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双塔高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟研究

作　者: 傅小坚
导　师: 楼文娟
学　校: 浙江大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: 双塔高层建筑 风工程 计算流体动力学(CFD) 数值模拟 风载合力 体型系数 风洞试验 静风荷载 干扰效应
分类号: TU973.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 230次
引　用: 6次
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内容摘要


随着科学技术的发展，大量复杂体型的双塔或多塔建筑结构形式不断涌现，给高层建筑抗风设计带来了新的问题。目前针对单体高层建筑的风荷载研究较多，而对于复杂体型多塔楼高层建筑风荷载及其相互干扰的研究较少。本文结合萧山国际商务大楼工程，对具有复杂体型的双塔高层建筑风致静力干扰效应进行了较深入的研究，并对双塔高层建筑的狭道效应和上下游建筑的静风干扰进行了研究。计算流体动力学(CFD)是近40年发展起来的新兴学科，随着计算理论和计算机的发展，其在最近的十几年得到了广泛的重视和运用。相比传统的结构风工程研究方法，CFD方法具有明显的优势，又因其不完全成熟，CFD的应用也有很多难点问题。本文对CFD的基本理论和思路进行了简要介绍：包括控制方程通用形式的建立与离散，以及对流场的数值解法进行说明，然后对湍流模拟方法进行详细归类，最后介绍了湍流模拟中近壁区的处理方法。本文对双塔楼建筑进行了刚性模型风洞试验。在试验结果表达形式上，采用了表面积分法，提出了三维风载合力，便于工程应用。研究了不同风向角下顺风、横风和扭转向的三维风荷载，分析了有双塔楼相互干扰的群体体型系数以及局部体型系数，为双塔高层建筑的抗风设计提供了合理的风载取值。本文运用CFD方法对双塔楼进行数值风洞建模与计算，将静风荷载的数值模拟结果与风洞试验结果对比，在核实了数值模拟精度的基础上，对在双塔建筑0°风向角下的狭道效应进行了数值模拟研究，以考察双塔楼不同间距下的狭道效应，从而对减小实际双塔楼的狭道效应的影响提出建议。本文对双塔楼建筑在90°风向角下上下游建筑的静风荷载干扰效应进行了数值模拟，并对双塔楼设置不同间距的若干工况进行了数值模拟，以全面了解数值风洞在模拟上下游复杂建筑静风荷载干扰效应问题上的适用性。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 高层建筑发展现状概述  10-11
  1.2 风对结构的相互作用  11-15
    1.2.1 大气边界层风特性  11-13
    1.2.2 风对结构的作用  13-15
  1.3 高层建筑结构风工程研究现状和发展  15-20
    1.3.1 引言  15-16
    1.3.2 研究方法  16-20
  1.4 群体高层建筑风荷载干扰的研究现状  20-21
  1.5 本文的主要工作  21-22
第二章 CFD的基本理论  22-36
  2.1 CFD的求解过程  22-23
  2.2 控制方程通用形式的建立与离散  23-27
    2.2.1 控制方程通用形式的建立  23-24
    2.2.2 有限体积法及其网格  24-25
    2.2.3 控制方程通用形式的离散  25-27
  2.3 流场数值解法  27-29
  2.4 三维湍流模型及近壁面的处理  29-36
    2.4.1 湍流现象概述  29
    2.4.2 三维湍流数值模拟方法的分类  29-32
    2.4.3 k-ε模型介绍  32-33
    2.4.4 近壁面的处理  33-36
第三章 双塔高层建筑刚性模型风洞试验研究  36-50
  3.1 模型设计和测点布置  36-38
    3.1.1 模型制作  36-37
    3.1.2 测压点布置  37-38
  3.2 试验设备  38-39
    3.2.1 风洞  38-39
    3.2.2 风场特性的测试  39
    3.2.3 试验设备及测压系统  39
  3.3 风场的模拟  39-40
  3.4 试验工况及试验方法  40-43
    3.4.1 试验工况  40-41
    3.4.2 风压系数  41
    3.4.3 风压系数与建筑物局部体型系数的转换  41-42
    3.4.4 分块平均压力和风载合力  42-43
  3.5 试验结果与分析  43-49
  3.6 本章小结  49-50
第四章 双塔高层建筑风荷载干扰效应的数值研究  50-63
  4.1 数值模拟与风洞试验的结果对比  50-53
    4.1.1 数值模拟的基本理论  50-51
    4.1.2 建模和求解过程  51-52
    4.1.3 数值模拟与风洞试验的结果对比  52-53
  4.2 0°风向角下的狭缝效应  53-56
    4.2.1 双塔建筑“狭缝效应”流场干扰分析  53-56
    4.2.2 双塔风压系数狭缝干扰效应  56
  4.3 90°风向角下的遮挡效应  56-62
    4.3.1 双塔建筑“遮挡效应”流场干扰分析  56-60
    4.3.2 双塔风压系数和体型系数遮挡干扰效应  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第五章 总结与展望  63-65
  5.1 本文总结  63
  5.2 进一步工作的展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 高层建筑 > 高层建筑结构 > 结构分析与计算
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