数值仿真技术在结构风工程中的应用综述.doc

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1、数值仿真技术在结构风工程中的应用综述【摘要】：结合结构抗风设计的任务及方法，对计算流体力学用于现代结构设计的意义及研究现状进行系统的论述，为工程技术人员熟悉了解数值仿真技术在结构抗风设计中的应用提供完整的线索。【关键词】：数值风洞，流固耦合，湍流模型，自适应网格划分【abstract】：combinedwiththewind-resistantdesignofstructurestaskandmethod,thecomputationalfluiddynamicsformodernstructuredesign

2、ofthesignificanceandthepresentresearchsituaticmofsystem,thispaperforengineeringandtechnicalpersonneltobefami1iarwithnumericalSimulationtechnologyinstructuraldesignoftheapplicationofthewindresistancetoprovideacompleteclues.【keywords】:numericalwindtunnel,fluid

3、-solidcoupling,turbulencemodel,adaptivegridpartition屮图分类号：K826.16文献标识码：A文章编号：一、IJ'JB在高层及超高层建筑的设计过程中，风荷载通常会取代地震荷载成为结构设计的主要控制荷载，这一特点在我国沿海城市的结构设计工作中尤其明显：经济发达,高层及超高层建筑林立，抗震设防烈度普遍不高，但风荷载较大，甚至需要应对台风等极端天气的影响。因此，在高层建筑设计过程中，风荷载取值的准确性不仅关系到结构安全，同时对工程经济性指标发挥肴举足轻重的控制作用。二

4、、风荷载主要设计依据2.1建筑结构荷载规范建筑结构荷载规范是进行结构抗风验算的主要依据，设计参数包括基木风压，风振系数，风荷载体型系数，风压高度变化系数。各参数在规范中均可根据工程实际情况查图表及通过公式获得，其中，在规范表7.3.1中对各种不同结构体型的风荷载体型系数均有详尽说明，但随着人们对建筑造型及功能要求的日益提高，建筑体型日趋复杂，规范所采用的图表穷举说明的方式难免挂一漏万，因此，规范7.3.1条第三款及第四款均提出把风洞试验的方式作为规范未列明情况的补充。另外，规范7.3.2条也要求在必要时通过风洞

5、试验来确定群集的高层建筑风力相互干扰的群体效应。2.2风洞试验风洞试验作为荷载规范的重要补充，在结构设计过程屮主要用于确定功能重要且体型复杂的房屋和构筑物的体型系数，同时可以充分考虑群集高层建筑之间风力的相互干扰。为结构抗风设计提供可靠的体型系数。2.3局限性规范设计的局限性是图表不可能涵盖所有的建筑体型，而作为补充的风洞试验，在实际应用中同样具有其自身的局限性：（1）风洞实验段的流场品质，如气流速度分布均匀度、平均气流方向偏离风洞轴线的大小、沿风洞轴线方向的压力梯度、截血温度分布的均匀度、气流的湍流度和噪声级

6、等必须符合一定的标准，并定期进行检查测定。因此，风洞试验对人力物力的消耗较大；（2）风洞试验的依据是运动的相对性原理。为使实验结果准确，实验时的流动必须与实际流动状态相似，即必须满足相似律的要求。但由于风洞尺寸和动力的限制，试验必须采用缩尺模型，一般比例在1:200-1:1000之间，这样很多对风载效应有影响的建筑细部通常得不到合理的描述，也无法正确得到建筑物上尺寸较小构件的风载效应；（3）设计是个反复的过程。成功的建筑往往需要进行多方案比较，由于风洞试验的昂贵费用所限，实践中不可能针对每个方案都进行风洞模拟试

7、验，也无法确定抗风性能最优的结构。三、数值风洞2.1数值风洞的优点数值风洞方法以计算流体力学为基础，计算流体力学，简称CFD,是近四十年来发展起来的一门学科，己成为与理论流体力学和实验流体力学相提并论的研究方法。相比于传统的风洞试验，数值风洞具有以下优点：（1）试验周期短，费用低。在计算机上可以方便的修改各种参数，研究不同方案下的试验模型结果，优化设计方案；（2）可以方便的利用实测数据，设置求解参数或边界条件。不受风洞试验中的相似律等问题的困扰;便丁理论模型的实验;（3）试验数据充足，图形可视化。模型不受测点数

8、目及布置部位的限制，风压分布图、流场流速分布图，流线图都可以完整的获取。3.2结构风效应屮的流动状态大多数土木工程结构对风流动表现为钝体，建筑物在人气边界层内作为风流动中的障碍物存在。建筑物周边风流动特性由气流撞击（impingemenl）、分离（separation）>冋流（realtachmenI）>环绕（circulation）和涡（vortices）等物理现象决定，这些物理现象