高层建筑烟囱效应及风压联合作用的模拟研究

采用多区域网络模型数值模拟方法,结合风洞试验和CFD数值模拟结果,对一栋340 m超高层建筑的烟囱效应及风压联合作用问题进行了模拟分析.研究发现:1)纯烟囱效应导致的建筑内部电梯与室外压差曲线为线性分布,符合理论分布规律;随风速增大,电梯与室外压差分布逐渐受到风压主导,压差分布曲线由线性转向非线性,风速越大效应越显著.2)建筑中性面位置受风速影响较小,密闭性较差的避难层对避难层电梯以及上下层电梯的压差分布影响明显.3)不同风向对烟囱效应压差表现出不同的作用:在冬季高频风向ENE下,整体上风压抑制热压;而在风向为N时,风压增强热压;在夏季高频风向ESE下,避难层以外楼层风压抑制热压,避难层风压增强热压.4)提高幕墙密封等级及增加电梯前室门阻隔单元等措施,可有效缓解烟囱效应过大压差.

超高层建筑烟囱效应的现场实测和压差特性分析

为获取建成高层建筑在自然气象条件下烟囱效应压差分布规律数据,历时3年对我国东北、华东和华南地区13栋高层住宅和超高层商业建筑进行了冬季烟囱效应的现场实测研究。通过研究发现:超高层建筑电梯井道的烟囱效应压差整体上符合线性规律,极值压差出现在建筑底层和顶层;所测7栋高层住宅建筑中烟囱效应最大压差达到171.0 Pa, 6栋超高层商业建筑中最大压差绝对值达到117.3 Pa,超过电梯系统的抗压阈值,导致电梯故障频发。基于经典热压差模型,引入电梯烟囱效应压差分布系数,建议了一种修正烟囱效应极值压差估算模型;结合现场实测,得到发生烟囱效应建筑的烟囱效应压差分布系数均大于0.5。通过与已有模型对比,显示所提出的模型能够将建筑的整体气密性通过实测定量化,可用来估算超高层建筑可能遭遇的烟囱效应极值压差。

基于实测的超高层建筑烟囱效应模拟优化研究

为了精细化模拟不同优化措施对超高层建筑烟囱效应的缓解效果,以长沙某地标超高层建筑T1主塔(高度452 m)为研究实例,开展了两次冬季强烟囱效应的现场实测研究,获得了直达电梯在自然气象条件下强烟囱效应压差分布特性的实测数据;基于多区网络模型方法,编制了数值模拟程序HiSTACK,分析电梯的烟囱效应压差特性,并与实测结果对比;采用数值模拟分析三种缓解强烟囱效应的优化效果。实测结果分析表明:直达电梯厅门烟囱效应最大压差实测值达135.71 Pa,超过电梯系统抗压阈值,是导致电梯系统故障的直接原因;建筑抗烟囱效应设计考虑不周如建筑底部与裙楼空间多处联通、室内隔断设置不合理以及围护结构气密性差等,是导致该建筑发生强烟囱效应的主要原因。数值模拟结果显示:直达电梯压差分布和实测结果基本相符,验证了HiSTACK数值模拟程序的适用性和准确性;增强大厅层幕墙气密性、建筑顶部增设前室门和冷却电梯井道等措施可有效缓解电梯烟囱效应压差,可将最大烟囱效应压差降低18.3%~41.5%。