开洞高层建筑风特性及开洞高层建筑群风绕流流场间干扰效应的数值模拟

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随着社会的发展,城市高层建筑物不断的涌现,风荷载也成为设计主要考虑的因素。由于建筑外形日益多样化,高层建筑开洞也越来越多,洞口不仅对建筑物表面的风压产生影响而且可以利用洞口进行发电;同时城市在空间上的组成越来越复杂,建筑群体的干扰问题也更加突出。风工程对这些方面的研究不多,因此对开洞高层建筑风特性的研究和开洞高层建筑群流场间干扰效应的研究就十分必要。本文采用CFD数值模拟的方法,对立面规则的开洞高层建筑风特性和开洞高层建筑群流场间干扰问题进行研究。本文的主要工作有以下几点。(1)首先回顾开洞高层建筑和高层建筑群体干扰效应的研究现状。然后对结构风工程的一些基本理论进行介绍;阐述大气边界层内风的的基本特征以及结构上的风荷载。(2)计算流体力学理论是数值模拟的基础,模拟时包括控制方程的建立和离散、流场的数值解法、湍流模拟的方法等。(3)对立面规则的开洞高层建筑进行数值模拟,通过UDF编程设定风速参数和湍流强度等。研究开洞高层建筑周边和洞口内的风场,以及立面的风压特性;接着研究不同开洞位置建筑物迎风面和侧面的风压特性;最后研究开洞高层建筑群在不同布置条件下流场间干扰效应。通过上述研究本文得到以下结论:1)对洞口位于0.85h高层建筑分析时,可知风速在迎风面前方减弱,在侧面增大并形成对称涡旋,在背风面形成尾流。洞口内形成狭缝效应风速最大,在结构设计时要予以考虑。迎风面风压都为正值,洞口附近的风压有所降低,最大值出现在洞口的上方。侧面风压分布复杂且都为负值,最大负压出现在接近迎风面的区域。背面风压都为负,风压梯度变化不大,洞口附近风压有所增加。洞口内的风压都为负值,洞口底部的风压稍大。2)当洞口在不同位置时,洞口对迎风面和侧面风压以及顺风向基底弯矩都有影响,降幅最大的在洞口位于0.65h处,所以在中上部开洞最有利。3)分析开洞高层建筑群在不同布置条件下流场间干扰效应。并列型布置时干扰效应对1#建筑的侧面和背面影响较大,对迎风面影响较小,起增大作用。十字型布置时干扰效应主要影响1#建筑迎风面和侧面,起减小作用。交错型布置时干扰效应不明显。
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