复杂双塔结构风荷载数值模拟

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本文利用FLUENT软件模拟数值风洞,着重阐述了高层建筑物风荷载数值模拟的重要性,本文的主要研究工作可归纳为以下几个方面:1)本文首先对风洞数值模拟中相关参数的设置进行了探讨,研究了高层建筑基本构型的静态绕流风场流动和三维风场,建立了适用于钝体结构绕流的数值风洞模型,对计算流域、网格划分、边界条件的设置、求解参数及收敛准则等问题进行了深入的讨论,研究了不同湍流模型对计算结果的影响,并与风洞试验数据进行对比分析,验证了CFD的合理性,在此基础上,提取合适的湍流模型,为合十舍利塔模型的建立提供了可靠的依据。结果表明:RNGκ-ε、Standardκ-ε模型的值偏高一点,Realizableκ-ε与实验值较为接近。对于迎风面,各国规范取值一致;对于背风面,除了日本规范大于实验值的平均值,其他国家的规范都小于实验值;对于侧面,各国规范的取值都大于了实验值的平均值,而中国、美国和日本的取值相对偏大一些。总体来讲日本规范的各风压力系数要大于其他国家,相对偏于保守。2)根据合十舍利塔的工程情况及风洞实验概况,分别分析了结构在0o、30o、60o、90o、180o、270o风攻向角作用下建筑表面的风压系数的分布及大小,并将0o、90o的数值模拟数值与实验值进行了对比,讨论了从0o~90o的风向角变化过程中风压系数的分布及大小的变化过程,研究了90°风向角作用下的湍动能大小及风速矢量的分布,给出了建筑物在各风向角条件下的平均压力系数的最大、最小区域分布图。3)运用ANSYS软件分析了结构的固有频率及振动形式,并求得其在0o、90o风向角下的位移值和层间位移角,从而得出位移随高度的变化规律,为复杂高层结构风压分布规律确定及气动优化设计提供参考。结果表明: X方向和Y方向位移随高度的变化曲线和框架剪力墙协同工作时的变形曲线极为吻合。结构的层间位移角,在64m高度以下时,整体趋势是随着高度的增加而增加,在64m以上时,整体趋势是随着高度的增加而减小,但是局部还是出现了层间位移角增大的情况。
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