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1、 暨南大学硕士学位论文 摘 要 风荷载是建筑结构设计中不可缺少的一项重要荷载,随着大跨度、超高层建筑的大量出现,风荷载的作用也越来越重要,如何确定建筑物表面风压情况,以便进一步研究风对建筑结构的作用就显得非常重要。同时随着人们环保意识和健康理念的提高,对建筑物周围风环境的研究也具有社会和现实意义,成为建筑设计应考虑的因素之一。 本文研究了高层建筑物表面风压及大跨度屋盖周围风环境问题,主要工作如下: 第一、二部分:对国内外有关计算风工程的研究情况进行了阐述。从工程实际出发,在阅读大量文献的基础上,综述了数值模拟的基本理论和基本方程,对控制方程的离散格式、边界条件及数值迭代方法做了较详细的论述。
2、第三部分:利用计算流体动力学软件FLUENT,采用标准 k -e模型对不同尺寸的高层建筑结构进行了模拟,对不同工况数值模拟结果差异进行了分析比较,总结归纳了这类结构的表面风压分布规律,为这类结构抗风研究与设计提供了参考。并将试验结果与风洞试验进行了详细比较,验证了风荷载数值模拟方法在实际工程应用中的可行性和可靠性。 第四部分:对建筑周围风环境舒适性的评价标准进行了阐述和讨论,并采用数值方法对大跨度屋盖结构进行模拟,得到了平均速度、湍流度的等值分布曲线,取得较好的结果,并对周围不同区域的风环境进行了预测和评估,同时提出了一些改善风环境的方法。关键词:高层建筑 大跨度结构 数值模拟 风场 风环境
3、i PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 /0.暨南大学硕士学位论文 ABSTRACTWind load is a kind of important loads to the buildings, and it is indispensable in the structure design. Following the appearance of large-span roofs, high-rise buildings, it becomes very important to measure the distribution of the wind pressu
4、re on the surface of the buildingsAt the same time , With the enhancement of peoples consciousness about environmental protection and health ,the study about wind environment have social and real sense and become the one of factors in structure design. This thesis studies the wind pressure on the su
5、rface of high buildings and Wind Environment problem around long-span roof structuresPart I、II : It presents recent research findings of the computational wind engineeringStart off the practice of engineering,based on a great deal of the data and literatures,we first establish basic theory including
6、 the governing equations for the numerical prediction. governing equation discretization , boundary condition and iterative algorithm forsolution of discretized equations are then described in detailPart III: The high-rise buildings with different scales is simulated by FLUENT which is an analysis s
7、oftware of computational fluid dynamics, using the standard k -e model. Through comparisons with different test conditions we theoretically conclude and summarize the rule of the wind pressures on the surface of the high-rise buildings structure. The results can be the reference of the construction
8、of buildings against typhoon. Comparisons between the results of the numerical simulation and the wind tunnel test of the building model are presented in detail,This demonstrates the accuracy and validity of the numerical method in real engineeringPart IV: criteria for evaluating the degree of comfo
9、rt of the wind environment around Buildings are described and discussed. The large-span structure is simulated and the distribution of mean wind speed and rms wind speed for all case as contour maps and current findings. The wind environment in different areas around the large-span building is predi
10、cted and the degree of comfort of the environment is evaluated. Several proposals for improving the comfort of wind environment are presented at the same timeKey words: high-rise building; Large-span structure; the numerical simulation; the windfield; wind environmentii PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创
11、建 /.暨南大学硕士学位论文 目 录 摘 要. i ABSTRACTii 目 录iii 第一章 绪论 1 1.1引言. 1 1.2计算风工程的研究进展 3 1.3本文的主要工作 5 第二章 数值模拟基本方法和理论. 6 2.1 湍流流动特征6 2.2 湍流的基本方程6 2.3 数值模拟方法9 2.4 湍流模型11 2.5 近壁面边界层的处理方法15 2.6 数值计算方法.17 2.7 FLUENT软件简介19 第三章 高层建筑结构表面风荷载的数值模拟.20 3.1 风洞试验简介.20 3.2 几何模型的建立.21 3.3 网格的划分.21 3.4 边界条件的设定.22 3.5 湍流模型的选取.
12、24 3.6 计算和求解.24 3.7 计算过程与结果.25 3.8 结果分析与结论.31 3.9 本章小结34iii PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 /.暨南大学硕士学位论文 第四章 大跨屋盖结构风环境的数值模拟35 4.1 概述.35 4.2 我国建筑风环境研究现状36 4.3 与人体相关的风环境评估标准.36 4.4 风环境的数值模拟40 4.5 风环境的预防和改善.52 4.6 本章小结53 第五章 总结与展望.54 5.1 本文总结54 5.2 工作展望55 参考文献.56 致谢59iv PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 /.
13、暨南大学硕士学位论文 第一章 绪论 1.1引言风是空气相对于地面的运动而形成的。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性,在地球相同高度的两点之间产生压力差,使得不同压力差的地区产生了趋于平衡的空气流动,于是形成了风。 1风灾是自然灾害中影响最大的一种 。1926年的一次飓风袭击,使美国一座 10多层的Meyer-Kisser大楼的围护结构受到严重破坏,钢框架结构发生塑性变形,大楼在整个2风暴中严重摇晃 。纽约一幢55层的塔楼建筑,在东北大风作用时,由于建筑物的摆动,使人不能在顶部几层的写字台进行书写,建筑物的风运动使人体产生了不舒适感。1940年,美国华盛顿州塔科马海峡建造的塔科马悬索桥
14、,完工不到 4个月,就在一场风速不到20ms /3的灾害下产生上下和来回扭曲振动而完全损毁倒塌 ,这一事件引发了对风对结构的效应及风荷载本身特性的广泛研究。 3风对结构物的作用,使结构产生振动,会产生以下几种结果 : (1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定; (2)使结构物或结构构件产生过大的扰度或变形,引起外墙、外装修材料的损坏; (3)由反复的风振动作用,引起结构或结构构件的疲劳损坏; (4)气动弹性的不稳定,致使结构物在风运动中产生加剧的气动力; (5)由于过大的动态运动,使建筑物的居住者或有关人员产生不舒适感。可见风荷载是建筑物的一种主要侧向荷载,对建筑物作用所引起的响应在总荷
15、载中占有相当大的比重,并且随着国民经济地发展,高层和超高层建筑大量涌现,对风作用的敏感性也大大增强,人们对居住环境的要求也日益提高,伴随着计算流体力学的发展和建筑设计要求的提高,有必要对建筑物风场和风压开展全面深入的系统研究,对建筑物表面风压分布规律进行研究是正确计算建筑结构风荷载的需要,为合理规划城市建设布局和高层4建筑设计提供重要的参考数据 。 同时随着人们环保意识和健康理念的提高,对建筑物周围风环境的研究也具有社会和现实意义,成为建筑设计应考虑的因素之一。对周围风环境进行优化设计,必将成为建筑和城市规划的的重要环节,为了营造健康、舒适的居住微环境,需要在规划设计阶段对建筑物周围的风环境情况做出预测评价,用来指导、优化建筑设计。- 1 -PDF 文件使用 pdfFactory Pro 试用版本创建 /.暨南大学硕士学位论文 对建筑物表面风压和周围风环境的传统研究方法有现场实测和风洞试验两种方法。现场实测是结构风工程中最直接的研究手段,可以收集第一手资料,但是该方法只能对已经建成的建筑物进行测试,所受限制很大,而且费时费力,代价昂贵。风洞试验是可靠性比较高的预测方法,也是
