结构风荷载数值模拟研究第一章CFD得应用范围1、空气无时不与我们同在,空气得流动就就是我们通常所说得风。风对处于其中得结构均存在荷载作用。对于超高层建筑,风载效应可达总效应得50％以上。2、风工程得研究方法包括现场实测、实验室模拟(主要就是风洞模拟)与理论分析(包括数值计算)。当前主要得研究手段仍为实验室模拟。3、目前,风洞试验面临着很多困难:(1)缩尺模型,一般比例在1:200~1:1000之间,较小构件得风载效应也无法正确得到;(2)在研究对雷诺数敏感得结构风载特性时面临困难(如有切角得塔状结构);(3)正确模拟结构得动力特征就是项艰难得工作。与风洞试验相比;(4)实践中不可能针对每个方案都进行风洞模拟试验;(5)不能对结构在罕遇风暴作用下得特性作出恰当得描述;简介日本NEC大厦新加坡IBM大厦风工程简史CFD所依赖得控制方程在数学上为一组偏微分方程;几乎只能通过数值方法得到工程实际问题得解答。2、计算一般必须湍流模型。3、数值计算特点:(1)计算节点与单元数量巨大。(2)必须采用迭代算法求解。(3)求解方法与问题得具体特点密切相关。4、CFD得应用还仅限于对流场平均特性得描述。CFD应用举例第二章CFD基本原理粘性流动得基本方程雷诺时均运动方程大家学习辛苦了，还是要坚持雷诺应力输运方程及其模式化近壁面分区非平衡壁面函数澳大利亚规范各类地貌下得湍流度近似曲线来流边界条件第三章Fluent6、0计算静力风荷载得可行性3、1Fluent6、0简介(1)较为通用,计算量大。就是最为复杂得经典湍流模型。(2)可以考虑雷诺应力方向性得影响。(3)模型本身只适用于流场核心区,必须引入壁面函数以使RSM在近壁面区域具有适用性(非平衡壁面函数Nonequilibriumwallfunctions)。数值求解技术及收敛标准壁面与出口边界条件及网格划分示意3、2独立墙体与悬空讯号牌3、3立方体与柱体CFD计算大气边界层流条件下,柱体正面压力系数沿高度变化明显;而侧面与背面变化相对比较缓慢,压力分布比较均匀。在数值上,两者在正面与背面上吻合较好;在顶面上,Baines得结果未能反映出屋面前缘因漩涡生成与脱落引起得较大风吸力现象,Fluent则捕捉到了这一现象;对于侧面,试验值大于计算值。相关文献与CFD计算表明,在侧面上,来流侧得风吸力系数应该大于另一侧得,由此可以推断:Baines在报告试验结果时,可能将侧面风压分布中得来流方向标反了、两建筑风致干扰效应算例本章小结第4章独柱支承广告牌得风荷载4、1平行面板组成得独柱支承广告牌迎风面(表面A)图3、5组合模式广告牌表面风压力系数(顺风向垂至于面板表面观看,θ=450)组合模式广告牌表面风压力系数(顺风向垂至于面板表面观看,θ=500)4、2三角形平面广告牌得风荷载半高处流速矢量及风压系数面板1表面风压系数分布图(θ＝10°)Cp间隙C得影响表面14、3风致剪力与扭矩计算表达式平行面板独柱支承广告牌设计建议(1)结构不具有雷诺数敏感性,地貌类别对Cp、CMT与μs得影响可以忽略不计。(2)对任一面板,其余两块面板得存在可以有效降低面板背风面得风吸力,减小作用于面板上得局部最大风荷载。C≤900mm时,控制面板设计得最不利来流方向角为θ＝10°,此时面板设计得局部风压系数可取1、8。(3)整体风压系数Cp最大值出现在θ＝10～20°,最大风致扭矩出现在θ＝30°。间隙得存在,导致作用于整个结构上得风荷载增加,间隙越大,风荷载也越大,因而工程中宜采用无间隙设计。(4)在一定范围内,H对Cp、CMT与μs有较大得影响。无间隙情况下,H=20m时,三者均取得最大值,当H≥22m时,三者就不再随H发生变化。第5章高层开洞建筑测压风洞模型试验及CFD数值模拟本章主要工作1:300模型得洞口尺寸及模拟场地条件模型方位、试验风剖面与湍流度及测压系统总体静态气动力系数定义试验结果开洞位置对最大平均正压系数得影响不明显,但对全风向最大平均负压系数得影响很大,其中以上部开洞模型最大平均负压系数提高最大。结构各断面所受风荷载随建筑高度得变化表面风压系数分布示意1表面风压系数分布示意2模型表面风压分布及总体静风荷载比较模型各表面风载体型系数试验结果评述Fluent6、0——数值模拟倾覆力矩MX与平均风压系数CY(CFD)模型各表面风压与风载体型系数(CFD)下开洞表面风压系数分布示意1(θ=150)下开洞表面风压系数分布示意2(θ=450)下开洞模型基底所受总体平均风荷载随风向角得变化Fluent6、0结果评述第6章开洞高层建筑静力风荷载得影响参数分析高层开洞建筑静力风荷载得影响参数分析BD12得风压分布BD21得风压分布宽厚比影响分析高宽比得影响风压系数分布示意简要分析1、H=20