基于STAR-CCM+的建筑物风场数值模拟

来源 :沈阳建筑大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:johnnyhljy
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现代建筑结构具有柔性大,阻尼小且重量轻的特点,随着大跨度、超高层建筑及大跨度桥梁的大量出现,抗风设计越来越重要,某些情况下,风荷载甚至成为结构设计的控制荷载。因此如何确定建筑物表面风压的情况,以便进一步研究风对结构的作用就显得非常重要。目前研究建筑物结构表面风荷载的方法主要四种,包括现场实测、理论分析、风洞试验和风工程数值模拟等。近年来,随着科学技术的发展,计算机硬件技术及其计算能力的迅速提升,风工程数值模拟技术越来越受到人们的重视与研究。本文采用数值模拟技术,重点放在建筑物表面风荷载数值模拟的实现方法,研究对高层结构和大跨度结构的表面风压分布特点及其分布规律,最后指出其不足和需要进一步解决的问题。本文主要的研究内容为:1.选用了标准模型CAARC作为数值模拟的研究对象,使用计算流体动力学软件STAR-CCM+,模拟建立了足尺寸的刚性计算模型,模拟计算了其在大气边界层中的风场绕流及风压分布情况。选用标准k-,SST k-,标准k-和realizable k-湍流模型进行对比模拟研究。根据对刚性模型的模拟分析,得到标准模型表面的风压分布情况,计算得到其测点的风压分布系数,并将四种模型得到的结果与同济大学所做的风洞试验结果进行比较。分析比较表明,数值模拟所得结果与风洞试验数据基本吻合尤其在正面和背风面吻合度较高,四种湍流模型之间相差不大。2.选用不同高度和宽度的高层建筑,采用SST k-湍流模型对其进行数值模拟,并且计算了建筑物正面、侧面和背面的风荷载体型系数,并且同我国荷载规范规定的数值进行比较,分析不同高度和宽度对体型系数的影响及其原因,并且提出一些建议。3.模拟了沈阳文化艺术中心的表面风场分布,得到了几个不同风向角的表面风压分布图和风速等值线图。并且计算了某些测点的风压分布系数,将数值模拟所得的结果与风洞试验结果进行对比,并分析了造成误差的原因。总结了大跨度结构风荷载作用下其表面风压的一些规律,针对工程,提出了一些抗风设计的建议。由以上的研究结果可以看出,用计算流体动力学软件STAR-CCM+对建筑物进行的数值模拟,能够分析建筑物表面的风场绕流情况及表面风压,并且与风洞试验对比结果较符合,数值模拟所得到的建筑物表面风压分布规律为对构抗风设计有一定的参考价值。
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