高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境影响研究

基于风洞试验和计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics,CFD)研究高层建筑形状及布局对城市街区行人风环境的影响.采用最大风速比和归一化加速面积比,定量研究五种高层建筑形状及四类建筑布局对城市街区行人风环境的影响,确定全风向下的最优建筑形状以及布局,结合CFD数值模拟获得的全域流场信息,揭示建筑形状和布局对于城市街区行人风环境的影响机理.结果表明:在保持建筑高度和街区容积率一致的情况下,高层建筑群周边最大风速比不会随着建筑形状和建筑布局的改变而发生明显变化.但建筑形状和建筑布局会改变建筑群周边高风速区域的面积大小,全风向下的最优建筑形状和布局分别是Y字形和错列式布局,而最不利形状和布局分别是H字形和围合式布局.不同布局下的方形、H字形及X字形高层建筑群的最不利风向均位于斜风向,而十字形及Y字形则为正风向.高层建筑群在行人高度处的风加速现象主要是由狭管效应和角部分离效应造成的.

城市中心高层双塔建筑风效应及风振响应数值模拟研究

基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD)与有限元方法(Finite Element Method,FEM),对城市区域的高层双塔建筑风荷载以及风振响应问题开展了系统的研究。提出了基于刚度映射算法的CFD/FEM单向耦合的高层建筑风效应及舒适度评估分析框架;采用该分析框架研究了位于城市中心的高层双塔建筑围护结构风荷载及主体结构风振响应,并结合高层建筑结构规范对其位移幅值及风振舒适度进行了合理评估。结果表明:基于数值模拟的分析框架不仅能够准确地考虑真实的城市地貌,并且可以高效地开展具有复杂外形的高层建筑风荷载取值、风振响应计算以及舒适度评估分析;考虑气动干扰效应的某城市中心高层双塔建筑的风振位移响应幅值及风振舒适度评估结果满足相关规范的要求;由于考虑真实城市地貌、结构复杂气动外形以及气动干扰等因素,该数值模拟结果与我国荷载规范规定的风振系数相比偏小。因此,提出的CFD/FEM单向耦合数值模拟方法能够高效地开展高层建筑结构的抗风设计,并获得经济合理的分析结果。