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孪生异形建筑风致干扰效应的分析研究

黄炼  
【摘要】:风荷载是异形高层建筑设计时需要考虑的主要控制荷载。异形建筑由于体型复杂、高度较大,其所处风场一般比较复杂。因而,像体表面风压的分布不能仅仅通过相关规范标准求得,还需要借助于风洞试验和数值模拟方法。由于风洞试验一般周期较长,成本较为昂贵,且随着计算流体力学的发展,钝体绕流问题可以借助数值模拟方法得到较好解决,因而数值模拟方法目前是研究分析雕像类结构风场分布特点的重要手段。在以前一段时间内,人们对于建筑结构上风荷载的计算仅考虑结构自身,并未考虑到邻近建筑对其的影响。随着结构风工程的进步发展,人们逐渐发现周围建筑会对主体建筑产生干扰效应,且干扰效应有时不容忽视,甚至必须对干扰效应采取有效的抗风措施。本文以Fluent15.0软件平台为基础,探讨了风致干扰效应对建筑结构的影响。本文在参考和总结前人相关研究基础上,首先,参照同济大学关于两个规整高层建筑干扰效应的TJ-1风洞试验,对两标准方柱刚性模型进行了数值模拟研究。通过风洞试验数据和数值模拟结果的对比,讨论分析了不同计算域壁面函数、对流项离散格式、湍流模型对数值模拟结果的影响,为后续数值模拟提供参数依据,同时对数值模拟结果的正确性和精确度进行了一定验证。然后,在B类地貌风场下,结合平时参与的雕像类实际工程设计,对独立状态黄石药师雕像所处风场环境进行数值模拟。得到并展示了像体表面风压的分布特征,同时采取简化方法,依据我国荷载规范计算像体所受的静风荷载,并与数值模拟结果做了比较分析。接着,在相同地貌风场下,对干扰状态黄石药师雕像所处风场环境进行数值模拟。数值模拟了不同风向角和不同间距干扰状态下像体所处风场,对不同方向角下像体代表高度测点的风压系数、壁面整体体形系数、基底力矩三方面作了比较分析,同时对不同间距下像体壁面整体体形系数干扰因子和顺风向基底力矩作了比较分析。研究了干扰状态下像体所处风场的变化及其所受到邻近建筑的干扰影响。最后,对本文所做工作进行了总结,归纳得到的一些结果,为雕像结构干扰效应的抗风研究提供了一定的依据和参考。


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