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《湖南大学》 2012年
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复杂超高层及大跨度屋盖建筑结构风效应的数值风洞研究

卢春玲  
【摘要】:对超高层及大跨度建筑结构风效应的研究方法主要为现场实测、风洞试验和数值模拟。与现场实测和风洞实验手段相比,CFD数值风洞模拟,尤其是大涡模拟,具有以下优点:1、能提供丰富的数据和结果,包括整个流场的完整数据,所有模拟的建筑表面上的风压分布情况,包括很小区域上的风压变化。这是现场实测和风洞试验不能做到的。2、可以进行建筑结构全尺寸、高雷诺数的模拟。可以避免雷诺数效应的影响,这是风洞试验难以解决的问题。3、可以产生更符合实际大气边界层风场特性的流场。可以方便的分析不同湍流流场对结构风效应的影响。4、便于进行参数分析。可对一些流动现象和风效应做机理性的分析研究。5、成本较低。不需要制作试验模型,布置传感器等。以往对结构风效应的数值模拟多采用定常或非定常计算的雷诺平均方法,对脉动风荷载的预测不准。近几年来,通过大涡模拟计算建筑表面的风压、风荷载以及风致响应的方法虽然已经获得了一定的进展,但所分析的建筑结构的外形大都比较简单,多为长方形和圆形。且多数大涡模拟亚格子模型的算法是针对高精度数值格式和计算结果质量容易保证的结构网格。本文采用新提出的结构风效应大涡模拟数值风洞的关键技术针对复杂超高层、大跨度屋盖结构的风流场、风荷载和风致振动响应进行了大涡模拟研究。并采用数值模拟方法对大跨度屋盖结构风致雪漂造成的雪压不均匀分布以及超高层建筑中运用凤力发电可能导致的气动噪声问题进行了研究及评估。本文的主要研究工作为: (1)介绍了结构风效应数值风洞研究的基本理论知识。本文将大涡模拟作为结构风效应数值风洞模拟的一种非常重要的方法。针对现有亚格子模型在结构风工程实际运用中存在的问题以及入口湍流风场生成方法的缺点,本文建议采用结构风效应大涡模拟数值风洞的关键技术:主要针对工程应用提出的一种新的亚格子模型及一种新的入口湍流生成的DSRFG方法。并对这两种方法及优点进行了详细的介绍。采用结构风效应数值风洞的关键技术是本文的模拟结果能够成功运用于实际工程抗风设计的关键因素,是本文主要研究工作的基础。 (2)运用大涡模拟数值风洞关键技术,基于Linux系统下软件Fluent6.3的并行计算技术,对深圳新火车站进行了全尺寸的大涡模拟。数值模拟得出的屋盖上平均风压、脉动风压分布及数值与风洞试验数据有较好的吻合。验证了大涡模拟数值风洞关键技术对大跨度屋盖结构抗风设计的有效性和正确性。此外,数值风洞结果可以反映出采用缩尺模型的风洞实验很难捕捉到的狭小区域上风压梯度的剧烈变化以及站台雨棚底面与站台立柱相接处,风洞试验无法测到的该区域受立柱的影响而发生的局部风压变化。对深圳新火车站周围的风流场进行了全面细致的分析,克服了受到试验设备以及天气条件限制下,物理风洞试验和现场观测很难全面观测到建筑物周围流场的弊端。对屋盖风压分布通过流场分析了进行机理性研究,揭示建筑物周围的风速场和建筑表面风压的关联。 (3)全面考虑了以深圳大运会体育场馆为中心10公里范围内的山体和主要建筑物,采用大涡模拟数值风洞的关键技术对其进行了全尺寸的数值模拟。对深圳大运会体育中心片区的风场特性进行了分析;采用超越阈值概率方法对体育场馆周围行人风环境进行了评估;对体育场馆的平均、脉动风压分布特点进行了研究,探讨了体育场馆周边山体及建筑物对其风压分布规律及数值大小的影响;根据大涡模拟得到的体育场屋盖表面的风力时程数据对其风荷载特性进行了探讨,并计算了体育场屋盖的静力等效风荷载。数值风洞的模拟结果成功运用于大运会体育场馆的设计复核中。 (4)以台北101大楼(高508m)以及深圳平安国际金融大厦(高660m)两栋著名的超高层建筑为背景,采用大涡模拟数值风洞的关键技术对其进行了全尺寸的数值模拟。得到了台北101大楼以及深圳平安大厦周围的风流场及作用于其上的风荷载时程数据。计算了风荷载作用下两栋大楼的风致响应以及等效静力风荷载。并将计算结果与现场实测以及风洞试验的相应数据进行了对比,验证了本文采用的数值风洞技术对超高层建筑抗风设计的正确性与可靠性。探讨了不同的湍流流场对超高层建筑风场、风压分布、风荷载以及风致响应的影响。 (5)以吉林新火车站为研究对象,采用Euler-Euler体系的两相流理论,在流体计算软件FLUENT6.3基础上编写了相应的UDF计算程序,对吉林火车站周围的风雪运动进行了数值模拟,得到了不同风向下屋盖表面风致雪压的不均匀分布情况,总结了风雪共同作用下雪压的分布规律;给出了吉林火车站屋盖表面上的平均雪压分布,探讨了火车站屋盖及雨棚各分块积雪分布系数随风向的变化情况。为寒冷气候下大跨度屋盖结构的抗风设计提供了依据; (6)对采用风机发电的“高性能”可持续性建筑:“珠江城”商务写字楼由于风洞口和风机的存在可能产生的气动噪声问题进行了数值模拟研究。采用基于SST湍流模型的宽频带噪声源模型得到了“珠江城”商务写字楼风洞口周围的噪声分布。探讨了有无风机对风洞口周围的噪声分布及大小的影响。对“珠江城”商务写字楼风洞口周围产生的室外噪声及室内噪声进行了评估。 (7)本文在高雷诺数(108)情况下,对大规模复杂建筑结构风荷载和风致振动运用大涡模拟取得的结果及与原型实测和风洞试验结果进行了对比分析,在国内外风工程及结构工程界尚属首次。
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TU973.213

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【引证文献】
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1 张明亮;考虑幕墙开孔的屋盖结构风洞试验及理论分析研究[D];湖南大学;2013年
【参考文献】
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1 刘继生,陈水福;井冈山机场航站楼屋盖表面风压的数值模拟及试验研究[J];工程力学;2005年04期
2 苏国;陈水福;;复杂体型高层建筑表面风压及周围风环境的数值模拟[J];工程力学;2006年08期
3 方开翔;李豪杰;高慧;;基于Fluent6.0的风机流场模拟与噪声预估[J];江苏科技大学学报(自然科学版);2008年04期
4 李雪峰;周晅毅;顾明;;北京南站屋面雪荷载分布研究[J];建筑结构;2008年05期
5 戴益民;李秋胜;李正农;;低矮房屋屋面风压的实测及分析[J];建筑结构;2009年07期
6 刘辉志;姜瑜君;梁彬;朱凤荣;张伯寅;桑建国;;城市高大建筑群周围风环境研究[J];中国科学(D辑:地球科学);2005年S1期
7 胡俊伟,丁国良,张春路;空调器室内机气动噪声模拟[J];机械工程学报;2004年11期
8 顾明 ,黄鹏 ,杨伟 ,汪大绥 ,周建龙;上海铁路南站平均风荷载的风洞试验和数值模拟[J];建筑结构学报;2004年05期
9 周晅毅;顾明;李雪峰;;大跨度屋盖表面风致雪压分布规律研究[J];建筑结构学报;2008年02期
10 李秋胜;戴益民;李正农;胡尚瑜;;强台风“黑格比”登陆过程中近地风场特性[J];建筑结构学报;2010年04期
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1 戴益民;李秋胜;李正农;;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
【共引文献】
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1 张兆顺;崔桂香;许春晓;;MODERN TURBULENCE AND NEW CHALLENGES[J];Acta Mechanica Sinica;2002年04期
2 魏淑惠;张长海;陈皖;支树洁;;基于计算流体动力学的偏心环空流场数值模拟[J];大庆石油学院学报;2007年06期
3 蒋琦;蒋富民;;地球物质的人为转移与地球物理环境[J];地球物理学进展;2008年05期
4 陈燕华;曾晓云;袁康;;暴风雪对建筑结构雪荷载取值的影响[J];低温建筑技术;2010年03期
5 黄荣;;高楼风环境影响评价浅析[J];大众科技;2010年05期
6 昌泽舟;罗皓;郭丽娜;王宏;陈萍;;CFD软件在通风机设计中的应用[J];风机技术;2009年02期
7 李俊;叶学民;王松岭;刘阳;;轴流式通风机非设计工况下流场的数值研究及性能预测[J];风机技术;2009年03期
8 贾煊;王军;朴海平;王越文;;烤烟用低压轴流风机性能试验研究[J];风机技术;2010年05期
9 马剑;陈水福;王海根;;不同布局高层建筑群的风环境状况评价[J];环境科学与技术;2007年06期
10 陈义胜;庞赟佶;闫永旺;;建筑间距对大气流动及输移特性影响的模拟研究[J];环境科学与技术;2009年02期
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1 朱航;欧进萍;谢彬;马哲;翟钢军;;HYSY-981半潜式平台井架风压数值模拟与风洞实验[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
2 史文海;李正农;张传雄;;近地强风的湍流特性和空间相关性实测研究[A];第19届全国结构工程学术会议论文集(第Ⅲ册)[C];2010年
3 史文海;董大治;李正农;;沿海地区近地边界层强/台风的统计特征分析[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2012年
4 戴益民;王相军;闫旭光;孙洪鑫;李永贵;;我国沿海低矮民居风灾统计及破坏机理分析[A];第21届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2012年
5 沈世钊;;大跨空间结构理论研究若干新进展[A];第十一届空间结构学术会议论文集[C];2005年
6 丁洁民;方江生;王田友;;复杂体型大跨屋盖结构的抗风研究[A];首届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2006年
7 周云;郭永恒;;城市防灾减灾工程篇[A];工程建设技术发展研究报告[C];2006年
8 卢旦;李承铭;;上海世博会日本馆风荷载特性的数值模拟研究[A];建筑结构(2009·增刊)——第二届全国建筑结构技术交流会论文集[C];2009年
9 戴益民;李秋胜;李正农;;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
10 李雪峰;周晅毅;顾明;;改进RSM湍流模型模拟雪飘移[A];第十四届全国结构风工程学术会议论文集(下册)[C];2009年
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1 戴益民;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[D];湖南大学;2010年
2 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
3 肖玉凤;基于数值模拟的东南沿海台风危险性分析及轻钢结构风灾易损性研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
4 朱航;半潜式平台运动性能与活动垂荡板减振系统研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
5 黄橙;新型流体有限元方法研究及其在风场绕流和结构耦合风效应中的应用[D];上海交通大学;2011年
6 方江生;复杂大跨度屋盖结构的风荷载特性及抗风设计研究[D];同济大学;2007年
7 杨有根;高层建筑的抗风实测分析与大跨度屋盖的风致响应研究[D];湖南大学;2007年
8 翟之平;叶片式抛送装置抛送机理研究与参数优化[D];内蒙古农业大学;2008年
9 张毅锋;高阶精度格式(WCNS)加速收敛和复杂流动数值模拟的应用研究[D];中国空气动力研究与发展中心;2008年
10 王振华;索穹顶与单层网壳组合的新型空间结构理论分析与试验研究[D];浙江大学;2009年
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1 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
2 刘博;叶片式流体设备数字化研发与优化研究[D];郑州大学;2010年
3 伍礼兵;空调室内机风道流场数值模拟优化及实验研究[D];浙江大学;2011年
4 蒋坤;屋面积雪分布系数的研究分析[D];沈阳建筑大学;2011年
5 黄超;大型动叶可调轴流风机数值模拟与实际工况比较研究[D];华北电力大学(北京);2011年
6 史松;城市高层建筑群风能转换与储能技术研究[D];河北科技大学;2011年
7 凌荣华;600MW机组静叶可调轴流式引风机性能数值分析[D];华北电力大学(北京);2011年
8 杨阳;大跨度屋盖围护结构风致破坏数值模拟研究[D];北京交通大学;2011年
9 岳耀辉;汽车罐车用紧急切断阀及其校验技术研究[D];江南大学;2011年
10 李伟;沿湖开放小区风环境数值模拟[D];南昌大学;2011年
【同被引文献】
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1 何艳丽,董石麟,龚景海;空间网格结构频域风振响应分析模态补偿法[J];工程力学;2002年04期
2 刘继生,陈水福;井冈山机场航站楼屋盖表面风压的数值模拟及试验研究[J];工程力学;2005年04期
3 王珩,孙炳楠,楼文娟,沈国辉,林书明,金琨;台州体育中心屋盖的风振系数计算[J];工业建筑;2005年04期
4 刘锡良,周颖;风荷载的几种模拟方法[J];工业建筑;2005年05期
5 李庆祥;孙炳楠;沈国辉;翟林海;;湖州大剧院屋盖及幕墙的风荷载分布特性[J];哈尔滨工业大学学报;2006年09期
6 李秋胜;陈伏彬;傅继阳;谢壮宁;;大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2009年08期
7 卢春玲;李秋胜;黄生洪;李正农;;大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究[J];湖南大学学报(自然科学版);2010年10期
8 顾明,朱川海;大型体育场主看台挑篷的风压及其干扰影响[J];建筑结构学报;2002年04期
9 武岳,郭海山,陈新礼,沈世钊;大跨度点支式幕墙支承结构风振性能分析[J];建筑结构学报;2002年05期
10 顾明 ,黄鹏 ,杨伟 ,汪大绥 ,周建龙;上海铁路南站平均风荷载的风洞试验和数值模拟[J];建筑结构学报;2004年05期
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1 戴益民;低矮房屋风载特性的实测及风洞试验研究[D];湖南大学;2010年
【二级参考文献】
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1 田彬,席德科,徐燕飞,孙刚;轴流通风机内部流场数值研究[J];风机技术;2004年05期
2 布占宇,楼文娟,唐锦春,徐兴;台风致窗户破坏时大跨度屋面风振响应研究[J];工程力学;2004年02期
3 王军,金培耕,伍光辉,吴克启;空调用轴流风扇系统内流特性分析与应用[J];工程热物理学报;2002年03期
4 刘锡良,周颖;风荷载的几种模拟方法[J];工业建筑;2005年05期
5 童宗鹏,王国治;窗式空调器振动噪声源的分析和控制研究[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2002年02期
6 陈勇,黄本才,林颖儒,徐晓明;体育场内风流场和直缘主看台挑篷风压力分布的三维数值模拟[J];建筑结构;2002年09期
7 戴益民;李秋胜;李正农;;低矮房屋屋面风压的实测及分析[J];建筑结构;2009年07期
8 王元清,谭成冬,张勇;拱型波纹钢屋盖结构风振响应的时域分析[J];重庆建筑大学学报;2005年02期
9 邓晓蔚;石永久;王元清;徐悦;;大跨度幕墙体系的风振分析[J];重庆建筑大学学报;2006年03期
10 胡俊伟,丁国良,张春路;空调器室内机气动噪声模拟[J];机械工程学报;2004年11期
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10 ;北京机场A380机库大屋盖成功实现整体吊装[J];钢结构;2007年09期
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8 刘毛方;邓华;;基于风洞测压数据的大跨屋盖结构脉动风特性分析[A];第九届全国现代结构工程学术研讨会论文集[C];2009年
9 刘家骏;崔翼;伊向丽;;有悬挂吊车网架屋盖结构的内力分析与设计[A];第七届空间结构学术会议论文集[C];1994年
10 钱若军;季天健;蓝倜恩;;索网及索—桁架屋盖结构的静力分析及程序[A];空间结构论文选集(二)[C];1997年
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1 范重;开合式屋盖:摒弃恶劣天气的干扰[N];中国建设报;2011年
2 王雄伟;清华土木系获JEC创新奖[N];中国化工报;2010年
3 本报记者 李东;飞扬“中国脊”走进百年奥运建筑[N];中国冶金报;2008年
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10 周仁忠;北京新中国国际展览中心[N];建筑时报;2007年
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1 沈国辉;大跨度屋盖结构的抗风研究[D];浙江大学;2004年
2 李寿科;屋盖开孔的近地空间建筑的风效应及等效静力风荷载研究[D];湖南大学;2013年
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5 李朝;近地湍流风场的CFD模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
6 李朝;近地湍流风场的CFD模拟研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
7 齐志刚;大跨度平行四边形底双曲混凝土组合扭壳屋盖结构分析与施工控制研究[D];重庆大学;2008年
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4 叶烨;大跨结构群屋盖表面风荷载特性及测点分区处理优化[D];湖南大学;2013年
5 张风亮;中国木结构古建筑屋盖梁架体系力学性能研究[D];西安建筑科技大学;2011年
6 洪晟;大跨度格栅屋盖抗风研究[D];西南交通大学;2012年
7 陈程;墙面开孔后大跨度平屋盖的风荷载特性[D];北京交通大学;2013年
8 张永霞;大跨度菱形空间桁架屋盖结构的静动力性能分析[D];太原理工大学;2011年
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10 陈悦;高层建筑对大跨柱面屋盖的风致干扰效应[D];北京交通大学;2013年
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