基于现场实测和数值模拟的施工期高层建筑表面风压研究

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随着高层建筑在我国的蓬勃发展,高层抗风的相关问题在结构设计中的地位也越来越重要,国内外学者针对高层建筑的风荷载和风致响应等问题进行了大量研究,结构风工程的理论日趋完善,风洞实验室在世界各地逐渐兴起,数值风洞的实验和探讨也在大量开展。到目前为止,从国内外的大量资料中,我们可以获悉关于自然界风特性、建筑风荷载特性和风致响应等一系列问题的部分解答,然而,值得注意的是,目前的研究针对的都是在役期高层建筑的风荷载特性,对于施工期高层建筑风荷载的研究,几乎是一片空白。施工期高层建筑与在役期高层建筑有明显区别:由于窗玻璃及幕墙尚未安装或部分安装而在建筑表面留下大量洞口。虽然在此之前已有洞口设置对高层建筑表面风压的影响的相关研究,但其中涉及的洞口与施工期的洞口有很大出入。因此,为了研究施工期高层建筑表面风压的特性,本文进行了以下工作:(1)针对施工期高层建筑特性,设计了实测方案,进行了风速风向及建筑表面风压的实测,获得了施工期建筑各个位置的风压数据,并进行了分析;(2)基于实测的风速较小而湍流强度很大的风速样本,获得了现场平均风速谱,和常用风速谱进行了比较;(3)基于实测风压数据的分析,得到了施工期高层建筑表面风压和在役期建筑风压的差别;(4)基于比较成熟的CFD技术,对代表在役期和施工期的三种模型进行了数值模拟,对比分析了施工期造成的洞口对建筑表面风压的影响;(5)结合实测数据和数值模拟结果,证实施工期造成的洞口会造成建筑表面风压的局部增大,实测还表明,在风速较小的不稳定风场下,洞口附近的风压系数会有显著增大。
摘要第3-4页
ABSTRACT第4-5页
1 绪论第8-14页
    1.1 课题研究背景及意义第8-9页
    1.2 高层建筑风工程研究第9-12页
        1.2.1 高层建筑风洞试验研究第9-10页
        1.2.2 高层建筑数值风洞研究第10页
        1.2.3 高层建筑风场实测研究第10-12页
    1.3 本文主要工作第12-14页
2 施工期高层建筑风压实测第14-24页
    2.1 引言第14页
    2.2 实验仪器设备第14-18页
        2.2.1 风速风向仪第14-15页
        2.2.2 风压传感器第15-16页
        2.2.3 数据采集系统第16-18页
    2.3 现场实测第18-22页
        2.3.1 施工期高层建筑概况第18-19页
        2.3.2 风速风向仪安装第19页
        2.3.3 风压传感器安装及测点布置第19-22页
        2.3.4 实测方案第22页
    2.4 本章小结第22-24页
3 施工期高层建筑风压实测数据分析第24-60页
    3.1 引言第24页
    3.2 实测场地环境第24-25页
    3.3 实测场地风特性第25-34页
        3.3.1 风速和风向第26-27页
        3.3.2 湍流强度和阵风因子第27-32页
        3.3.3 顺风向脉动风速谱第32-34页
    3.4 实测风压特性第34-57页
        3.4.1 风压特性参数第34-35页
        3.4.2 工况 1 和工况 2 风压特性第35-49页
        3.4.3 工况 3 风压特性第49-57页
    3.5 本章小结第57-60页
4 施工期高层建筑数值风洞模拟第60-80页
    4.1 引言第60页
    4.2 数值风洞模拟基本理论第60-64页
        4.2.1 控制方程第61-63页
        4.2.2 求解方法第63-64页
    4.3 FLUENT 软件简介第64-65页
        4.3.1 FLUENT 软件组成第64-65页
        4.3.2 FLUENT 软件可以求解的问题第65页
    4.4 数值风洞模拟第65-68页
        4.4.1 几何模型的建立第65-66页
        4.4.2 数值风洞的大小第66-67页
        4.4.3 边界条件第67-68页
        4.4.4 湍流模型的选取和求解方法第68页
        4.4.5 计算工况第68页
    4.5 计算结果及分析第68-77页
        4.5.1 来流风垂直开洞面第69-71页
        4.5.2 来流风垂直未开洞面第71-74页
        4.5.3 来流风吹向两个相邻面第74-77页
    4.6 本章小结第77-80页
5 结论与展望第80-82页
    5.1 结论第80-81页
    5.2 工作展望第81-82页
致谢第82-84页
参考文献第84-87页
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