收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2010年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

高层建筑风荷载吸/吹气控制的数值模拟研究

郑朝荣  
【摘要】: 高强轻质材料的广泛应用,使得(超)高层建筑向着越来越高、越来越柔、阻尼比越来越小的方向发展,逐渐成为风敏感性结构,抗风设计已成为需重点考虑的关键因素。在强风作用下,(超)高层建筑在强度、变形和舒适度等方面的设计面临着严峻的挑战,而且其围护结构也时常遭受破坏,造成巨大损失。因此,研究(超)高层建筑风荷载的数值模拟技术,并进而研究风对(超)高层建筑的作用机理,探索采取空气动力学措施来减小风荷载和风致响应的策略和方法,具有十分重要的理论意义和实用价值。 流动控制是指采取一定的局部控制措施来改变钝体或流线体周围的全局流场,从而实现控制流动分离、改善绕流性能、减小阻力和提高翼型的升阻比等目的的控制方法。流动控制被认为是当前空气动力学最有发展潜力的研究领域之一。近年来,主动流动控制方法已成为流体力学中不断受人关注的课题,其中吸/吹气控制方法已在航空航天、管道输运和流体机械等领域中被广泛应用。为减小高层建筑的风致阻力,改善结构的抗风性能,本文将均匀吸/吹气控制方法引入到建筑结构中。在对吸/吹气控制下三维后台阶的流动分离进行数值验证和确认后,采用雷诺应力方程模型(RSM)对侧风面全高或沿高度分段吸/吹气控制下高层建筑模型的风荷载减阻性能进行了数值研究,阐明了吸/吹气控制的风荷载减阻机理。此外,本文还模拟了大气边界层中“真实”的入流湍流,并采用大涡模拟(LES)方法研究了CAARC标准高层建筑刚性模型的脉动风荷载,构建了建筑结构脉动风荷载的数值模拟技术。本文主要进行了以下几方面的工作: 1、分别采用基于RSM的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法、基于动 力Smagorinsky-Lilly模型(DSM)和动力动能亚格子模型(DKEM)的LES方法对均匀吸/吹气控制下三维后台阶的流动分离进行了定常和非定常数值模拟,并将数值结果与相应的实验数据进行了比较,确认了基于RSM的RANS方法和基于DKEM的LES方法模拟吸/吹气控制下钝体绕流的可信度,为下文研究采用均匀吸/吹气措施控制高层建筑风荷载的方法奠定基础。 2、采用RSM湍流模型对侧风面全高均匀吸/吹气控制下高层建筑模型的风荷载减阻性能进行了定常数值模拟,分析了吸/吹气孔的几何参数和流量参数对风荷载减阻性能的影响,并通过展示流场结构阐明了吸/吹气控制机理。讨论了吸/吹气所消耗的功率及其产生的反作用力,并拟合了阻力折减系数CDR和顺风向基底弯矩折减系数CMR的经验公式,为全高吸/吹气控制高层建筑的实际应用提供参考。 3、为解决全高吸/吹气高层建筑存在的设备安装困难、连续协同工作难以控制和影响建筑物的功能使用等缺点,采用RSM湍流模型对分段吸/吹气高层建筑模型的风荷载减阻性能进行了数值研究,基于最大风压折减效率和最小吸/吹气功率比较了分段吸/吹气模型和全高吸/吹气模型的减阻性能。回归了阻力折减效率ηDR和顺风向基底弯矩折减效率ηMR的经验公式,为分段吸/吹气控制高层建筑的实际应用提供参考。 4、从控制原理、控制参数和控制效果等方面比较了吸/吹气控制实现高层建筑风荷载减阻的异同,讨论了吸/吹气控制方法在高层建筑抗风设计中的应用及其实施的可行性。 5、在“真实”地模拟了大气边界层中的入流湍流基础之上,采用LES方法研究了CAARC标准模型的脉动风荷载特性,考察了数值模拟的多种参数对CAARC模型的表面风压分布特性、气动力参数和功率谱的影响。将数值计算结果与相应的风洞试验数据进行了比较,确认了入流湍流边界条件下LES方法模拟大气边界层中钝体绕流的脉动风荷载的可信度,从而为今后研究吸/吹气方法控制高层建筑的脉动风荷载和横风向的旋涡脱落特性奠定了基础。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU973.213

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 刘小音;;高层建筑设计之我见[J];科技信息;2011年15期
2 ;北京市全面排查整治高层建筑火灾隐患[J];商用汽车;2011年14期
3 袁小玲;;浅谈高层建筑结构设计的要点[J];科技信息;2011年15期
4 刘肖岩;;安全救生槽[J];消防技术与产品信息;2011年07期
5 刘大蓉;;浅议高层建筑电气设计[J];四川建材;2011年04期
6 朱方青;;高层建筑结构设计有关问题探讨[J];中国新技术新产品;2010年20期
7 罗旺昌;;高层建筑项目的技术管理浅析[J];中小企业管理与科技(下旬刊);2011年07期
8 郭强;李忠运;陈士玲;;次高层建筑二次增压供水方案探析[J];科技信息;2011年18期
9 曹鹏;周游;;建筑施工技术控制的具体措施分析——以高层建筑为例[J];现代装饰(理论);2011年05期
10 黄春艳;;浅谈高层建筑防火设计措施[J];法制与经济(下旬);2011年08期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李杰臣;苏园园;;浅析高层建筑结构抗震设计[A];土木建筑学术文库(第13卷)[C];2010年
2 张胜;程伟丽;;浅谈高层建筑安装施工的协调与配合问题[A];河南省建筑业行业优秀论文集(2008)[C];2008年
3 郑照东;楚储航;;高层建筑承台大体积混凝土施工[A];土木建筑学术文库(第12卷)[C];2009年
4 李光旭;潘雨顺;陈承辉;;高层建筑空调制冷最佳实际设计负荷研究[A];第九届全国冷水机组与热泵技术学术会议论文集[C];1999年
5 梁枢果;;可调液体—质量阻尼器对高层建筑侧移—扭转风振响应的控制[A];第七届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ卷)[C];1998年
6 周坚;;带有刚性转换层的高层建筑静力简化计算[A];第三届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1994年
7 夏虹;;加压送风系统设计中的几点问题[A];全国暖通空调制冷2008年学术年会资料集[C];2008年
8 刘洁;李仁忠;王昌翰;;基于地面激光扫描技术的高层建筑变形监测[A];中国测绘学会第九次全国会员代表大会暨学会成立50周年纪念大会论文集[C];2009年
9 段孟永;;高层建筑结构用钢浅析[A];河南省土木建筑学会2009年学术大会论文集[C];2009年
10 王惠清;秦爽;王文英;张守亮;赵翠香;;论高层新建建筑物的防雷施工监督与管理[A];天气、气候与可持续发展——河南省气象学会2010年年会论文集[C];2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 王达明;寻找高层建筑的永久前提[N];中国房地产报;2005年
2 苏萍 杨俊媛;高层建筑的关键在于基础[N];红河日报;2008年
3 记者 吕宁丰 实习生 卢江莲;安全生产“三项行动”锁定高层建筑[N];南京日报;2009年
4 特约记者 陈海洋 杨春莲;莎车 首座19层高层建筑破土动工[N];喀什日报(汉);2009年
5 ;高层建筑“放大灾害”成为城市之忧[N];建筑时报;2009年
6 本报记者 任超然;高层建筑“危机”警示[N];中华工商时报;2010年
7 马驰;我市全面“体检”高层建筑[N];蚌埠日报;2010年
8 本报记者 申东;高层建筑失火 民众如何自救[N];宁夏日报;2010年
9 记者 李琳毅;谁来守护高层建筑的防火“生命线”?[N];石狮日报;2010年
10 本报记者 张蔚寰 通讯员 朱文昌;高层建筑:防“火”于未“燃”[N];新乡日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 郑朝荣;高层建筑风荷载吸/吹气控制的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 郑朝荣;高层建筑风荷载吸/吹气控制的数值模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
3 余志祥;高速铁路大型客站建筑风荷载及流固耦合作用研究[D];西南交通大学;2011年
4 李玉学;大跨屋盖结构风振响应和等效静力风荷载关键性问题研究[D];北京交通大学;2010年
5 陈静;带裙房高层建筑的半主动逻辑控制[D];武汉理工大学;2003年
6 燕辉;复杂体型高层建筑风荷载及风振响应研究[D];浙江大学;2004年
7 叶征伟;山区高墩大跨连续刚构桥风环境及风荷载研究[D];浙江大学;2012年
8 葛忻声;高层建筑刚性桩复合地基性状[D];浙江大学;2003年
9 覃力;日本高层建筑研究[D];同济大学;2006年
10 孙健;高层建筑筒中筒结构箱形基础下CFG桩复合地基性状研究[D];中国地质大学(北京);2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 曲文超;高层建筑结构风荷载数值模拟研究[D];天津大学;2010年
2 丁威;典型断面高层建筑风荷载风洞试验研究[D];大连理工大学;2010年
3 俞静;高层建筑基础大体积混凝土的温度与温度裂缝研究[D];武汉理工大学;2003年
4 谢霏;筒体—桩筏基础共同作用的研究[D];武汉理工大学;2003年
5 但学文;高层建筑消防设施维护管理研究[D];重庆大学;2005年
6 肖伟;多塔高层建筑结构地震反应分析[D];重庆大学;2003年
7 张继文;远场地震动作用下土—结构相互作用对深厚土层上高层建筑的影响[D];中国地震局工程力学研究所;2011年
8 晏致涛;高层建筑基础设计智能决策支持系统研究[D];重庆大学;2002年
9 李骁春;高层建筑地下室侧墙温度裂缝机理及控制技术[D];河海大学;2004年
10 杨韬;不同剪力墙力学模型的程序在高层建筑结构分析中的比较研究[D];四川大学;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026