的横风向间距与建筑物宽度之比,四种布局形式分别为γ_1=1,γ_2=1;γ_1=1,γ_2=3;γ_1=3,γ_2=1以及γ_1=3,γ_2=3。对这四种不同布局的建筑群模型分别进行相同条件下的数值风洞模拟,并将所得结果进行对比分析。研究表明,当γ_1与γ_2均为1时,建筑群的最大正压区分布在上游建筑物的迎风面上,而最大负压区则分布在上游建筑物的屋顶面和内侧面上;当γ_1=1,γ_2=3时,建筑群的最大正压区分布在上游建筑物的迎风面上,而最大负压区则分布在下游建筑物的外侧面上;当γ_1=3,γ_2=1时,建筑群的最大正压区分布在上、下游建筑物的迎风面上,而最大负压区则分布在下游建筑物的内侧面上;当γ_1=3,γ_2=3时,建筑群的最大正压区分布在上游建筑物的迎风面上,而最大负压区则分布在上游建筑物的屋顶面上。采用三种不同含沙量的携沙风分别对建筑群进行数值模拟,沙粒相的体积分数分别为0.5×10~(-5)、1×10~(-5)、2×10~(-5)。模拟得到了建筑群的表面风压及风压系数随含沙量的变化规律。研究表明:随着沙粒相的体积分数逐渐增大,建筑群的表面风压及风压系数均呈现出整体升高的趋势。其中,上游建筑物的背风面,下游建筑物的屋顶面和背风面受沙粒相影响较小,其余各面受影响较大。
【图文】：

塔科马,海峡大桥,事故

吉林建筑大学工学硕士学位论文第 1 章绪论景界常见的一种天气现象，是空气相对于地表的水平能够极大地改善人类及其它动植物的生存环境，如海水的热量分布、为我们带来充足的降水和清洁的处的同时，这一自然现象也给人类社会造成了诸多的 7 日，建成仅 4 个月的华盛顿塔科马海峡大桥发生了所示，顺峡谷而来的风作用在桥面上下两端，激起发生了严重的扭曲变形，，最终致使大桥彻底断裂损

渡桥,事故,风场,建筑群

图 1-2 渡桥电厂冷却塔事故Fig.1-2 Cooling tower accident in Ferrybridge Power Station代城市中的建筑群往往高大而密集，因此其内部风场十分复杂，的高层建筑，又有别于低矮的建筑群落。众多的教训提醒我们，对建筑群风场的研究，从而以更科学的方法进行建筑设计，有效生。筑物风场的形成原理近地风特性气沿地表水平运动时[1]，会受到来自地面的摩擦阻力，导致能量降。如图 1-3 所示，在粘性力的影响下，地表的摩擦作用逐渐向高度的增加而逐渐减弱。当达到边界层厚度时，摩擦力的影响将
【学位授予单位】：吉林建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU973.213

【参考文献】