基于壁面带阳台的不同体型高层建筑风致响应研究

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随着我国经济的蓬勃发展高层建筑拔地而起,当前高层建筑结构趋于不规则化、立面阳台不同表现形式和建筑表面增加各种围护构件等,比如立面凸起的阳台对结构表面风压和建筑风致振动存在显著影响。高层建筑的风致舒适度问题越来越受重视,关于舒适性评价指标各国规范标准不同,我国规范采用顶点峰值加速度标准作为依据划分居住者的舒适度。本文基于动力时程分析采用加速度均方根值指标与规范相结合的方法评价高层建筑的舒适性。本文主要工作如下:采用FLUENT 17.0数值计算平台建立壁面光滑方形高层建筑数值风洞。采用CDRFG入口湍流风速生成方法合成入口湍流风场,CDRFG生成的湍流风场更加接近各向异性Von-Karman谱。对壁面光滑方形建筑在四个风向角下基于不同亚格子模型、不同数量网格和不同时间步长采用非定常大涡模拟计算建筑表面风压分布,将建筑表面极值风压系数分布与风洞试验数据对比。考虑在不同工况下的计算效率和计算结果精度,选择适用于模拟壁面带阳台建筑风压分布的亚格子模型、网格数量和时间步长。基于已知的亚格子模型和时间步长模拟在湍流风场下带阳台建筑的风压分布特性。在四个风向角下采用壁面增加粗糙条和增加阳台的方形高层建筑和十字形高层建筑进行瞬态大涡模拟计算。定量分析表面粗糙条、阳台对结构风压和气动力分布的影响,并考虑局部体型复杂化对结构瞬时涡量分布的影响。探讨不同的建筑体型和表面阳台细部构造对结构风特性的影响规律。基于ANSYS和ETABS对方形和十字形建筑有限元模型模态分析验证有限元模型固有频率和振型等动力特性的准确性。采用ANSYS进行风荷载作用下瞬态动力学分析和等效风荷载静力分析,计算在随机风荷载作用下结构楼层加速度和位移时程响应,拟合加速度、位移的峰值与均方根值关系式得到不同体型建筑加速度和位移峰值因子g。采用我国《建筑结构荷载规范》计算建筑顶点峰值加速度,提出采用《建筑结构荷载规范》计算壁面加阳台建筑峰值位移的改进意见和采用顶点峰值加速度评估结构舒适度的不足。本文创新点是基于CDRFG湍流入口生成方式对高层建筑进行数值风洞模拟得到适用于普通高层住宅建筑风压模拟参数。随机风荷载作用下求解壁面带阳台建筑的风致响应。对比数值模拟和荷载规范计算高层建筑位移响应的差异。得到带阳台建筑峰值响应与均方根响应关系式,研究增加壁面阳台对高层建筑在风荷载下动力响应的影响,指导实际工程实践应用。
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