复杂形体建筑风荷载体型系数及幕墙体系建设顺序数值风洞概述

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1、复杂形体建筑风荷载体型系数及幕墙体系建设顺序数值风洞概述1绪论1.1课题背景高层建筑不仅能适当解决我国人口增长带来的城市拥挤问题和土地资源短缺问题，而且能够给人们带来美好的视觉享受、营造舒适健康并且富有多样化的城市生活环境。但是，随着人们生活水平日益提高，高层建筑的设计使设计师面临新的挑战。比如，要使建筑成为具有地方的或者国家的代表性地标性建筑，还要使建筑外形的美感满足人们日益增长的视觉享受，高层建筑外形向着越来越复杂的趋势发展，气流对建筑表面的影响已经不能用相关规范的简单规定直接来衡量，这使得结构纵横向风荷载的估算成为高层建筑结构面临的重要问题。比如复杂体型建筑表面的风压的体

2、型系数直接从《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）[1]取值是否可靠，随建筑高度的增加，气流对建筑的影响也越来越显著，近似的考虑可能与实际情况相差很大。随着结构体系、建筑材料、设计方法和施工技术的发展和建筑观念的更新，高层建筑逐渐向外形复杂化的趋势发展，近几年涌现的具有代表性的复杂外形高层建筑有：人民日报新大楼、中央电视台新址大楼、靴子楼、东方之门等等。结构理论的发展和计算机的普遍运用，使得高层结构抗风设计不再是难题，风洞试验、数值模拟已能解决相关问题。已经运用数值风洞模拟的工程有：北京奥运会主体育场、沈阳奥体中心体育场、2010年上海世博会浦西整个场地建筑、上海静安

3、中华大厦、芦湖港东海大桥通信综合塔等等。数值风洞一定会推动我国高层建筑，特别复杂形体高层建筑的发展。项海帆院士在第十二届全国结构风工程学术会议上说：可以预期，随着计算流体动力学理论的进步，数值模拟方法将会逐步替代风洞试验形成数值风洞新技术。因此，数值模拟应该是我们21世纪追求的目标[2]。..1.2本课题依托的工程背景本工程名称为君御海城国际酒店，位于佛山市高明区，东临沿江路，南临城市规划路，北临为住宅小区，西临城市景观湖面。本工程为一类超高层建筑，是以酒店为主，配套餐饮、宴会、会议、娱乐、康体等多种功能的酒店类建筑。本工程由中部28层的塔楼和南北两侧5层裙楼组成平面八字型，主

4、楼与裙楼之间用伸缩缝分开。塔楼建筑总高度158米，屋面顶板高度114.3米，其上43.7m高由钢结构组成头向上的鲤鱼造型。总用地29736m2，总建筑面积71321m2，地上建筑面积57671㎡，场地内地势平整。为保证100%客房看到江景，酒店塔楼平面采用八字型的内廊布置方式塔楼对称轴垂直西江，客房分为朝东南或东北望江。平面功能要求决定了塔楼形体逞两片弧形的形体湾向江面。水是西江河畔的主题，在弧形的塔楼形体上隐喻鱼的主题是对西江的最好呼应。简洁明了的曲线、个性鲜明的主题给远近的观众（高速公路的旅客及江畔游玩的人们）都带来强烈的视觉冲击力。裙房西侧的酒店主入口大堂顶盖微弯且末端向

5、上翘起，象征鱼尾造型。层层退台的裙房造型模拟波浪，从塔楼底部向四周发散的裙房飘板的造型隐喻浪花，营造鱼跃龙门的感觉。逼真的鲤鱼造型使得塔楼三个立面表现为不规则的曲面，建筑外形非常复杂；垂直东立面在标高141.7米开设高为16.3米，宽约为5.6米的洞口，形成塔楼顶部的峡口，加剧建筑外形的不规则性。2数值风洞模拟基本原理2.1数值风洞技术我国荷载规范按统计出的基本风压，同时考虑风振效应、建筑物外形、建筑物高度等因素来进行建筑抵抗风荷载的设计。其中风荷载体型系数因建筑物不同的外形而不同，我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）[1]列出大部分规则与不规则建筑物的体型系数

6、，并同时说明对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，可由风洞试验确定体型系数。风洞试验是人们了解建筑结构风特性的有效手段,已经在工程上得到广泛的使用和认可,但风洞试验亦存在很多困难与不足,比如风洞试验需要采用缩尺模型，通常缩尺比例较大，这样对风荷载效应比较敏感的细部得不到合理反映；风洞试验价格昂贵，且建筑方案的改变造成风洞试验模型改变而花费的费用较大等等。数值风洞与实际风洞试验相比更有优势：数值风洞具有模拟真实风环境的能力，用户可以按实际的风环境进行仿真和模拟；可以构建原型尺寸的计算模型，而风洞试验只能在实验室进行，因此数值风洞避免了风洞试验只能进行缩尺实验的不足，避免了雷偌数效应（

7、雷偌数效应是低速风洞试验中雷偌数相似条件难以满足，试验值与实际值之间存在差异的现象）；数值风洞省去制作、更改模型的相关费用，与风洞试验相比更节省经费，时间投入也更短。除此之外，数值风洞可以获得非常详尽的信息资料,有助于对问题进行多方面模拟分析,以便研究事物的本质和发生的机理。而采用数值风洞方法对风场进行模拟，从而得到风荷载体型系数是一个更好的选择。.2.2数值风洞模拟过程中涉及软件本文在数值模拟过程中用到的软件主要有Pro/ENGINEER、Gambit、Fluent、Tecplot。这些软