唐海国际专家服务中心屋盖风压与体型系数的数值模拟及群体互扰分析.pdf

唐海国际专家服务中心屋盖风压与体型系数的 数值模拟及群体互扰分析于 朱忠义 马骏 李华峰 周岱 C：II：京市建筑设计研究院，北京100045)(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030) 摘要研究了复杂形体大跨曲面屋盖风压与体犁系数的数值模拟，并与风洞实验结果进行分析比较；讨论了建筑物群体周 围风场的互扰影响。分析显示，数值模拟结果与风洞实验数据吻合良好，可适用于大跨空间结构的抗风设计计算；对于建筑 群情况，无论处于风场上游还是下游，各建筑物均相互为施扰者和受扰者，建筑物周围风场和表面风压分布显著变化。 关键词曲面屋盖，体型系数，数值模拟，互扰作用 唐海国际专家服务中心的休闲中心(简称BS)和体育馆(简称ss)工程的两个屋盖外形均呈贝壳状 标高18．2m。两个建筑的主轴之间形成约500夹角。 现行建筑荷载规范无法给出类似结构形状的风荷载体型系数。为获取风压和风载体形系数[1-2】，在北京 大学力学与工程科学系空气动力学实验室，对该工程屋盖模型进行了风洞实验。在此基础上，本文开展了 风压与风振系数的数值模拟p制，与风洞实验结果进行比较分析，并讨论了建筑物群体周围风场互扰的影响。 一、理论和方法基础 在结构风工程中，结构物处于各类梯度低速风场中。因此可采用不可压缩的粘性流体模型。若不考虑 流场中温度变化，又可认为流体的动力学黏度∥和密度p为常数。在连续介质假设下，流场可用下列基本 方程描述： 连续性方程 要：0 (1) ％ 运动方程 冬¨晏：石十三挈 …(2) 执 J∞}“p瓠i 本构方程 助吲，+情+鲁] ㈣ 将式(3)代入式(2)，并考虑式(1)，得到Navier-Stokes方程： 鲁Ⅵ等咖吉毒+V杂 ㈤ 式中：M代表流体速度，1，为流体的运动粘性系数，f为单位质量流体受到的体积力，P为流体密度；P t基金项目：上海市基础研究重点项目(07Jcl4023)和国家自然科学基金项目资助 567 度或压力的边界条件。通常在结构的求解域的入口处设置速度边界条件，如式(5)： ，，，7、口 U：=uGl-争l (5) L厶G／ 其中磊为各类地貌所对应的梯度风高度(即大气边界层高度)，a为反映各种地貌地面粗糙特性的平均风 速分布幂指数， ％为梯度风速度， ％为离度Z处的风速；出口边界为压力出流条件，取相对压力值 为零；地面以及模型表面都设置为无滑移壁面边界；流域顶部和两侧采用与出流和入流协调的风速入I=1边 界条件。 风场模拟已有不同模型[7母】。对建筑结构工程，其风场流动的雷诺数尼的数量级可达107，采用DNS 方法尚不现实。从工程角度看，采用雷诺应力湍流模型(RSM)可得到较为满意的流场特性描述。为此， 采用基于湍动能k和湍流动能耗散率占的湍流模型。控制方程组为： 湍流动能方程： V，掣=毒匕针咿彤 ㈤ 湍流动能耗散率方程： V，掣=毒滢射％肼争cz。尸譬 ∽ 式中1，，为时均速度分量，