高层扩散体建筑风荷载特性试验与数值模拟研究

• 作 者: 王昭
• 出 处: 浙江工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 高层建筑 扩散体 风荷载 风洞试验 大涡模拟 体型系数

为节约土地资源和丰富城市景观,高层建筑数量在现代城市中迅速增长,并且表现出高密度化和群体性的特征。一方面,各国规范中关于风荷载的条文大多只适用于单体建筑,涉及高层建筑群体干扰效应的风荷载取值并不明确;另一方面,与绿色建筑理念相关的高层建筑自身能源供应问题也亟待解决,群体建筑的风荷载与风场特性研究将为城市高层建筑群布局与建筑风能利用一体化设计提供参考。本文在B类粗糙度地貌条件下,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了方形截面高层扩散体建筑的流场与风荷载特性。风洞试验的刚性模型采用1:300缩尺比,以风向角、建筑间距为参数,研究了扩散体建筑在各工况下的表面风压、干扰效应、风速增大效应和带底盘结构的基底力特性。同时,建立了全尺寸的数值模型,利用大涡模拟(LES)方法,对高层扩散体建筑在不同长宽比条件下的周围流场等空气动力学特性进行了系统的研究。风洞试验和数值模拟结果分析对比表明:1)高层扩散体建筑的通道侧面与迎风面平均风压变化梯度与风向角呈负相关。受扰建筑通道侧面受施扰建筑影响最强烈,特别是通道前缘部位,但干扰效应随间距增大逐渐减弱,且通道侧面脉动峰值和风压极值的位置逐渐由前缘向中心过渡。建筑迎风面风压与其宽度呈正相关,最大位于建筑3/4高度附近。2)在0°~30°风向角范围内,方形扩散体建筑对风速具有明显的增强效应,尤其是迎风面宽度对风速增大效应影响更显著。风速随间距的增大而先增强后减弱,其中最大位于通道前半部分的2/3~5/6高度范围。3)带底盘的高层扩散体建筑,顺、横风向风力极大值分别出现在0°和60°风向角下。横风向力功率谱峰值分布在0.18~0.21范围内,并且与风向角呈正相关,建筑截面对称时,其风力系数也有较好的对称性。另外,来流方向存在干扰建筑时,受扰建筑的基底力将出现较大幅度减小且与长宽比呈线性关系。