重庆某高层建筑脉动风荷载模拟

第31卷第5期土木建筑与环境工程Vol.31No.52009年10月Journal of Civil,Architectural &Environmental Engineer ing Oct.2009复杂体型高层建筑风洞试验及数值模拟李正良1,王承启1,赵仕兴2,魏奇科1,刘红军1(1.重庆大学土木工程学院,重庆400045;2.四川省建筑设计院,成都610017)摘 要:以某复杂体型高层建筑为例,对其风荷载进行了刚性模型风洞试验研究,并基于Fluent6.1软件平台,将雷诺应力湍流模型(RSM)与非平衡壁面函数搭配使用,对其进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟。

结果表明:风洞试验与数值模拟2种方法相辅相成;该类高层的迎风面主要受正压作用,屋面、背风面以及侧面主要受负压作用,尤其转角处背风区域局部负压较大;在180b 风向角下,该类高层体型本身提供的类似峡谷的风速放大效应显著。

关键词:高层建筑;数值模拟;风压;风洞试验中图分类号:TU 312.1;T U317.1 文献标志码:A 文章编号:167424764(2009)0520069205Wind Tunnel Test and Numerical Simulation of Wind 2Induced Loads onComplex 2Shaped High 2Rise BuildingsLI Zheng 2lia ng 1,WA NG Cheng 2qi 1,ZH AO Shi 2xing 2,WEI Qi 2ke 1,LIU H ong 2jun 1(1.College of Civil Engineering,Chongqing University,Chongqing 400045,P.R.China; 2.Sichuan Pr ovincial Inst itute of Architectural Design 610017,P.R.China)Abstract:Taking a complex 2shaped high 2rise building as a case,the wind tunnel test with r igid model was car ried out for wind load study.Meanwhile,with Fluent 6.1softwar e,the CFD numerical simulation had been performed with the RSM and the Non 2equilibrium Wall Functions.It was found that the results of the two methods were in good agr eement.Ther e were mainly positive pressures on the windward surface and negative pressures on the r oof,the leeward surface and the side.Especially,negative pressure was higher in the leeward region at the building corner.And at the wind angle of 180b ,the wind speed amplification effect was remarkable which was similar to those of canyons.Key wor ds:buildings;numerical analysis;wind pressure;wind tunnels tests 风导致工程结构损伤和破坏的灾害事故屡见不鲜[1],如1940年美国T acoma 桥被风吹毁倒塌,1965年英国Ferrybridge 电站的8座大型冷却塔在大风中倒塌3座等。

一种脉动风压模拟的方法引言脉动风压是指风力在时间上的波动，广泛应用于建筑工程、航天航空、能源等领域的设计与分析中。

模拟脉动风压的目的是为了更好地了解其对建筑物或其他物体的影响，并进行相应的结构设计和改进。

本文将介绍一种用于模拟脉动风压的方法，通过数值模拟技术，可以更准确地模拟实际环境中的脉动风压情况，为相关设计提供参考。

方法介绍本文所提出的脉动风压模拟方法主要基于计算流体力学（CFD）技术，结合脉动风压数学模型进行模拟。

具体步骤如下：步骤一：建立几何模型首先，需要根据实际情况建立物体的几何模型。

可以通过计算机辅助设计软件进行建模，或直接从实物中获取几何信息。

几何模型的准确性对模拟结果的精度至关重要，因此需要仔细处理模型的细节。

步骤二：设置边界条件根据实际情况，需要设置模拟过程中的边界条件。

对于脉动风压模拟来说，主要包括气流入口速度、气流出口压力和物体表面的摩擦阻力。

这些边界条件的设置需要结合实际情况进行合理选择，以保证模拟结果的准确性。

步骤三：网格划分模拟过程需要将物体和周围空间划分为不同的网格，以便对流体和压力场进行数值计算。

网格划分的密度和质量对模拟结果的准确性有着重要影响，因此需要进行合理划分。

步骤四：求解数值模型在建立好模型和设置好边界条件后，可以利用计算流体力学方法对模型进行数值求解。

利用Navier-Stokes方程和雷诺平均Navier-Stokes方程等传输方程，以及turbulence model等，可以计算得到物体表面的脉动风压分布。

步骤五：后处理模拟完成后，需要对结果进行后处理，以得到所需的脉动风压信息。

一般可以通过时间序列分析、频率分析等方法对结果进行处理，以得到脉动风压的幅值、周期等相关参数。

实例应用本文所提出的脉动风压模拟方法已经在某高层建筑的结构设计中得到了应用。

通过建立建筑物的几何模型、设置边界条件、进行网格划分，并利用计算流体力学方法进行数值求解，成功模拟了该建筑物在脉动风压下的响应情况。

风荷载的计算例题高层建筑结构（共5篇）第一篇：风荷载的计算例题高层建筑结构建筑荷载的计算三大力学：理论力学，材料力学，结构力学。

三大力学是设计建筑结构的理基础。

只有熟练的学习好三大力学才能灵活运用到建筑结构设计方面。

以下为计算试题，仅供参考。

第二篇：《建筑结构荷载规范》《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）新内容有关调整部分：新规范于2002年3月1日启用，原规范（GBJ9-87）于2002年12月31日废止；新规范规定必须严格执行的强制性条文共13条，具体分配为：第1章有1条、第3章有3条、第4章有5条、第6章有2条、第7章有2条；楼面活荷载作了一些调整和增项，屋面不上人活荷载也作了一些调整；风、雪荷载由原按30年一遇重新规定为按50年一遇，同时对滁州市的风、雪荷载值也作了一点调整：10米高50年一遇基本风压值为0.35KN/M2，雪压值为0.40KN/M2，雪荷载准永久值系数为0.2，属于第Ⅱ分区；在计算风载时，风压高度变化系数根据地面粗糙度类别来确定：原规范（GBJ9-87）将地面粗糙度类别分为三类（A、B、C）。

随着我国建设事业的蓬勃发展，城市房屋的高度和密度日益增大，因此，对大城市中心地区的粗糙程度也有不同程度的提高，新规范（GB50009-2001）特将地面粗糙度改为四类（A、B、C、D），其中A、B类的有关参数不变，C类指有密集建筑群的城市市区，其粗糙度指数α由0.2改为0.22，梯度风高度HG仍取400m，新增添的D 类，是指有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区，其粗糙度指数α为0.3，梯度风高度HG取450m；专门规定了围护结构构件的风荷载及相关计算；在常用材料和构件的自重之“附表A”中，增设了“建筑墙板”一览表。

强制性条文部分：第1章“总则”之强制性条文：第1.0.5条：规范采用的设计基准期一律为50年；第3章“荷载分类和荷载效应组合”之强制性条文：第3.1.2条：建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值：对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。

超高层建筑表面风荷载数值模拟研究I. 引言A. 研究背景B. 研究目的和意义C. 国内外研究现状D. 论文结构II. 数值模拟方法A. 计算流体力学基础理论B. 数值计算方法模型C. 边界条件和参数设定III. 超高层建筑的表面风荷载数值模拟A. 模型建立和验证B. 风荷载分析结果C. 结果分析和讨论IV. 影响超高层建筑表面风荷载的因素与控制措施A. 建筑结构设计和形式控制B. 地理环境影响C. 气象环境因素D. 控制措施和装置V. 结论与展望A. 结论总结B. 研究不足和展望C. 建议和对策注: 以上内容均为样例，实际情况可视研究具体情况调整章节顺序和内容安排。

第一章引言随着经济水平的不断提高和人们对建筑安全性能的不断追求，超高层建筑在城市建设中变得日益普及。

超高层建筑作为一种外形高大、风荷载复杂的特殊结构，其稳定性和安全性显得尤为重要。

而建筑表面风荷载是影响建筑安全的主要因素。

因此，研究超高层建筑表面风荷载的数值模拟具有重要意义。

本论文旨在探讨超高层建筑表面风荷载的数值模拟研究，主要分为五个部分：引言、数值模拟方法、超高层建筑的表面风荷载数值模拟、影响超高层建筑表面风荷载的因素与控制措施、结论与展望。

第二章数值模拟方法随着计算机技术和数值计算方法的不断发展，建筑工程界逐渐开始采用计算流体力学（CFD）方法来模拟建筑表面风荷载。

建筑表面风荷载数值模拟包括了建筑结构的数值模型，以及对模型进行计算的方法。

在本研究中，我们使用CFD方法进行数值模拟。

A. 计算流体力学基础理论计算流体力学（CFD）基于质量守恒、动量守恒和能量守恒的方程式，针对空气流动进行了二维或三维的数值模拟。

CFD方法主要包括了基本方程、物理模型和计算算法等内容。

B. 数值计算方法模型CFD方法中主要采用的数值方法有有限差分、有限体积法和有限元法等。

其中，有限元法（FEM）是一种应用广泛的数值方法，可以使用三维网格模型对复杂的建筑结构进行建模，并进行数值模拟。

四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第32卷　第4期2006年8月收稿日期:2005207212作者简介:葛　楠(1963-),男,辽宁锦州人,博士,主要从事建筑结构工程抗风研究。

E 2ma il:genan 547259@sina .com利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程葛　楠1,周锡元2,侯爱波2(1.中国建筑科学研究院,北京　100013;2.北京工业大学建筑工程学院,北京　100022)摘　要:根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形高层建筑横风向风振反应时程的计算方法供参考。

采用Newmark 法与W ils on -θ法计算了2栋建筑物顶部的横风向风振反应。

计算结果表明,在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分;这与谱分析法得出的结论是一致的;从而说明了计算结果的正确性。

这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。

关键词:脉动风压;谱密度函数;湍流;加速度;相位差中图分类号:T U973.25 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2006)04-0026-05Evaluati on of ti m e history of wi n d i n duced vi brati on with man 2made wi n d pressure fluctuati on i n the across wi n d di recti on on hi gh rise buildi n gsGE Nan 1,ZHOU Xi 2yuan 2,HOU A i 2bo2(1.Depart m ent of A seis m ic Engineering,CABR,Beijing 100013,China;2.Depart m ent of A rchitecture ,BJP U,Beijing 100022,China )Abstract:A method for evaluating wind induced vibrati on in the acr oss wind directi on on rectangle high rise buildings has been p resen 2ted in this paper with si m ulati on of the p r ocess of wind p ressure fluctuati on .I n the computati on app r oach,the fluctuating p ressure in the acr oss wind directi on have been si m ulated according t o the fluctuating p ressure s pectrum density functi on s pecified in the Japanese building code .Evaluati on work has been done f or a 68m building and a 180m building with step by step method (the Ne wmark methodand the W ils on 2θmethod )and the results show that the res onant res ponse take the significant part of the t otal dyna m ic res ponse,the sa me conclusi on as in the case of s pectru m analysis .The conclusi on could be used as a reference f or wind vibrati on contr ol design .Key words:fluctuating p ressure;s pectral density functi on;turbulence;accelerati on;phase angle0　引　言来风在建筑物的周围会形成湍流风场,如图1所示,并引起建筑物一定幅度的风振振动。

高层建筑风荷载的数值模拟计算一、高层建筑风荷载概述高层建筑由于其高度和结构特点，在设计和施工过程中，必须考虑风荷载的影响。

风荷载是指风对建筑物产生的压力和吸力，它对建筑物的稳定性和安全性具有重要影响。

随着城市化进程的加快，高层建筑日益增多，对高层建筑风荷载的研究也日益深入。

1.1 高层建筑风荷载的特点高层建筑风荷载具有以下特点：- 动态性：风荷载随时间变化，具有不确定性。

- 非线性：风荷载与风速、建筑物形状和尺寸等因素的关系复杂。

- 空间分布性：风荷载在建筑物表面的空间分布不均匀。

1.2 高层建筑风荷载的影响因素影响高层建筑风荷载的因素主要包括：- 风速：风速的高低直接影响风荷载的大小。

- 风向：不同风向对建筑物的风荷载有不同的影响。

- 建筑物形状：建筑物的形状和尺寸会影响风荷载的分布。

- 周围环境：建筑物周围的地形、建筑物等环境因素也会对风荷载产生影响。

二、高层建筑风荷载的数值模拟计算方法数值模拟计算是研究高层建筑风荷载的重要手段。

通过数值模拟，可以更准确地预测和分析风荷载对高层建筑的影响。

2.1 数值模拟计算的理论基础数值模拟计算的理论基础主要包括：- 流体力学：研究风荷载的产生机理和传播过程。

- 结构力学：分析风荷载对建筑物结构的影响。

- 概率论与数理统计：分析风荷载的不确定性和随机性。

2.2 数值模拟计算的方法常用的数值模拟计算方法有：- 有限元方法：通过离散化手段，将连续的流体域和结构域转化为有限元模型，进行数值计算。

- 计算流体动力学(CFD)：采用数值方法求解流体力学的控制方程，模拟风荷载的产生和传播过程。

- 蒙特卡洛模拟：利用随机抽样技术，模拟风荷载的不确定性和随机性。

2.3 数值模拟计算的步骤数值模拟计算的一般步骤包括：- 建立模型：根据建筑物的实际情况，建立风荷载作用下的流体域和结构域模型。

- 确定参数：确定风速、风向、建筑物形状等参数。

- 进行计算：采用数值方法进行计算，得到风荷载的分布和大小。

风荷载例题F 面以高层建筑为例，说明顺风向结构风效应计算由W k z s z W o 知，结构顺风向总风压为4个参数的乘积，即基本风压W 0、 风压高度变化系数 z 、风荷载体型系数S 、风振系数z 。

因基本风压与风压高 度变化系数与结构类型和体型无关，以下主要讨论高层建筑体型系数和风振系数 的确定，然后通过实例说明高层建筑顺风向风效应的计算。

1高层建筑体型系数高层建筑平面沿高度一般变化不大，可近似为等截面，且平面以矩形为多。

根据风洞试验及实验结果，并考虑到工程应用方便，一般取矩形平面高层建筑迎 风面体型系数为+0.8 （压力），背风面体型系数为-0.5 （吸力），顺风向总体型系 数为s1.3。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》 JGJ 3-2002第3.2.5条: 计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数 s可按下列规定采用:1圆形平面建筑取0.8 ;2•正多边形或截角三角形平面建筑，由下式计算:式中，n 为多边形的边数。

3. 高宽比H/B 不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取 1.3 ;4. 下列建筑取1.4:1） V 形、丫形、弧形、双十字形、井字形平面建筑； 2） L 形、槽形和高宽比H/B 大于4的十字形平面建筑；3） 高宽比H/B 大于4,长宽比L/B 不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑 5. 在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按本规程附录0.81.27n用，或由风洞试验确定。

2. 高层建筑风振系数高层建筑风振系数可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2002进行计算，也可参考《建筑结构荷载规范》。

3. 实例【例1】已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑，平面沿高度保持不变，质量和刚度沿竖向均匀分布。

H 100m , B 33m，地面粗糙度指数s= 0.22，基本风压按粗糙度指数为s 0-16的地貌上离地面高度z s = 10m处的风速确定，基本风压值为w。

0.44kN/m2。

浅谈高层建筑风荷载模拟摘要：两个高层建筑之间的风荷载现在是建筑工程业人士越来越关注的话题，那么如何有效的检测两个高层建筑之间的风荷载问题，成为越拉越多人困扰的问题。

本文在介绍从测量高层建筑之间的风荷载的方法上入手，从而探讨适合高层建筑风荷载测量的方法，关键词：高层建筑风荷载模拟前言：随着社会科学技术的飞速发展，在我国越来越多的高层建筑林立而起，相应的高层建筑之间的风荷载的作用成为人们关注的话题。

目前在我国没有对于大型的、跨尺度的空间架构建筑风荷载模拟的方法，要确定跨尺度空间结构高层建筑的风荷载作用，就要测定出相关风时速的曲线以及相关数据。

本文就谐波叠加法、线性滤波法和小波分析以及脉动风荷载模拟给予一定的介绍。

在风的时程曲线中，一般包含两种成分:一种是长周期部分，值常在10分钟以上;另一种是短周期部分，常仅有几秒种左右。

由于风的长周期远远大于一般结构的自振周期，其对结构的作用相当于静力作用。

脉动风是由于风的不规则性引起的，它的强度是随时间按随机规律变化的，由于它的周期较短，因而其作用性质是动力的，会引起结构的振动。

1 脉动风荷载模拟脉动风就离散化为作用于每一个质量集聚点的离散化脉动风荷载，其值可近似用该质量集中点处的脉动风压乘以相应作用点的作用面积来求取。

由于脉动风压为高斯平稳随机过程，且其具有空间相关性的特点，故对高层建筑的脉动风荷载必须建立起它的自功率谱和互功率谱密度函数。

相关人士根据世界上不同地点、不同高度测得的90多次强风记录，给出了如下形式的脉动风速谱:，其中的脉动功率风速谱的计算方法是；K是与地面粗糙度相关的系数。

脉动风荷载模拟通过脉动风速谱推出脉动风压谱，进而求出规格化的脉动风压谱，并对其进行复共珑分解。

根据国内相关的建筑结构规范，考虑脉动风的竖向相关性，建立了脉动风荷载的功率谱密度函数矩阵。

2 谐波叠加模拟谐波叠加法是基于三角级数求和的频谱表示法,其基本思想是将随机信号通过离散傅立叶分析变换,分解为一系列具有不同频率和幅值的正弦波或其他谐波。

高层建筑考虑脉动风荷载作用下的有限元分析
武黎明
【期刊名称】《四川建筑》
【年(卷),期】2011(31)3
【摘要】以某10层钢筋混凝土结构框架-剪力墙办公楼为例,采用有限元软件ANSYS分析了高层建筑在"考虑脉动风荷载作用"与"正常设计条件"两种情况下,时上部结构的内力及变形情况进行对比分析.分析结果表明在高层建筑结构设计时,应该充分考虑到脉动风荷载对高层建筑结构的不利影响,从而使设计更加经济、合理.【总页数】4页(P119-122)
【作者】武黎明
【作者单位】重庆工商职业学院,重庆,400007
【正文语种】中文
【中图分类】TU973+.213
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