超高层双塔建筑风荷载及风致干扰效应数值模拟研究

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1、超高层双塔建筑风荷载及风致干扰效应数值模拟研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：粟文指导教师：李正良教授专业：结构工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月NumericalSimulationofwindloadsandwind-inducedinterferenceeffectsonsuper-talltwintowersAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfort

2、heMaster’sDegreeofEngineeringBySuWenSupervisedbyProf.LiZhengliangSpecialty:StructuralEngineeringCollegeofCivilEngineering,ChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要风荷载是结构设计需要考虑的重要荷载之一，对于高层、大跨、高耸等结构，风荷载甚至可能成为结构设计的控制荷载。对于一些体型复杂、高度超限、有严重干扰等风荷载难以确

3、定的建筑结构，目前主要通过风洞实验预测其风荷载分布。随着近年来钝体空气动力学的发展，数值模拟已经可以比较准确的计算建筑工程中的风工程问题，现如今已经成为风洞实验的重要辅助手段应用于结构风工程。相比风洞实验，数值模拟成本更低、效率更高，数值模拟可以更加准确的模拟边界条件，可以对建筑表面风荷载和周围风场进行全尺寸全过程模拟，并得到各个物理量的连续分布信息，拥有更加广泛的运用空间。本文基于FLUENT14.5软件平台对结构风工程的数值模拟研究主要集中在以下几个方面：①对数值模拟方法进行研究。本文基于F

4、LUENT14.5软件平台对国际上通用的CAARC标准高层建筑模型进行了数值模拟研究，并且通过对比数值模拟的结果与TJ-2风洞实验数据分析了覆面网格、壁面函数、离散格式、湍流模型、来流风向角对数值模拟结果的影响。为数值模拟参数选取提供依据，并且验证数值模拟方法的可行性。②采用数值模拟研究沙坪坝综合交通枢纽工程中超高层双子楼的风荷载分布及风致干扰效应。对建筑周围流场、建筑表面风压分布进行了定性分析。从代表高度测点的风压、体型系数、基底弯矩三个角度对双塔之间的相互干扰效应进行了比较详细的分析。将无干

5、扰时的壁面风力、顺风向弯矩与采用规范方法的计算值进行对比，验证了计算结果的可靠性。结果表明：双塔之间的干扰主要为串列布置时的遮挡效应和并列时的狭道效应，狭道两侧的建筑壁面的局部负压增加了一倍，体型系数的干扰因子达到1.45。双塔相互干扰对建筑其它壁面的体型系数和基底弯矩取值的影响不大，干扰因子在1.1以下。双塔并列时受力极为不利，基底扭矩和绕X轴的基底弯矩同时出现最大值，同时绕Y轴的基底弯矩也不为0。③对沙坪坝综合交通枢纽工程中的超高层双子楼以及周边建筑群进行数值模拟，给出了不同风向角下的建筑表

6、面风压分布。重点分析了在风致干扰作用下，建筑最不利受力及其干扰因子。在建筑群的干扰下，建筑壁面体型系数最大正压的干扰因子为1.099，最大负压的干扰因子为1.18，绕X轴基底弯矩最大增加了近16%，绕Y轴基底弯矩最大增加了9%，基底扭矩在干扰作用下有所减小。关键词：数值模拟，风荷载，风致干扰效应，超高层双塔，标准模型I英文摘要AbstractWindloadisoneoftheimportantloadsneedingtobeconsideredinstructuraldesign,forthe

7、tallbuildings,spanstructures,toweringstructuresuchaswindloadandmayevenbecomethecontrolloadsofstructuraldesign.Forsomestructuresthatitisdifficulttodeterminewindloadsuchasstructureswithcomplexshape,heightexceedinglimit,seriousinterference,currentlythew

8、indtunnelexperimentsisthemainmethodtopredictthewindload.WiththedevelopmentofBluffBodyBerodynamicsinrecentyears,numericalsimulationhavebeenabletobeaccuratelycalculatewindloadinthestructuralengineeringandhasbecomeanimportantadjunctofwindtunnelexperimen