高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究.pdf

《高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、于敬海等：高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究45高层建筑风荷载干扰效应数值模拟研究于敬海，王莹，曲文超(1．天津大学建筑设计研究院，天津300072；2．天津大学土木工程系，天津3000723．中南建筑设计院。武汉430071)【摘要】利用ANSYS—CFX软件对相邻两个高层建筑的风致干扰效应进行数值模拟及结果分析，通过比较发现在风致干扰情况下，由于气流的脉动性显著增加，两个高层建筑的荷载作用较单体建筑情况下明显增大。此外，还进行了动力时程分析，包括结构的等效静力风荷载和位移响应两个方面，结果同样表明干扰效应结构响应比单体模拟结果明显增大，增大最显著的是横风向

2、响应。计算得到建筑物在干扰情况下的风振系数比单体时增大约8％。分析得到了等效的相互干扰增大系数，进一步表明了干扰效应对风荷载的增大作用。【关键词】高层建筑；风荷载；数值模拟；干扰效应【中图分类号】TU973．213【文献标识码】B【文章编号】1001—6864(2012)02—0045—03在我国现代进程中，涌现l『大量密集的建筑群，受扰建筑为下风向建筑。两个建筑物的连线与风向这是顺应城市快速发展的必然结果。风在相邻建筑的夹角为30。。其模型网格示意图如图1所示。物之间流动时会互相干扰，受扰时的风荷载作用与单2静力风荷载数值模拟结果分析体建筑时风荷载的作用相比

3、有较大的变化，有时前者2。1局部风力系数的风力会大大超过后者的风力，这就需要在抗风设计按文献中的方法，将局部风力系数C定义中考虑建筑物居住者由于风致振动产生的不舒适性如下：问题。由于风荷载规范对干扰效应的指导性条文较少；目前国内外的相关研究主要是针对特定工程的风干扰特性⋯，包括数值模拟和风洞试验。式中，()为高度处的风力大小；C。为高度zQsLi等通过风洞试验研究了上海金茂大厦周围处的局部风力系数；Ai为每个区域的迎风面积；q为建筑群的风致干扰效应-z，试验研究范围为大厦周围模型顶部高度处来流的平均动压。图2所示为单体建600m。张相庭在大量风洞试验数据基础上

4、提出了相筑和干扰效应模拟两种情况下所得局部风力系数。互干扰增大系数的取值建议。数值模拟方法方面，杨伟等通过CFX软件在考虑了邻近待建高层的影响的情况下模拟计算了某高层住宅区的静力干扰效应。。总体来看，目前的研究成果仅仅局限在对某一特定建筑的计算分析，没有普遍适用的规律，还不能满足设计规范的需要，需要进行更深入系统的研究。本文以两个相邻建筑为例，利用CFX软件进行了高层建筑风荷载干扰效应的数值模拟，通过风荷载瞬图1干扰效应流体计算域态模拟来研究结构在动力风荷载作用下的时程响应、风荷载的风振系数以及干扰效应下的相互干扰增大系数等内容，并将结果与单体建筑风荷载模拟的

5、结果进行了对比分析。1模型选取用ANSYS—CFX进行模型的建立和计算，结构模型为两个相邻建筑，二者间距50m，其长和宽均为18m，高度为90m，数值风洞长为400m，宽为144m，高为150m。计算域共划分四面体单元约130万个，在结构模型表面及地面处，布置了三棱柱附面层网格以提图2局部风力系数高对壁面压力的模拟精度。施扰建筑为上风向建筑，低温建筑技术2012年第2期(总第164期)由图2可以看出局部风力系数明显增大，这是背了14％。而最大值为2470．40kN，比单体模拟的最大风面吸力的增大导致的结果。因此在对结构进行设值增大了29％。横风向基底剪力在单体

6、模拟中几乎计时，不同表面受力的变化情况应该引起注意。为零，而干扰效应时最大值达到了796．26kN。因此，2．2结构响应干扰效应对结构的顺风向、横风向基底剪力的影响比2．2．1等效静力风荷载较显著。图3为100年重现期干扰效应风荷载。3O．⋯单体模拟雹220一干扰效应●-墨{io／‘一01，20001／16001／1200层位移角／tadP，kN图5层位移角图3100年重现期的风荷载3．1．2位移响应表1为单体模拟和干扰效应模拟的等效静力风荷由单体模型和干扰模型在50年重现期风荷载作载数值比较，可见干扰效应的影响导致基底剪力和倾用下结构的顶点位移时程曲线得出，

7、干扰效应模型的覆力矩增大了约5％。顺风向顶点位移均值比单体模拟的47．40mm增大了表1等效静力风荷载9％，为51．73mm，最大值比单体模拟的57．37mm增大基底剪力／kN倾覆力矩／kN·m剪力误差倾覆力矩误差了6％，为60．67mm。横风向顶点位移增幅非常大达到了34．08mm。3．2风振系数图6所示为风振系数在100年重现期情况下的2．2．2位移响应曲线。图4、图5所示为干扰效应50年重现期风荷载作用下的位移情况。置gBeta(=)图6风振系数比较位移／mm图4位移从图6可以看出，在干扰风环境下，风振系数明显增大，说明该情况下建筑物表面脉动风荷载的作用

8、干扰情况下，顶点最大位移为49．40m