超高层建筑风荷载和气动噪声的大涡模拟及角沿修正影响研究

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1、学校代号10532学号B12010032分类号TU973+.213密级公开博士学位论文超高层建筑风荷载和气动噪声的大涡模拟及角沿修正影响研究学位申请人姓名邓燕华培养单位湖南大学土木工程学院导师姓名及职称祝志文教授学科专业土木工程研究方向高层建筑抗风论文提交日期2017年12月2日学校代号：10532学号：B12010032密级：公开湖南大学博士学位论文超高层建筑风荷载和气动噪声的大涡模拟及角沿修正影响研究学位申请人姓名：邓燕华导师姓名及职称：祝志文教授培养单位：土木工程学院专业名称：土木工程论文提交日期：2017年12月2日论文答辩日期：2017年12月5日答辩委员会主席：

2、沈蒲生教授Studyonlargeeddysimulationofwindloadsandaerodynamicnoiseofsuper-tallbuildingswitheffectsofcornermodificationbyDENGYanhuaB.E.(EastChinaJiaoTongUniversity)2004M.S.(EastChinaJiaoTongUniversity)2009AdissertationsubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofDoctorofEngineeri

3、nginCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHUZhiwenDecember,2017博士学位论文湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保

4、留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书。2．不保密□√。(请在以上相应方框内打”√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日I超高层建筑风荷载和气动噪声的大涡模拟及角沿修正影响研究摘要随着科技进步和经济发展，超高层建筑不断涌现，数量和高度每年在不断刷新纪录。建筑高度的增加使得风荷载逐渐成为超高层建筑结构安全和舒适性的控制性荷载，

5、超高层建筑的气动噪声问题也越来越严重。因此开展超高层建筑的风荷载、风致响应和气动噪声研究非常重要。与现场测试和风洞试验相比，CFD具有计算结果可靠、无需模型制作、无测量设备干扰和方便可视化等优点，尤其是大涡模拟（LES）。本文基于大涡模拟对方形、方形凹角和方形切角断面超高层建筑的风场、风荷载和气动噪声进行了数值模拟，重点研究了角沿形式和修角率的影响。本文的主要工作和结论包括：（1）综述了超高层建筑抗风与角沿修正研究、超高层建筑气动噪声研究的现状及存在的问题。阐述了湍流控制方程、CFD数值模拟方法及适用性，重点论述了大涡模拟的基本理论和优势。详细论述了计算域设置、首层网格高度

6、、边界条件、时间步长和湍流模型选择等CFD模拟质量控制要求。（2）针对随机流(RFG)技术在入口生成的湍流风场缺点，提出了通过调整湍流积分尺度提高模拟精度的方法。研究表明，B、C类地貌下湍流积分尺度调整系数分别为0.4和0.55时，模拟风场的特性与大气边界层较为相似。开展了B类地貌CAARC标准模型的LES分析，研究了湍流积分尺度对风荷载的影响。研究表明，B类地貌湍流积分尺度调整系数为0.4时，风场模拟结果与试验值吻合较好。随着湍流积分尺度的增大，平均运动的变形率向湍流脉动输入能量，平均风速出现略降，湍流强度出现略增，因而风压脉动性降低、分离流附着性增强；同时，基底弯矩谱和

7、扭矩谱的峰值及高频段幅值、涡脱频率、平均阻力系数、风压系数均方根和负压区风压系数平均值均呈降低趋势。另外，湍流积分尺度对气动力的竖向相关性影响小，但对风压水平相关性的影响明显。（3）对方形和方形修角断面超高层建筑风荷载进行了LES研究，分析了角沿形式和角率对超高层建筑风压分布和风压相关性的影响。利用CFD流场可视化的优点，揭示了角沿修正对风压影响的内在机理。与方形模型相比，角沿修正能降低超高层建筑平均风压系数，背风面和侧风面受角率的影响显著，表现为角率越大、降幅越大。角沿修正会导致迎风角部风压系数较方形模型偏大。另