复杂大底盘高层建筑风场特性数值模拟研究

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风荷载是高层建筑结构设计的控制荷载之一,随着城市规模的扩大、建筑高度的增加,对结构抗风性能的研究越发显得重要。鉴于此,本文以FLUENT流体计算软件为平台,对建筑物绕流的风场进行数值模拟。介绍了风工程的基本概念、计算流体动力学的相关理论,导出了流体连续性方程、流体运动微分方程、不可压粘性N-S方程,详细讨论了湍流模型的基本理论,为研究的展开作理论的铺垫。通过对二维和三维模型进行分析,讨论了计算风工程中建模的效率问题,网格密度和网格形式对数值模拟精度及计算效率的影响,及边界层的入口风速实现方法。对带凹角底盘结构模型采用RSM湍流模式,进行二维非定常分析,计算获得底盘的升阻力时程曲线及平均风荷载系数。将模拟结果与文献及规范进行对比,验证了计算方法的正确性和有效性。计算得到L型及凹型截面各个壁面体型系数,研究结论可为工程实际提供参考。三维数值模拟的研究以某一带商业裙房的酒店式公寓为研究对象,采用Realizable k湍流模式对建筑物表面风压及周围风环境进行数值模拟。分析了结构在4个典型风向角下的风压系数分布特性和流场结构,得到基底平均剪力系数和基底平均弯矩系数。最后给出了湍动能等值线分布图,研究复杂大底盘双塔结构流场的特性,双塔间干扰及狭缝效应的作用特点。三维模拟的研究结论可为类似建筑结构的抗风设计及工程应用提供依据。
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