关键词： 建筑风工程   计算流体动力学   大涡模拟   湍流模型  

摘要： 简要介绍了风工程的三种研究方法及各自的优缺点,展示了计算流体动力学(CFD)在参数分析和足尺研究中的优越性,讨论了CFD中数值分析的相关问题和引入湍流模型的必要性,CFD对流场平均特性的描述已达到实用化程度,而脉动风载效应和风一结构相互作用问题还有待进一步研究.结合几个工程实际问题,阐述了CFD在建筑规划、防火、采暖、通风及结构领域的应用前景.

关键词： 四坡屋面   房屋群体   数值模拟   计算风工程   计算流体力学(CFD)   风压系数  

摘要： 我国沿海地区台风活动频繁。台风经常造成大量建筑物，特别是量大面广的低层坡屋面单体与群体房屋的损伤甚至破坏。如何较全面地掌握这类房屋的风压分布规律以及相邻房屋之间的相互气流干扰，以便提出有效的抗风措施十分必要。 本文采用数值模拟方法探讨低层四坡屋面单体与群体建筑的表面风压分布特性及相互气流影响。本文在总结前人主要研究成果的基础上，首先建立了以平均Navier-Stokes方程和κ-ε湍流模型为基础的湍流流动基本方程及数值离散与求解方法。然后，对一低层四坡屋面房屋模型进行了实例计算，将计算结果与风洞试验结果作了比较，验证了数值模拟的正确性和有效性；同时对两种湍流模型：标准κ-ε模型和可实现κ-ε模型的模拟效果进行了比较和分析。在此基础上通过对不同坡角房屋在不同风向角下的屋面风压及由此得到的风载体型系数的分析和归纳，获得了低层四坡屋面房屋在不同风向角下的屋面风载体型系数的实用计算公式。该实用公式可直接供单体四坡屋面房屋抗风设计参考和应用。 接下来，对两栋几何外形相同的四坡屋面房屋在不同风向角、不同排列形式和不同间距下的风压分布、湍流特性等进行了详尽的数值模拟分析，得到了屋面各分区的平均风压干扰因子变化规律以及不同间距的中心竖直剖面和2／3高度处的水平剖面风特性(平均风压、风速、湍流动能)的变化规律，并与单体建筑的计算结果进行了比较。最后，对六幢四坡屋面房屋组成的建筑群的周围风场及表面风压进行了数值模拟，获得了群体效应下低层四坡屋面房屋表面风压的分布规律和特征。本文的研究可以为低层四坡屋面单体与群体建筑的抗风设计提供参考。

关键词： 计算风工程   湍流模型   建筑风压   双塔楼建筑   大跨度壳体   流动显示  

摘要： 风洞模拟试验和实地观测是结构风工程研究的传统手段,但它们存在周期长、花费高等许多缺陷。计算风工程是结构风工程领域近年来出现的一个新的分支,它是利用计算流体动力学方法在计算机上模拟结构周围风场变化并求解作用于结构的风荷载。相对于其它研究手段来说,计算风工程的优势在于:首先可以节省大量资金,其次可以模拟自然界中真实的风场,还可以方便地获得实验中不便测量的数据。 本文首先推导了结构风压分布模拟的控制方程。自然风可以看成是最一般的流体流动,因此推导了流体动力学的基本方程,包括连续方程、动量方程、能量方程、状态方程和内能表达式。指出近地层大气可以近似地看作是牛顿粘性的不可压缩性流体,从而获得了大气风流动的基本控制方程。由于风的湍流特性,直接利用大气风流动的基本控制方程模拟风的流动不能实现,于是引入了湍流的统计平均方法,推导了描述风湍流时均流动的基本方程,包括连续方程和雷诺方程。为了解决风湍流时均流动基本方程的不封闭性,讨论了计算风工程领域一些常用的湍流模型。通过这些湍流模型,组成了完整的结构风压分布数值模拟的控制方程。 然后利用推导出的结构风压分布数值模拟的控制方程,模拟了双塔楼高层建筑的表面风压及其周围风场。介绍了大气边界层风的基本特性,讨论了描述这些基本特性的参数以及相关的经验公式。给出了规范中基本风压的概念以及风速与风压的关系,确定了风压模拟中所需的边界层风的基本特性参数值。然后基于定常的采用RNG k-ε湍流模型的结构风压分布数值模拟的控制方程,对方形截面对称双塔楼高层建筑的表面风压及其周围风场进行了模拟。获得了双塔在不同风向下各表面风压分布特征,以及风压合力和体型系数随风向角的变化规律。 最后基于定常的采用RNG k-ε湍流模型的结构风压分布数值模拟的控制方程,对中国国家大剧院顶部壳体的表面风压及其周围风场进行了数值模拟。获得了穹顶表面风压分布的基本特征,以及顶部最大负压力和6个气动力分量随风向角的变化规律。

关键词： 计算风工程   高层住宅建筑物   风压差系数   干扰效应   自然通风  

摘要： 以 2幢相邻高层住宅建筑物为物理模型 ,以表征自然通风主要动力的风压差系数Cp′为研究对象 ,采用计算风工程学的方法进行干扰效应对自然通风影响的研究 ,并对采用的数值方法进行风洞试验验证 .研究结果表明 :上游建筑物的存在对下游建筑物上的Cp′值干扰作用明显 ;来流方向对上游和下游建筑物上的Cp′值影响都很大 ,增大来流入射角有利于建筑物上Cp′值的提高 ;在常见的住宅建筑群建筑间距范围内 ,增大建筑间距不能有效地提高受扰建筑物的Cp′值 .

关键词： 计算风工程   雷诺平均模型   边界条件   CAARC建筑模型   TTU建筑模型   缩尺效应   高层建筑   大跨屋盖   干扰效应   流固耦合   涡致振动   气动弹性  

摘要： 基于计算流体动力学(CFD)的风工程数值模拟技术(CWE)与风洞试验研究、理论模型和分析、现场测试一起构成建筑结构抗风研究的主要研究手段.近二十年来,伴随着计算机软硬件技术的迅速提升,数值模拟技术以其显著的优势和展现出的良好前景在结构风工程领域的研究中引起了越来越多的重视,并承担起越来越重要的角色.与此同时,目前利用数值模拟技术计算处在大气边界层底层呈现高度湍流特征的钝体建筑结构绕流流场,还存在诸多困难.适应于国家基础建设蓬勃发展的大背景和工程实践的客观需求,本文的研究工作围绕着建筑结构抗风的数值模拟技术进行.考虑到现阶段计算机硬件资源条件的限制,本文的工作以基于雷诺平均模拟(RANS)方法进行钝体绕流的数值模拟研究展开.本文首先选取CAARC高层建筑模型和TTU低矮建筑模型两类影响广泛标准建筑模型,考察了数值模拟钝体绕流场中各种参数对计算结果的影响.基于标准建筑模型绕流数值模拟结果,本文接下来的工作涉及结构风工程中的实际应用问题.最后探讨了柔性建筑结构气动弹性问题的数值模拟技术.

关键词： 相邻高层建筑   计算风工程   风压分布   流动风   数值模拟   控制微分方程   边界条件  

摘要： 采用数值模拟方法对一幢由主楼和配楼组成的复杂高层建筑的表面风压进行了模拟计算,考虑了相邻一幢高层建筑对风压分布的影响。计算得到的风压值还与风洞试验值作了比较。结果表明,数值模拟较好地反映了复杂高层建筑的周围流线和表面风压的分布情况;同时,由于相邻建筑物的存在,使得原有建筑的时均流线分布尤其是涡流的数目和尺度以及建筑表面的时均风压分布均发生了较明显的改变。

关键词： 桉树   幼林   抗风能力   营林措施  

摘要： 针对桉树幼林受风害因素,提出了提高桉树幼林抗风能力的几项营林措施。

关键词： 大跨度结构   大跨屋盖   数值模拟   计算风工程   计算流体动力学(CFD)   风压系数   风环境  

摘要： 大跨度屋盖结构由于能够提供尽可能大的无内柱空间而被广泛应用于大型体育场馆、会展中心、飞机库、机场航站楼等建筑中。这类结构具有自重轻、柔性大、体型复杂等特点，对风荷载十分敏感，风荷载往往是这类结构的控制荷载。如何准确预测这类结构的整体与局部风压对结构设计至关重要。另一方面，鉴于大跨度结构的建筑功能需要，一般其周围附近的人流密度较大，因此对于其周围的风环境的舒适性问题也不容忽视。 本文采用数值模拟方法探讨大跨屋盖结构的表面风压分布特性和结构周围的风环境的舒适性问题。在综述前人主要研究成果的基础上，本文首先建立了建筑表面风压和周围风环境数值模拟的基本理论和基本方程，采用了以平均Navier-Stokes方程和双层湍流模型为基础的数值计算方法，并对控制方程的离散格式、边界条件和数值迭代方法等做了较详细的论述。然后，分别采用双层湍流模型和标准k-ε型对一低坡屋面的二维房屋模型进行了实例计算，并与风洞试验结果作了比较，验证了数值模拟的正确性和有效性;同时对两种湍流模型的模拟效果进行了比较和分析。作为重点，又对一大跨屋盖结构——井冈山机场航站楼的表面风压和周围风场进行了较为详尽的实例计算和分析比较，在分析数值模拟和风洞试验结果的基础上，总结归纳了这类结构表面风压的分布规律，为这类结构的抗风研究与设计提供了参考依据。最后，对建筑周围风环境舒适性的评价标准进行了阐述和讨论，并采用数值模拟方法对大跨结构周围不同区域的风环境进行了预测和评估，同时提出了改善风环境的一些方法。

关键词： 门式刚架   轻型钢结构   厂房   抗风柱   刚接   铰接   弹簧板连接  

摘要： 通过对抗风柱上下端的节点几种形式进行分析比较,提出建议性的节点连续方式。

关键词： 计算流体动力学   建筑风工程   应用   湍流模型   建筑防火   采暖方案   脉动风载效应   雷诺数   大涡模拟  

摘要： 简要介绍了风工程的3种研究方法及各自的优缺点,展示了计算流体动力学(CFD)在参数分析和足尺研究中的优越性,讨论了CFD中数值分析的相关问题和引入湍流模型的必要性,CFD对流场平均特性的描述已达到实用化程度,而脉动风载效应和风-结构相互作用问题还有待进一步研究.结合几个工程实际问题,阐述了CFD在建筑规划、防火、采暖、通风及结构领域的应用前景.