十字形高层建筑风场数值模拟.pdfVIP

第27卷 第l期 苏州科技学院学报(工程技术版) V01．27No．1 ofSuzhou ofScienceand and Mar．2014 2014年3月 Journal University Technology(EngineeringTechnology) 十字形高层建筑风场数值模拟 葛义娇，范存新 (江苏省结构工程重点实验室，江苏苏州215011) 6．3，采用Realizable卜8湍流模型对十字形高层建筑进行了三维定常风场 摘要：基于计算流体动力学软件Huent 的数值模拟，研究分析了模型各表面平均风压系数的分布规律，并探究了肢长及高宽比等参数对各立面风载体型系 数的影响。结果表明：肢长的变化对十字形高层建筑各立面风载体型系数的影响较为明显；高宽比的变化仅对背风 面及侧面的体型系数有较大影响，对迎风面体型系数的影响较小。 关键词：计算流体动力学；高层建筑；数值模拟；风压系数；风载体型系数 中图分类号：TU973+．213文献标识码：A 文章编号：1672-0679(2014)01-0021-06 在工程应用中，常用风洞试验的方法来获得建筑物外表面的风压分布和确定风载体型系数。但是风洞 试验存在试验费用高、周期长的问题，更重要的是不易进行大量的参数分析性质的试验。因此与风洞试验相 对应的数值模拟技术以其周期短、费用低、参数设置灵活等特点，在结构风工程领域中的应用越来越广泛。 通常认为数值模拟方法的最大缺陷在于其可靠性，随着计算机软、硬件性能的提高和计算流体动力学 Fluid (Computational 面及其周围风场进行仿真分析，同时以风洞试验结果验证【1-41。结果表明，数值模拟方法较好的反映了建筑物 表面风压的分布情况和周围风环境的绕流特性【Ijl。 随着我国城市化进程的加快，高层建筑在城市建设中的比重越来越大，在建筑平面和立面形式上也日趋 多样化、个性化。体型不规则的建筑结构日益增多，如平面形状复杂的十字形、L形、U形等建筑。我国现行的 《建筑结构荷载规范》嘲虽然对不同类型的建筑物和结构物的风载体型系数进行了规定，但没有考虑建筑物 截面及高宽比等几何尺寸的影响，有一定的不合理之处。基于上述原因，文献[7】运用FLUENT软件，对正方 形平面封闭式房屋进行了风场数值模拟，讨论了高宽比对其风荷载体型系数的影响。文献【8】对矩形截面高 层建筑模型表面的平均风压分布进行了数值模拟，探索了截面尺寸和高宽比对立面风载体型系数的影响规 律。上述文献仅针对平面形状简单的方形、矩形等建筑展开了相关研究，对其他典型体型的建筑结构(如十 字形)，目前鲜有相关文献涉及。 目前由于场地设计的限制，考虑采光性和建筑师设计风格等因素，十字形平面的高层建筑层出不穷，如 贝聿铭设计的加拿大蒙特利尔市著名的玛丽城广场标志性的十字形塔式大楼；大连小平岛假日公寓的两栋 十字形超高层塔楼等。十字形高层建筑作为一种典型体型的高层建筑，对其进行风场数值模拟，研究结构表 面风压的分布规律，探究尺寸效应对各立面风载体型系数的影响是十分必要的。然而，目前关于这方面的研 究成果相当有限，文献【9】和[101均对十字形建筑周围流场及风压系数分布进行了研究分析，但是，关于尺寸 效应对十字形建筑风荷载体型系数的影响，目前尚未见到相关方面的文献资料。为此，笔者采用专业CFD软 件平台Fluent6．3对十字形高层建筑进行三维定常风流场的数值模拟，分析模型各表面平均风压系数的分 布规律，并探究肢长及高宽比对各立面风载体型系数的影响。 [收稿日期】2013—09-17 【基金项目】国家自然科学基金项目 (作者简介】葛义娇(1988-)，女，山东日照人，硕士研究生。 万方数据 1数值模拟过程 1．1 控制方程 近地面风可假设为低速、不可压缩、粘性牛顿流体。其基本控制方程为时均形式的连续方程和动量方程， 采用张量的指标形式表示如下i111 弛盟：0