• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

祝志文 邓燕华

祝志文, 邓燕华. 湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(3): 508-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.011
引用本文: 祝志文, 邓燕华. 湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟[J]. 西南交通大学学报, 2018, 53(3): 508-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.011
ZHU Zhiwen, DENG Yanhua. Investigation into Effects of Turbulence Integral Length on Wind Loads Acting on Tall Buildings Using Large Eddy Simulation[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(3): 508-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.011
Citation: ZHU Zhiwen, DENG Yanhua. Investigation into Effects of Turbulence Integral Length on Wind Loads Acting on Tall Buildings Using Large Eddy Simulation[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2018, 53(3): 508-516. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.011

湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2018.03.011
基金项目: 

国家重点基础研究发展计划资助项目 2015CB057702

国家自然科学基金资助项目 51278191

详细信息
    作者简介:

    祝志文(1968-), 男, 教授, 博士生导师, 研究方向为结构抗风与钢桥疲劳, E-mail:zwzhu@hnu.edu.cn

  • 中图分类号: TU973.213

Investigation into Effects of Turbulence Integral Length on Wind Loads Acting on Tall Buildings Using Large Eddy Simulation

  • 摘要: 为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了B类地貌不同湍流积分尺度下CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.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,以致平均风速降低、湍流强度增大;侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现;基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小;层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%;层平均阻力系数下降5%~10%;迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.B类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.

     

  • 图 1  测点层分布

    Figure 1.  Arrangement of pressure layers

    图 2  测点平面布置

    Figure 2.  Cross-section arrangement of pressure points

    图 3  湍流积分尺度对风压系数的影响

    Figure 3.  Influence of turbulence integral lengths on wind pressure coefficients

    图 4  层平均阻力系数沿高度变化

    Figure 4.  Mean drag coefficient of the layer at different height

    图 5  斯托罗哈数(Sr)沿高度变化

    Figure 5.  Strouhal number at different height

    图 6  z=2/3H高处x-y平面流线

    Figure 6.  x-y plan streamlined diagram at z=2/3H height

    图 7  不同湍流积分尺度的气动力谱

    Figure 7.  Aerodynamic forces spectra with different turbulence integral lengths

    图 8  z=2/3H高处各面测点风压水平相关系数

    Figure 8.  Correlation coefficients of wind pressure in horizontal on respective plane at z=2/3H height

    图 9  不同测点层升力相关系数和阻力相关系数

    Figure 9.  Correlation coefficients of drags and lifts among different layers

    表  1  模拟结果与文献结果的比较

    Table  1.   Comparison of simulation results with other available

    相关文献 方法 Cd ${\tilde C_{\rm{d}}} $ ${\tilde C_{\rm{l}}} $ CMx CMy $ {\tilde C_{{\rm{M}}x}}$ $ {\tilde C_{{\rm{M}}y}}$
    文献[10] 试验 0.544 -0.010 0.095 0.146
    文献[11] 试验 1.800 0.590 0.038 0.128 0.158
    文献[12] LES 1.900 0.724 0 0.057 0.126
    k1=2.17 LES 2.000 0.077 0.097 0.670 0.002 0.040 0.047
    k2=5.42 LES 1.840 0.087 0.080 0.620 0 0.050 0.038
    下载: 导出CSV
  • 卢占斌, 魏庆鼎.网格湍流CAARC模型风洞实验[J].空气动力学学报, 2001, 19(1):16-23. doi: 10.3969/j.issn.0258-1825.2001.01.003

    LU Zhanbin, WEI Qingding. An experiment on a CAARC model in grid turbulent flow[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 2001, 19(1):16-23. doi: 10.3969/j.issn.0258-1825.2001.01.003
    JR F L H, KAREEM A, SZEWCZYK A A. The effects of turbulence on the pressure distribution around a rectangular prism[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1998, 77-78(98):381-392. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=fa836f62e461bcf24dce4625a78878a8
    NAKAMURA Y, OZONO S. The effects of turbulence on a separated and reattaching flow[J]. Journal of Fluid Mechanics, 1987, 178:477-490. doi: 10.1017/S0022112087001320
    LI Q S, MELBOURNE W H. The effects of large scale turbulence on pressure fluctuations in separated and reattaching flows[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics.1999, 83(1/2/3):159-169. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0167610599000690
    Huang S H, Li Q S, Wu J R. A general inflow turbulence generator for large eddy simulation[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 2010, 98(10):600-617. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=perio&id=407a152c2b96e3ac2cbea00248e6de20
    张兆顺, 崔桂香, 许晓春.湍流大涡模拟的理论与应用[M].北京:清华大学出版社, 2005:4-42.
    罗盘.基于标准模型的风洞试验研究[D].上海: 同济大学土木工程学院, 2004. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=Y574459
    TAMURA Y, OHKUMA T, KAWAI H, et al. Revision of AIJ recommendations for wind loads on buildings[C]//Structures Congress. Nashville: [s.n.], 2004: 1-10.
    LAKEHAL D. Application of the k-ε model to flow over a building placed in different roughness sublayers[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1998, 73(1):59-77. doi: 10.1016/S0167-6105(97)00279-1
    MELBOURNE W H. Comparison of measurements of the CAARC standard tall building model in simulated model wind flows[J]. Journal of Wind Engineering & Industrial Aerodynamics, 1980, 6(1):73-88. doi: 10.1016-0167-6105(80)90023-9/
    OBASAJU E D. Measurement of forces and base overturning moments on the CAARC tall building model in a simulated atmospheric boundary layer[J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 1992, 40(2):103-126. doi: 10.1016/0167-6105(92)90361-D
    杨有根.高层建筑的抗风实测分析与大跨度屋盖的风致响应研究[D].长沙: 湖南大学, 2007. http://www.wanfangdata.com.cn/details/detail.do?_type=degree&id=Y1209544
    苏万林, 李正农.湍流对超高层建筑风压幅值特性影响的研究[J].地震工程与工程振动, 2016, 36(3):118-126. http://www.cqvip.com/QK/95364X/201603/669163706.html

    SU Wanlin, LI Zhengnong. Research of turbulent effects on characteristics of wind pressure amplitude on tall buildings[J]. Earthquake Engineering and Engineering Dynamics, 2016, 36(3):118-126. http://www.cqvip.com/QK/95364X/201603/669163706.html
    唐意.高层建筑弯扭耦合风致振动及静力等效风荷载研究[D].上海: 同济大学土木工程学院, 2006. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10247-2007222853.htm
    陈建兰.矩形截面高层建筑风荷载试验研究[D].武汉: 华中科技大学, 2005. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10487-2006038137.htm
  • 加载中
图(9) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  491
  • HTML全文浏览量:  200
  • PDF下载量:  104
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-27
  • 刊出日期:  2018-06-25

目录

    /

    返回文章
    返回