曲殼裙房對(duì)球形高層建筑風(fēng)荷載影響數(shù)值

1 七、高層建筑（高聳結(jié)構(gòu)）的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動(dòng) i.概述 順風(fēng)向和橫風(fēng)向 順風(fēng)向---抖振機(jī)制 橫風(fēng)向---機(jī)制復(fù)雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動(dòng)彈性） 研究方法 順風(fēng)向： (1)平均風(fēng)壓（整體型系數(shù)）----準(zhǔn)定常風(fēng)力----隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算--- 振動(dòng)響應(yīng) (2)同步測(cè)壓----脈動(dòng)風(fēng)力分布---隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算---振動(dòng)響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (3)高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算 (4)氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)----直接獲得振動(dòng)響應(yīng) 橫風(fēng)向： (1)同步測(cè)壓----脈動(dòng)風(fēng)力分布---隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算---振動(dòng)響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (2)高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算 (3)氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)----直接獲得和振動(dòng)響應(yīng) ii、高層建筑風(fēng)壓分布特性 2．1概述

精品文檔 精品文檔 七、高層建筑（高聳結(jié)構(gòu)）的順風(fēng)向和橫風(fēng)向振動(dòng) i.概述 順風(fēng)向和橫風(fēng)向 順風(fēng)向---抖振機(jī)制 橫風(fēng)向---機(jī)制復(fù)雜（高層建筑：紊流+尾流+氣動(dòng)彈性） 研究方法 順風(fēng)向： (1)平均風(fēng)壓（整體型系數(shù)）----準(zhǔn)定常風(fēng)力----隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算--- 振動(dòng)響應(yīng) (2)同步測(cè)壓----脈動(dòng)風(fēng)力分布---隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算---振動(dòng)響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (3)高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算 (4)氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)----直接獲得振動(dòng)響應(yīng) 橫風(fēng)向： (1)同步測(cè)壓----脈動(dòng)風(fēng)力分布---隨機(jī)振動(dòng)方法計(jì)算---振動(dòng)響應(yīng)（不 能應(yīng)用于格構(gòu)式高聳結(jié)構(gòu)） (2)高頻動(dòng)態(tài)測(cè)力天平---一階廣義風(fēng)荷載---振動(dòng)響應(yīng)計(jì)算 (3)氣動(dòng)彈性模型試驗(yàn)----直接獲得和振動(dòng)響應(yīng) ii、高層建筑風(fēng)壓分布特性

基于計(jì)算流體力學(xué)軟件fluent對(duì)不同角部形狀的矩形高層建筑進(jìn)行三維數(shù)值風(fēng)場(chǎng)模擬。首先,選用三種不同的湍流模型realizablek-ε,rngk-ε及雷諾應(yīng)力模型(rsm),對(duì)矩形截面標(biāo)準(zhǔn)高層建筑進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果表明,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,除了分離區(qū)等流動(dòng)復(fù)雜的區(qū)域外,數(shù)值模擬能夠較好地反映風(fēng)壓分布狀況。其中,雷諾應(yīng)力模型由于考慮湍流各向異性的影響,與試驗(yàn)結(jié)果最為接近。其次,對(duì)同尺寸下的切角及倒角高層建筑進(jìn)行雷諾應(yīng)力湍流模型下的數(shù)值模擬。結(jié)果表明,角部處理能有效地減小風(fēng)荷載。在側(cè)風(fēng)面,切角與倒角能有效抑制來流分離。在背風(fēng)面,切角能減小尾流寬度與旋渦尺寸,與原模型相比,風(fēng)荷載約降低15%;而倒角建筑由于較好的流線性,尾流寬度與旋渦尺寸降到最小,風(fēng)荷載僅為矩形截面的65%。

第07卷第10期中國水運(yùn)vol.7no.10 2007年10月chinawatertransportoctober2007 收稿日期：2007-7-11 作者簡(jiǎn)介：蔡志波男（1973—）江漢油田設(shè)計(jì)院勘察室工程師（433123） 研究方向：巖土工程 高層建筑風(fēng)荷載及抗風(fēng)設(shè)計(jì) 蔡志波 摘要：隨著輕質(zhì)高強(qiáng)新型建筑材料的不斷涌現(xiàn)，高層建筑不但建筑形式變化多樣，而且結(jié)構(gòu)體型也朝著高大、輕 柔的方向發(fā)展。故風(fēng)對(duì)高層建筑的影響越來越大。所以必須認(rèn)真對(duì)待高層建筑中風(fēng)荷載。本文通過簡(jiǎn)述風(fēng)的起因、 風(fēng)的特征、風(fēng)壓及

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采用可實(shí)現(xiàn)的k-ε湍流模型,對(duì)處于b類地貌風(fēng)場(chǎng)中由4棟復(fù)雜體型高層建筑組成的建筑群進(jìn)行了靜力風(fēng)荷載和風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬,計(jì)算得出了群樓周圍的流場(chǎng)分布和建筑表面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較表明:數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于兩個(gè)以上的復(fù)雜體型高層建筑群樓的靜力干擾研究。著重討論了復(fù)雜體型高層建筑物之間的靜力干擾效應(yīng),結(jié)果表明:串列布置時(shí),上游建筑對(duì)下游建筑的迎風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面都有影響;而并列布置時(shí),靜力干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側(cè)風(fēng)面,對(duì)相鄰建筑物的迎風(fēng)面影響很小;靜力干擾效應(yīng)隨高度有顯著的變化,尤其對(duì)高低錯(cuò)落的建筑群,表現(xiàn)為明顯的三維效應(yīng)。

從懸臂梁振動(dòng)理論出發(fā),討論了高層建筑風(fēng)響應(yīng)的計(jì)算以及在風(fēng)洞中利用高頻天平測(cè)量高層建筑風(fēng)荷載的原理,并進(jìn)一步分析討論了沿建筑物高度分布的平均風(fēng)力、脈動(dòng)風(fēng)力、風(fēng)致振動(dòng)慣性力以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所需要的等效靜態(tài)風(fēng)荷載的確定問題,指出了所提方法的局限性和應(yīng)用范圍,可為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的風(fēng)荷載確定提供參考.分析結(jié)果表明,求沿高層建筑高度分布的等效靜態(tài)風(fēng)荷載的方法適用于順風(fēng)向風(fēng)力,在應(yīng)用于橫風(fēng)向風(fēng)力時(shí)由于渦脫落力的影響有理論誤差.

為研究湍流積分尺度對(duì)高層建筑風(fēng)荷載大小和分布的影響,研究其合理取值,基于大渦模擬開展了b類地貌不同湍流積分尺度下caarc(commonwealthadvisoryaeronauticalresearchcouncil)標(biāo)準(zhǔn)高層建筑模型繞流模擬,并將模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行了比較.研究結(jié)果表明:大渦模擬能較好地反映高層建筑周圍風(fēng)場(chǎng)繞流特性和表面風(fēng)壓分布.隨著湍流積分尺度的增大,平均運(yùn)動(dòng)的變形率向湍流脈動(dòng)輸入能量,以致平均風(fēng)速降低、湍流強(qiáng)度增大；側(cè)面風(fēng)壓脈動(dòng)性降低15%、分離流附著提前出現(xiàn)；基底扭矩譜和彎矩譜的峰值及高頻段幅值均減小；層斯托羅哈數(shù)在0.4倍建筑高度以下基本相同,隨高度的增加其值下降20%~30%；層平均阻力系數(shù)下降5%~10%；迎風(fēng)面風(fēng)壓系數(shù)平均值下降2%~5%,側(cè)面和背面下降12%~17%.湍流積分尺度對(duì)迎風(fēng)面和側(cè)面上風(fēng)向的風(fēng)壓水平相關(guān)性、層升力和0.8倍建筑高度以下的層阻力相關(guān)性的影響可以忽略.隨湍流積分尺度的增大,風(fēng)壓水平相關(guān)系數(shù)增大,背風(fēng)面增大5%~10%,側(cè)面下風(fēng)向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上層阻力相關(guān)性系數(shù)增大25%~50%.b類地貌湍流積分尺度的調(diào)整系數(shù)為0.4時(shí),計(jì)算得到的風(fēng)荷載與試驗(yàn)結(jié)果趨于一致.

本文對(duì)涉及兩種開洞率、三種不同開洞位置和全封閉(無洞口)的八個(gè)高層建筑剛性模型的表面平均風(fēng)壓分布進(jìn)行了風(fēng)洞試驗(yàn)研究,并與計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)大型商業(yè)軟件fluent6.0的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明,開洞建筑平均風(fēng)壓的減少主要是受荷面積減少引起的,但其減少的比率大于開洞率。此外,借助fluent6.0對(duì)不同開洞率情況下的建筑模型進(jìn)行了大量算例分析,得到了中部開洞建筑模型的平均風(fēng)壓系數(shù)相對(duì)值和基底彎矩系數(shù)相對(duì)值與開洞率之間的相關(guān)方程;探討了底部開洞建筑模型洞內(nèi)平均風(fēng)速的增大效應(yīng)與洞口大小、來流方向之間的關(guān)系。分析表明,在最不利來流風(fēng)向角情況下,洞中最大平均風(fēng)速可超過建筑模型頂部的遠(yuǎn)處來流風(fēng)速,應(yīng)引起建筑風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)者的關(guān)注。

立面開洞是建筑實(shí)踐中的常見現(xiàn)象，至今，國內(nèi)外有關(guān)洞口設(shè)置對(duì)高層建筑風(fēng)荷載影響的研究還很少。洞口形狀、位置及開洞率等都是影響建筑靜力風(fēng)荷載的因素，借助計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(cfd)大型商業(yè)軟件fluent6．0，進(jìn)行了大量的數(shù)值模擬分析，研究了相對(duì)風(fēng)壓和基底傾覆力矩系數(shù)與開洞率間的關(guān)系，給出了中部和下部開口情況下的相關(guān)方程。同時(shí)探討了底部開洞情況下。洞內(nèi)風(fēng)速的增大效應(yīng)與洞口大小和來流方向之間的關(guān)系。所得結(jié)論可供工程研究和抗風(fēng)設(shè)計(jì)參考。

采用數(shù)值模擬方法對(duì)一處于設(shè)計(jì)方案階段的球形高層建筑的表面風(fēng)壓及周圍風(fēng)流場(chǎng)進(jìn)行了計(jì)算分析,獲得了該類建筑與典型鈍體高層建筑所不同的風(fēng)壓分布特性及周圍風(fēng)流場(chǎng)特性,例如球面背風(fēng)區(qū)下側(cè)的對(duì)稱渦漩脫落現(xiàn)象,背風(fēng)區(qū)中心線附近的局部正壓作用等。在對(duì)不同風(fēng)向角下的風(fēng)壓分布規(guī)律進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,給出了建筑物在最不利風(fēng)向角下的最不利截面上的風(fēng)壓系數(shù)分布曲線,為該建筑方案抗風(fēng)性能的鑒定及最終方案的確定提供了依據(jù)。

某沿海超高層建筑高度達(dá)350m,高寬比達(dá)7.6,又處于浙江沿海地區(qū),風(fēng)荷載是其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制荷載.數(shù)值模擬了不同風(fēng)向下超高層建筑底部平均風(fēng)合力和合力矩,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果相近,一般情況兩者差別不大于15%;同時(shí)擬合了該建筑表面的脈動(dòng)風(fēng)壓自譜密度和相干函數(shù)經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式,采用空間隨機(jī)風(fēng)振的cqc方法對(duì)塔樓進(jìn)行了風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析,并通過塔樓頂層峰值加速度響應(yīng)和底部靜力等效風(fēng)荷載合力和合力矩的比較與分析,表明高層建筑專用風(fēng)振分析方法在實(shí)際工程中應(yīng)用的可行性.

為了研究山地風(fēng)場(chǎng)中超高層建筑的風(fēng)荷載和風(fēng)振響應(yīng)特性,必須了解復(fù)雜湍流變化對(duì)建筑風(fēng)荷載的影響。在風(fēng)洞中模擬了4種湍流度,通過3個(gè)不同高寬比圓形截面超高層建筑模型,考察了來流湍流度、建筑高寬比、層高度等因素對(duì)順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)荷載功率譜影響規(guī)律。針對(duì)2個(gè)方向風(fēng)荷載功率譜的特點(diǎn)分別采用不同荷載譜模型進(jìn)行了參數(shù)擬合,再以湍流度、建筑高寬比為基本變量對(duì)荷載譜模型參數(shù)進(jìn)行二次擬合,初步建立了復(fù)雜山地圓形截面超高層建筑風(fēng)荷載功率譜的數(shù)學(xué)模型。最后給出一個(gè)實(shí)例,通過具體山地風(fēng)速和湍流度剖面,根據(jù)提出的建筑風(fēng)荷載功率譜數(shù)學(xué)模型,比較了山地和平地圓形截面超高層建筑的風(fēng)振響應(yīng)。

采用可實(shí)現(xiàn)的k-ε湍流模型,對(duì)處于b類地貌風(fēng)場(chǎng)中復(fù)雜體型的雙塔建筑進(jìn)行了風(fēng)荷載和風(fēng)場(chǎng)的數(shù)值模擬,計(jì)算得出了建筑周圍的流場(chǎng)分布和建筑表面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓,與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果比較表明,數(shù)值模擬方法具有較好的精度,可用于復(fù)雜體型的雙塔建筑的靜力干擾研究。著重討論了雙塔建筑物之間的狹縫效應(yīng),結(jié)果表明,并列布置時(shí),干擾作用只發(fā)生在相鄰建筑物的側(cè)風(fēng)面,對(duì)相鄰建筑物的迎風(fēng)面影響很小,干擾作用的大小與建筑物的間距有關(guān)。

為減小高層建筑的風(fēng)致阻力,本文采用數(shù)值模擬方法研究了全高吸氣控制下高層建筑的風(fēng)荷載減阻性能,分析了吸氣孔位置、吸氣角、開孔寬度和吸氣流量系數(shù)等參數(shù)對(duì)風(fēng)荷載減阻和分離控制的影響規(guī)律.結(jié)果表明:吸氣流量系數(shù)越大,減阻效果越好,本文吸氣角為15°、吸氣流量系數(shù)為-0.0686時(shí)模型的阻力折減系數(shù)cdr達(dá)到0.523;而吸氣角和開孔大小對(duì)cdr的影響較小.因此影響吸氣控制減阻效果的直接因素是吸氣流量系數(shù),即減阻性能取決于吸氣對(duì)邊界層中低速流體的無量綱卷吸流量.討論了吸氣所消耗的功率及其產(chǎn)生的反作用力,并提出了實(shí)現(xiàn)"零阻力系數(shù)"和"零基底彎矩"的可能性.最后給出了全高吸氣模型的風(fēng)壓折減系數(shù)關(guān)于吸氣流量系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)公式,為高層建筑吸氣控制的實(shí)際應(yīng)用提供參考.

第23卷第7期vol.23no.7工程力學(xué) 2006年7月july2006engineeringmechanics93 ——————————————— 收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14 基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金(50321003)；教育部“高等學(xué)校骨干教師資助計(jì)劃”聯(lián)合資助 作者簡(jiǎn)介：*顧明(1957)，男，江蘇興化人，教授，博導(dǎo)，長江學(xué)者，主要從事結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究(e-mail:minggu@mail.#edu.cn)； 葉豐(1977)，男，江西上饒人，博士生，主要從事結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究。 文章編號(hào)：1000-4750(2006)07-0093-06 高層建筑風(fēng)致響應(yīng)和等效靜力風(fēng)荷載的特征 *顧明，葉豐 (同濟(jì)大學(xué)土木工程防災(zāi)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200092) 摘

以重慶賓館為工程背景,制作了縮尺比為1∶300的試驗(yàn)?zāi)Ｐ?并進(jìn)行了剛性模型同步測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn),采集了重慶賓館建筑表面的脈動(dòng)風(fēng)壓時(shí)程。風(fēng)洞試驗(yàn)包括有周邊建筑和無周邊建筑兩類工況。采用風(fēng)洞試驗(yàn)的脈動(dòng)風(fēng)壓時(shí)程數(shù)據(jù),考慮該高層建筑2個(gè)主軸方向的前4階彎曲模態(tài),進(jìn)行了其風(fēng)致響應(yīng)研究,得到了建筑頂部的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng),并進(jìn)行了人體舒適度驗(yàn)算。采用慣性風(fēng)荷載法,研究了建筑主軸方向的等效靜力風(fēng)荷載。結(jié)果表明:對(duì)于高度為300m的混凝土高層建筑,僅考慮1階模態(tài)進(jìn)行風(fēng)致響應(yīng)分析,位移響應(yīng)能滿足工程精度的要求,但加速度響應(yīng)誤差較大,至少應(yīng)考慮前4階模態(tài);重慶賓館10年重現(xiàn)期下建筑頂部的峰值加速度為0.144m/s2,滿足舒適度限制要求;橫風(fēng)向平均風(fēng)荷載較小,但慣性風(fēng)荷載較大。

工程力學(xué)97 0 50 100 150 200 250 300 0.02.0x1094.0x1096.0x1098.0x1091.0x1010 順風(fēng)向彎矩/(n·m) he ig ht /m 均值 背景分量 共振分量 總量 0 50 100 150 200 250 300 0.03.0x1096.0x1099.0x1091.2x1010 橫風(fēng)向彎矩/(n·m) he ig ht /m 背景分量 共振分量 總量 圖3選定建筑在d類風(fēng)場(chǎng)中的彎矩響應(yīng) fig.3bendingmomentofbuildinginterraincategoryd 3.2響應(yīng)和廣義陣風(fēng)效應(yīng)因子隨風(fēng)速的變化特征 本節(jié)討論響應(yīng)和ggef隨風(fēng)速的變化。計(jì)算了 不同風(fēng)速下所選建筑在b類風(fēng)場(chǎng)中的順、橫風(fēng)向的

詳細(xì)討論了高層建筑風(fēng)致振動(dòng)和等效靜力風(fēng)荷載的計(jì)算方法及其特征。將結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)分解為平均響應(yīng)、動(dòng)力響應(yīng)的背景分量和共振分量,給出了相應(yīng)的計(jì)算公式;還給出了背景和共振等效靜力風(fēng)荷載的計(jì)算公式,提出了等效靜力風(fēng)荷載組合的一種簡(jiǎn)便方法,并討論了計(jì)算背景分量的qml法和lrc法的差異。最后,以一典型高層建筑為算例,討論了高層建筑風(fēng)致響應(yīng)和等效靜力風(fēng)荷載的主要特征。

高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載數(shù)值模擬研究

基于某典型高層建筑詳細(xì)的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果,計(jì)算分析了該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)等效靜風(fēng)荷載及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),與前期的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比,評(píng)估了不同風(fēng)洞試驗(yàn)條件和周邊建筑對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響,獲得的結(jié)果可以用于此結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)以及居住者舒適度評(píng)估。

高層建筑局部構(gòu)件的風(fēng)荷載效應(yīng)——高層建筑中局部構(gòu)件的質(zhì)量在總體結(jié)構(gòu)分析時(shí)，往往作為靜荷載加到各層樓面，這在動(dòng)力分析中相當(dāng)于局部構(gòu)件與主體剛結(jié)，與實(shí)際情況比較吻合。盡管它們之間可有彈性變形，但這種變形狀態(tài)對(duì)于主體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性的影響極其微小。因...