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开洞高层建筑风压特性数值模拟研究

李敬  
【摘要】:建筑外形日益多样化的今天,矩形开洞截面超高层建筑越来越多,洞口的形状、大小和位置的变化都会对建筑物表面风压产生影响,不同风场中这种影响又有所差别,而风工程界对此的研究仍十分匮乏。本文基于Fluent6.3软件这个平台,以一个典型的矩形开洞高层建筑模型为基准,然后在不同的工况下进行数值模拟计算并对结果进行研究分析。本文的主要工作有以下几点。 (1)详细阐述了建筑模型试验风洞和数值模拟风洞所共有的阻塞效应现象,提出了阻塞效应的关键问题和在本文数值模拟中规避阻塞效应的方法。 (2)在Fluent6.3软件中进行数值模拟,分析了相同建筑在不同湍流度下,洞口设置对建筑物表面风压的影响。 (3)分析了相同建筑在不同积分尺度下,洞口设置对建筑物表面风压的影响。 (4)分析了相同建筑在不同风向角下,洞口设置对建筑物表面风压的影响。 (5)分析了不同长宽比下洞口设置对建筑物表面风压的影响。 (6)分析了不同洞口数目、位置对于建筑物表面风压的影响。 通过以上研究本文得到如下几个结论:1)阻塞效应对矩形截面建筑表面风压的影响不可忽视,在数值模拟计算中数值风洞的阻塞比要控制在5%以下。2)在不同湍流度和积分尺度下,洞口的设置显著影响了其附近测点风压,距离较远的测点几乎不受影响。3)对于不同宽长比相同开洞大小的模型,较大宽长比模型的迎风面上两边的测点受影响很小,但中间几个测点所受影响相对于较小宽长比的高层建筑比较明显。侧面受到的影响随着宽长比的增加而减小。4)在不同风向角的情况下,45度风向角时洞口前缘和后缘测点都受到了较大影响,135度时,当洞口里面处于背风面时,负压系数受影响十分明显,影响幅度可达到20%以上。5)洞口的设置导致建筑物静态风荷载有一定减小,这种减小的相对幅度比开洞率略大,但整体风荷载减小的主要原因还应该是洞口的设置使受风面积减小。


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