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基于数值模拟的下击暴流风荷载特性研究

席保锋  
【摘要】:下击暴流是在雷暴天气中形成的一种极具破坏性的强风,其风剖面特性与大气边界层风有明显不同,下击暴流的风速随着高度的增加先快速增大,之后减小,而在梯度风高度内,大气边界层风的风速一直在随着高度的增大而增大。近年来,下击暴流产生的灾难促使土木工程师们重新考量使用传统大气边界层风的风场进行结构设计的不足,而目前为止关于下击暴流风荷载的研究并不多见,而且更多的是对于单个建筑的研究,并没有考察建筑物高度,截面形状等因素的变化对建筑物表面风压分布特性和风荷载特性的影响。为了对下击暴流风荷载特性进行比较系统的研究,为工程设计提供参考,本文运用数值模拟方法,对下击暴流风场中的建筑物绕流情况进行了计算,得到了建筑物表面的风压分布特性和风荷载特性,并与大气边界层风进行了对比。 为了保证数值计算的可靠性,本文先对所采取的数值计算方法进行了精度分析与网格依赖性分析,找出了合适的数值计算模型和风场网格尺寸,之后又对高宽比的变化对建筑物表面风压分布特性和风荷载特性进行了研究,最后,本文以两种建筑物截面,四种建筑物高度,分别进行大气边界层风和下击暴流风作用下的数值模拟计算。主要结论如下: 1.下击暴流风最大风压出现的位置比较低,大概在70m高度位置处,而且上升速度比较快,之后又开始迅速下降,对于200m的超高层建筑有着明显的冲击作用,值得注意; 2.下击暴流风在每一层产生的风荷载不是一直在随着高度的增加而增加的,而是大概在70m高度位置处达到最大值,之后呈下降趋势,这与下击暴流的风剖面特性是吻合的; 3.在风荷载方面,所有算例的都是下击暴流风大于大气边界层风,而且,对于低矮建筑,下击暴流风的影响尤为严重。随着建筑物高度的增加,大气边界层风的风荷载有赶超下击暴流风的趋势; 4.在基地基底弯矩方面,除了200m高的圆形截面建筑,其他所有算例都是下击暴流风大于大气边界层风,而且也是低矮建筑受到的影响最为严重。


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