多幢高层建筑间风场数值模拟和风灾分析

某沿海超高层建筑高度达350m,高宽比达7.6,又处于浙江沿海地区,风荷载是其结构设计的控制荷载.数值模拟了不同风向下超高层建筑底部平均风合力和合力矩,与风洞试验结果相近,一般情况两者差别不大于15%;同时拟合了该建筑表面的脉动风压自谱密度和相干函数经验表达式,采用空间随机风振的cqc方法对塔楼进行了风致动力响应分析,并通过塔楼顶层峰值加速度响应和底部静力等效风荷载合力和合力矩的比较与分析,表明高层建筑专用风振分析方法在实际工程中应用的可行性.

利用stream数值模拟软件对某高层建筑群的室外风环境进行了模拟，并分析了冬季、夏季以及过渡季室外风环境的流场、速度分布场以及风压分布场对建筑的影响。结果表明，冬季建筑周围人行区距地1．5m高处最大的风速为3．97m／s，最大风速放大系数为1．07，冬季迎风面建筑物前后压差最大压力为4．37pa，建筑前后压差最大为2．78pa，其他方向建筑物前后压差均小于5pa，不影响行人舒适要求。夏季、过渡季盛行风向平均风速条件下建筑前后压差分别为4．16pa、6．56pa，室内可利用自然通风。

采用经过fft算法改进的谐波叠加法(waws)及自回归(ar)模型的线性滤波法对实际工程进行脉动风速时程模拟.对2种算法所模拟的风速时程进行分析,结果显示了风速功率谱及相关函数的特性,分析结果说明ar模型中模型阶次及时间步长对风速时程产生较大影响.根据结构的有限元动力分析,采用能量相等的原则,即使结构固有频率段内的目标谱和模拟谱能量相等,对风速时程进行修正,使模拟风速时程更趋合理.

高层建筑结构风荷载数值模拟研究

高层建筑和风作用的耦合响应分析

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为了分析风洞试验中观测到的高层建筑模型尾流有规律的漩涡脱落现象,基于计算流体动力学软件cfx和消息传递接口(mpi),利用局域网搭建了并行计算平台,实现了单台计算机无法实现的高层建筑三维非定常风场数值计算。采用剪应力模型(sst)进行数值计算,捕获到了高层建筑尾流的漩涡脱落现象,并与风洞试验数据做了比较。结果表明,三维非定常计算获得的高层建筑表面风压变化规律,较之三维定常和二维非定常计算所得的风场,能更真实地反映风场流动情况。

基于计算流体力学软件平台fluent6.3,选用基于雷诺平均(rans)的标准k-ε、realizablek-ε、rngk-ε和sstk-ω4种湍流模型对大气边界层中caarc标模的单栋高层建筑的三维定常风流场进行模拟分析,并将数值模拟结果与风洞试验结果进行了比较分析。结果表明:数值模拟较好地反映了高层建筑周围风环境的绕流特性和表面风压的分布情况,4种湍流模型均能给出满足工程应用精度的结果。在迎风面时,与试验结果吻合良好;在侧风面和背风面时,数值模拟结果介于npl与tj-2试验结果之间。迎风面均受有正压力,在迎风面的2/3高度处为最大,两边及底下最小。建筑物的背风面和侧风面全部承受负压力。4种湍流模型的模拟结果之间差异较小,为高层建筑钝体绕流的研究提供了依据。

以天津某高层建筑群为研究对象,利用phoenics数值模拟软件对其室外风环境进行模拟,设置夏季、过渡季与冬季等工况条件,分析不同工况下风压、速度场对建筑的影响.结果表明,项目场地在过渡季节天气条件下室外人员活动区域平均风速达到最大,最大风速约为3.0m/s.过渡季节建筑前后压差最大,处于1.2~6pa,夏季、冬季盛行风向平均风速条件下建筑前后压差皆大于1pa,室内满足自然通风要求,且不影响室外行人的舒适性.

本文运用cfd数值模拟方法,对一双塔建筑群周边风环境进行了详细模拟分析评估.在cfd数值模型中,采用一种新的模拟平衡态边界层的边界条件数学模型以及合理的网格划分策略,可以提高数值模拟结果的精度和直观性.

针对大幅受迫振动下建筑结构周围风场和风压的数值模拟问题,基于任意拉格朗日-欧拉(ale)方法,结合流线迎风petrov-galerkin(supg)方法和三步有限元方法,提出了一种适用于模拟带运动边界、高雷诺数来风的稳定化流体有限元大涡模拟方法,进而用于分析屋盖大幅值受迫振动下的建筑结构周围风场及其风压分布。研究显示,屋盖大幅值受迫振动对屋盖风效应影响较大,明显改变结构表面平均风压分布和风压脉动分布。

利用多区域网络模型,以20层高层建筑为例,分别对各种加压方式下的高层建筑楼梯间及前室加压送风进行了定量模拟分析,有助于深入了解各种加压方式的特征,同时为评价加压防烟系统的效果提供了一种定量分析方法。模拟结果表明:加压送风量的大小对门两侧的压差值特别是着火层的门两侧的压差值具有决定性的影响。

采用rng的k-ε湍流模型,对处于b类地貌风场中的不同高度处设置洞口的高层建筑进行数值模拟,通过udf编程设定风速和湍流强度等参数.结果表明:当洞口位于0.85h高层建筑时,风速在迎风面前方减弱,在侧面增大并形成对称涡旋,在背风面形成尾流;洞口内形成狭缝效应风速最大;当洞口位于不同位置时,洞口对迎风面和侧面风压以及顺风向基底弯矩都有影响;洞口位于0.65h时,侧面风压系数较小,基底弯矩降幅最大,因此在0.65h开洞最为有利.

以某火灾事故建筑为原型,运用fds模拟凹廊式高层建筑火灾的蔓延过程,对比室外凹廊处和室内起火的条件下烟气蔓延情况,分析凹廊处起火烟气蔓延速度、温度、遮光率和烟气的质量浓度等参数的变化以及有无主导风向对火灾蔓延的影响。结果表明:烟气垂直方向蔓延速度表现为距离着火点越近速度越快；有凹廊设计的高层建筑更易形成"烟囱效应",加速火势蔓延,应提高凹廊处耐火限度,增加防火、防烟设施；凹廊式建筑设计施工中应对主导风向的下风向一侧提升耐火限度。

高层建筑由于体积巨大、功能复杂、人员和物资相对集中,极易发生火灾。由于高楼竖向通道的\"烟囱效应\"及高空气流的作用,火灾在高层建筑上容易迅速蔓延,火势难以控制。近年来,国内外多次发生超高层建筑火灾,造成巨大的生命和财产损失。本文通过研究超高层建筑火灾的诱发因子,综合研究典型火灾案例,构建超高层建筑典型场所的火灾场景,通过情景分析,研究火灾烟气蔓延特性,进而挖掘超高层建筑火灾的共性情景表现,研究结果能够为超高层建筑火灾防治和人员疏散提供数据参考。

高层建筑密集区的风环境问题日益受到关注,因此在项目建设前期对其周围的风场特性进行研究与评估十分必要。本文通过某高层建筑密集区的cfd数值模拟研究,计算了16个风向角下其周边450m半径范围内的流场特征,分析了其兴建前后该区域的风速比分布特征,并据此分析关键点风速随风向的变化,最后比较了工程建设前后其周围区域的总体风环境水平。

基于计算流体力学软件fluent对不同角部形状的矩形高层建筑进行三维数值风场模拟。首先,选用三种不同的湍流模型realizablek-ε,rngk-ε及雷诺应力模型(rsm),对矩形截面标准高层建筑进行数值模拟。结果表明,与风洞试验结果对比,除了分离区等流动复杂的区域外,数值模拟能够较好地反映风压分布状况。其中,雷诺应力模型由于考虑湍流各向异性的影响,与试验结果最为接近。其次,对同尺寸下的切角及倒角高层建筑进行雷诺应力湍流模型下的数值模拟。结果表明,角部处理能有效地减小风荷载。在侧风面,切角与倒角能有效抑制来流分离。在背风面,切角能减小尾流宽度与旋涡尺寸,与原模型相比,风荷载约降低15%;而倒角建筑由于较好的流线性,尾流宽度与旋涡尺寸降到最小,风荷载仅为矩形截面的65%。

针对高层建筑风场和风压力问题，选用了标准ｋ－ε紊流模型和交错网格的有限体积法，对两项高层建筑物风场和压力场进行了数值模拟，其结果与经验计算结果进行比较，数模结果比较满意

高层建筑和风作用的耦合响应分析

通过建立高层办公建筑物理模型,采用大涡模拟方法进行数值模拟,研究不同风向条件下室外风对高层建筑疏散通道烟气运动的影响规律。结果表明:室外风可以稀释走廊烟气中co的浓度,加快烟气排出;烟气在楼梯间的运动由于受到多种因素影响,情况较为复杂,迎风时,室外风对于楼梯间烟气排出和人员疏散具有积极的作用,背风时则相反。因此高层建筑设计时应加大走廊中可开启外窗的面积,将设有外窗的楼梯间设置在该地区常年主导风向一侧。

采用数值模拟方法对联体型高层建筑“之江大厦”的表面风压进行了计算，并在边界层风洞中对大厦的风压作了模型试验测定。数值模拟基于ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均方程，运用了一种扩展的ｋ－ε湍流模型；由控制容积法实现了控制微分方程的离散，ｓｉｍｐｌｅｃ算法实现了非线性离散化方程的迭代求解。计算得到的风压值与风洞试验值作了比较，结果表明数值模拟较好地反映了联体型高层建筑各表面风压的分布情况，由其得到的风压系数与风洞试验数据有较好的吻合。

高层建筑外表上风区分布规律的数值模拟研究