坡地高层建筑非稳态雷暴冲击风荷载特性研究

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1、坡地高层建筑非稳态雷暴冲击风荷载特性研究汪之松刘溥刘亚南董志超方智远重庆大学土木工程学院重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室目前结构风工程对于雷暴冲击风风荷载的研宄多局限于稳态冲击射流模型，较少考虑风速随时间的变化以及坡地地形等因素的影响.基于冲击射流模型，引入衰减函数使得射流的入U风速更加接近真实的雷暴冲击风整个生命周期的衰变过程，并通过瞬态大涡模拟（LES）分析/坡地地形屮坡顶位置处典型高层建筑的建筑风荷载特性及坡地地形雷暴冲击风场特性.结果表明，LES瞬态模拟具有较高的可靠性，非稳态冲击风

2、场的风速波动较大，变化规律与实测的下击暴流风速曲线类似;建筑表面的风荷载只有强烈的非平稳特性，且随着风速迅速衰减;非稳态冲击风的风荷载波动大且潜在破坏能力更强;坡地地形下建筑迎风面风荷载普遍比平地小，丑对建筑屮上部的影响明显要大于底部，随着起坡角度的增大，建筑中上部风荷载逐渐减小.关键词：雷暴冲击风;非稳态;坡地地形;风荷载特性;大涡模拟;汪之松（1980一），男，安徽舒城人，重庆大学副教授，，putationaldomainandboundaryconditions表1数值模拟工况Tab.1Cases

3、ofnumericalsimulationviz/t模拟结果与分析3.1非稳态雷暴冲击风风场特性CFD数值模拟结果与现冇经验模型、实测数据的水平风速竖向风剖面和径向风剖面的比较分别如图4和5所示.CFD数值模拟结果选取r=1.25Djet处的竖向风剖面,Z=0.015Diel处的径向风剖面.其中为最大水平风速对应的竖向高度，Vw为沿径向水平风速最大值，为最大水平风速对应的径向距离.最大水平风速所在的径向位置约为1.25Dje„最大水平风速所在的高度约为0.015D,el,相关的实测数据及国外相关学者研究

4、发现最大水平风速所在的径向位置约为1.0Dj:1.25Djet，而最大水平风速所在的高度约为0.005Djer0.025Djet,与本文计算结果基本一致.图4CFD数值模拟与各模型竖直风剖面比较Fig.4ComparisonofverticalwindprofileofCFDnumericalsimulationandanalyticalmodels卜载原图图5CFD数值模拟与各模型径向风剖面比较Fig.5ComparisonofradialwindprofileofCFDnumericalsimula

5、tionandanalyticalmodels卜载原图图6给出丫3种Ati下最大水平风速的时程曲线对比图.图63种不同周期下最大水平风速的吋程曲线Fig.6Normalisedtemporalprofilesoftheradialspeedatlocationofmaximumspeedforthreedifferentages从图6可以看出，3种情况下的测点（径向1.25Dkt，髙度为0.015Djet）均在0.6s时刻达到了最大值，此时主漩涡经过测点位置，使得径向出流强度达到了最强；当入口风速开始衰

6、减时，测点风速并非迅速衰减，而是继续保持一段相对稳定后才逐渐衰减;随着入口风速稳定段△^的增加，测点风速衰减段较大风速持续的时间也逐渐增加.图7和图8分别给出了平地与坡地情况下，1.5DiPt径向位置不同高度处的水平风速吋程曲线和竖向风速吋程曲线，反映了速度强度沿高度方向的变化趋势.水平风速随着高度的增加先增加到最人值(Z=0.015Djet),然后逐渐减小；竖向风速随着高度的增加持续增加;坡地地形对坡顶处测点的风速时程变化趋势影响不大,坡地对坡顶处的竖向风速影响较大，坡地坡角越大，坡顶测点的竖向风速越

7、大.图71.5Djet径向位置不同高度处的水T•风速时程曲线Fig.7Normalisedtemporalprofilesoftheradialspeedatr/D=l.5fordifferentheights(AtI=0.9s)图71.5Djet径向位置不同高度处的水平风速时程曲线Fig.7Normalisedtemporalprofilesoftheradialspeedatr/D=l.5fordifferentheights(AtI=0.9s)图81.5Djet径向位置不同高度处的努向风速时程曲线

8、Fig.8Normalisedtemporalprofilesoftheverticalspeedatr/D=l.5fordifferentheights(AtI=0.9s)3.2非稳态雷暴冲击风风荷载特性3.2.1迎风面风压瞬时特性限于篇幅，仅给出在△tFOJs，坡角i=30°情况K风速云图及建筑迎风面风压系数(如图9所示).从图9中可以看出，在t=0.45s时，喷口出流速度相对稳定，来流风到达建筑物表面，由于建筑阻挡，在坡顶处建筑底部有