基于CFD技术建筑结构风荷载数值模拟研究

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风荷载是结构的重要设计荷载,特别是对于高耸结构(如烟囱、塔架、桅杆等)、高层建筑、大跨度桥梁、冷却塔、屋盖等,有时甚至起决定性的作用,因而抗风设计是工程结构设计中的一个重要课题。对于一些无法通过《建筑结构荷载规范》来确定其相应的体型系数和表面风压分布且由于条件的限制无法进行风洞试验的体型复杂的结构,此时通过数值模拟的方法来确定这些体型复杂的建筑结构的体型系数和表面风压具有重要的工程和现实意义。本文基于CFX软件计算平台,对建筑结构的平均风荷载进行了数值模拟,主要包括以下几方面的内容:(1)选取国际上通用的拥用简单几何形状的CAARC(Commonwealth AdvisoryAeronautical Research Council)标准高层建筑模型来对数值模拟的一些影响参数进行研究,并将数值模拟的计算结果和同济大学TJ-2风洞试验的结果进行了对比分析,分析的数值模拟的影响因素有雷诺数、湍流模型、网格粗细、网格类型和风向角,最后对CAARC标准高层建筑模型的体型系数作了简单的计算和分析。通过这一系列的模拟分析,验证了数值模拟方法可适用于实际工程中。(2)对某高层双塔楼风荷载进行了数值模拟,并与风洞试验的结果进行了对比分析,再次验证了数值模拟方法可适用于实际工程。除了对平均风压系数和风荷载体型系数进行分析之外,也对实际结构的流场进行了分析。最后还对该高层双塔楼的2#塔楼表面风压干扰效应也作了分析。(3)用数值模拟的方法对某双向曲面屋盖的平均风压系数进行模拟,采用的是SST湍流模型,共计算了WINDX+、WINDX-、WINDY+和WINDY-四种工况角下的风压分布情况,并与规范给出的简化数值作了简单的对比分析。从平均风压的分布发现,屋盖的悬挑部分是风荷载较为敏感的部位,因此该部分在结构设计的时候应特别注意。
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