复杂山地地形对高层建筑风荷载取值影响的研究-结构工程专业论文.docxVIP

摘要 摘 要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 I I PAGE PAGE VI 摘 要 现今随着社会经济的发展以及土木建筑技术的不断进步，中国正在进行着大 规模的（超）高层建筑建设。在山地丘陵地区，山地地形会对大气风场产生加速 效应。山体自身的坡度、高度、山体之间的遮挡间距以及来流风向等因素都影响 风场的这种加速效应，并使风场变得复杂。高层建筑一般柔性低频，对风荷载极 其敏感。本文采用大气边界层风洞试验与计算流体动力学数值模拟相结合的手段， 研究复杂山地地形对高层建筑风荷载取值影响，为山地高层结构设计提供合理的 风荷载参数。 本文在以往的研究成果基础之上，对两座余弦型单个山体进行了大气边界层 风洞试验，考虑了加速效应沿山坡的详细分布，得到了迎风坡面、背风坡面以及 侧风坡面平均风速和湍流度沿山坡的分布规律。同时采用计算流体动力学软件 ANSYS Fluent 对不同几何特征山地地形进行数值模拟，研究了山体高度、坡度、 遮挡间距以及来流风向角等因素对加速效应的影响。数值模拟与风洞试验数据吻 合良好。 对于单个山体，其加速效应最显著位置为山顶近地区域。迎风面、背风面从 山脚的负加速效应逐步增长到山顶的最大加速效应，并以山腰位置为正负加速效 应分界。山腰到山顶之间，迎风面背风面速度剖面几乎相同。侧风面的风速加速 效应不可忽略，在某些位置甚至大于迎、背风面。本文同时还对不同山体坡度和 高度工况拟合了修正系数以计算其影响。湍流度在山顶下风方向变化明显。通过 风洞试验结果与主流国家规范山地风荷载取值进行对比发现，相对于中国、欧洲 荷载规范，美国规范对山地地形建筑风荷载取值与风洞试验结果最为接近。 对于斜向来流风作用下山地地形，山体受干扰程度随来流风向角及山体间距 的增大而减弱，但受扰山体的不同部位呈现不同的变化规律。受影响最小的部位 是山顶以及山体外侧风面位置。在内侧风面某些位置风速加速比明显增大。本文 还根据山地风场特性提出了山地建筑物选址建议。 关键词：山地风场，加速效应，风洞试验，数值模拟，风荷载 英文摘 英文摘要 重庆大 重庆大学硕士学位论文 III III PAGE PAGE IV ABSTRACT The tremendous construction of high-rise buildings in China follows the social economic development and building technology improvement. In mountainous and hilly areas, the terrain produces speed-up effect in the wind field. And the slope, the height, the distance between hills and the angle of the inflow will affect the speed-up effect, complicating the wind field in different degree. However, the high-rise building is sensitive to wind load, due to the flexibility and low-frequency itself. In this paper, a combination of wind tunnel test and computational fluid dynamics analysis are adopted to study the value of wind load for structures, providing the appropriate parameters for the design value of wind load for the structural analysis of high-rise buildings in hilly terrain. Based on the previous research, the wind tunnel test is conducted in a boundary layer wind tunnel with two hill model with cosine shape. The further study of the detailed distribution of the speed-up effect contributes to obtain the wind profile and turbulence properties in windward side, lee