台风“苏迪罗”行进过程中沿海近地实测风场特性研究

基于厦门大嶝岛台风观测点阵列布置风速仪的现场实测,选取了1513号台风“苏迪罗”在四个不同时间段的风速风向数据,对台风行进过程中的沿海近地风场特性进行了详细分析,得到了台风中心距离观测点400 km、250 km、150 km和120 km时的沿海近地平均风速风向、风剖面、阵风因子、湍流度、湍流积分尺度和功率谱密度函数等参数,研究了各种参数同台风中心距和观测高度之间的关系,结果表明:在台风行进过程中,观测点所测风速的平均风速剖面满足对数律规律,粗糙长度z_0约为4.0 m。阵风因子和湍流度变化较为平缓,二者呈线性变化关系。三个方向上的湍流度比值约为1∶0.8∶0.45,湍流积分尺度离散性大,顺、横风向的功率谱密度函数符合von Karman谱的形式,但竖直方向不符合。该结果对深入了解台风在行进中对固定观测点的影响以及提高沿海工程结构的抗风安全性具有实际意义。

封面图片说明

封面图片来自论文“塔楼群玻璃幕墙碎粒飞行轨迹预测方法研究”,是河南工业大学土木工程学院郑德乾教授课题组为探究不同风场中颗粒状飞掷物的运动轨迹,结合某一实际案例进行了高层建筑群三维非定常绕流场下飞掷物轨迹模拟。首先,在对大涡模拟方法及参数设置的有效性验证的基础上,通过紊流边界层风场内塔楼群的非定常绕流大涡模拟,获取了建筑周围的三维非定常绕流场。然后,采用五阶龙格库塔法,求解粒状飞掷物的三维刚体运动方程,通过均匀流场下飞掷物轨迹计算方法与文献试验结果的对比,验证了本文方法的有效性。

不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

曲面外墙带转换层高层建筑的抗震计算与施工技术要点分析

某高层建筑为提高与周边建筑的共融性,采用连续曲面外墙设计。为了保证曲面外墙高层建筑满足抗震要求,对关键部位构件抗震性能、层间位移、楼层剪力系数、楼层侧向刚度、倾覆弯矩等进行抗震计算。抗震施工技术要点涉及四个方面:从控制地下水水位、土方开挖支撑、底板分层浇筑、后浇带浇筑、基础回填等方面分析地下结构施工技术;从提高层刚度、控制轴压比、加大配筋率等方面分析现浇楼板施工技术;从多种模板配合、曲面墙体浇筑、局部异形模板制作等方面分析曲面模板施工技术;从控制梁尺寸、优化箍筋设置、节点区浇筑等方面分析框支梁施工技术。

基于城市中心区实测风场的高层建筑风荷载特性

风剖面是影响高层建筑风荷载特性的主要因素。为了探究城市中心区风场下高层建筑的风荷载特性,选取了北京气象塔2013年−2017年连续观测的实测风速数据,采用指数率模型并结合城市边界层分层结构对实测风场风剖面进行了拟合。通过刚性模型风洞测压试验得到了宽厚比D/B=1,2,4三种超高层建筑在实测风场下的风荷载,并将试验结果同规范中的B、D类风场进行了对比。研究表明:基于分层结构,采用指数率模型拟合得到的实测风场幂指数为0.35,其平均风速剖面同D类风场相似,湍流度剖面则大于D类风场;与B、D类风场下的风荷载相比,实测风场对超高层建筑的平均风荷载影响较小,对脉动风荷载的影响较大,且建筑宽厚比增大后,其在实测风场下的脉动风效应显著增强;建筑基底横风向和扭转向力矩系数间具有较强的相关性,且存在极值相关性,特别是90°风向角时的D/B=4建筑,两种相关性在实测风场下均显著增强。

矩形钢管混凝土束风机塔筒风振特性研究

随着风电资源优势区开发逐渐饱和,风电开发的重心开始向风资源条件相对恶劣的低风速地区转移,分布式、大功率、高塔筒和长叶片已经成为风电行业发展趋势。基于此提出了一种新型的矩形钢管混凝土束风机塔筒,该塔筒由矩形钢管混凝土束拼接而成,具有强度高、刚度大和耗能能力强的优点。为研究该塔筒结构的风振响应特性,选用Kaimal脉动风速功率谱,采用谐波合成法模拟风荷载时程曲线,对其进行了动力时程分析,并计算了风振系数及等效静力风荷载。结果表明:该新型塔筒在额定风速下位移塔顶位移最大值为911.84 mm,对应的水平位移角为1/154,符合规范要求。塔筒各构件的强度较好,且具有较大的安全富余度。基于位移等效的阵风荷载因子法计算得到的风振系数值较低;在惯性风荷载法计算得到的等效静力风荷载作用下,结构位移、基底剪力与结构随机振动分析得到的基本一致。

平屋面摩擦速度的数值模拟研究

建筑屋面的摩擦速度是决定其风致迁移雪荷载的重要因素。该文采用CFD(computational fluid dynamics)方法模拟了平屋面的摩擦速度,并结合其分布特征分析了屋面积雪传输率、侵蚀通量和暴露系数随跨度的变化趋势。为验证CFD方法的湍流模型对平屋面摩擦速度模拟的影响,将数值模拟结果与Irwin探头风洞试验进行了对比,结果表明Realizable k-ε湍流模型的模拟结果与风洞试验最为接近。根据4种不同跨度屋面的CFD模拟结果发现,当屋面跨度与高度之比为4时,屋面平均摩擦速度最小;并且随着跨度的增大,屋面摩擦速度最小值所在的位置和积雪沉积的区域均逐渐向迎风侧屋檐靠近。同时发现,屋面积雪的平均侵蚀通量随着跨度的增大而减小,屋面积雪传输率和雪荷载暴露系数则随着跨度的增大而增大。

缓解中心城区“热岛效应”重庆将禁止在城市通风廊道新建高层建筑群审

日前,17个市级部门联合印发的《重庆市适应气候变化行动方案》(以下简称《方案》)正式出台,明确将采取有效举措缓解重庆中心城区城市热岛效应。《方案》明确部署提升5个方面的能力,不断强化自然生态系统和经济社会系统的气候韧性。针对重庆夏季高温天气,《方案》提出开展精细风热气候环境评估,构建城市通风廊道系统,缓解中心城区城市热岛效应,并明确相关措施。

城市高层建筑群形态对风能利用的数值研究

针对城市建筑物群风能应用问题,对不同密度的4×4矩形截面高层建筑群周围风能聚集效应开展研究,分析了不同城市高层建筑群密度下A类风力发电机最佳安装位置。结果表明:城市密度在λ_(p)=0.33时,加速效应最为明显,最大风速出现在第一排建筑区域建筑高度附近;不同城市密度下,第一排建筑通道处和屋顶前部处拥有较大的风功率密度和可接受的湍流强度,可优先考虑第一排建筑的通道处和第一排建筑的屋顶布置风力发电机,以此来获得最大的风力势能。

基于物联网技术的冷却塔智能化监控与管理系统设计

针对现有的冷却塔管理系统存在着数据采集不准确、监控不及时等问题,设计一种基于物联网技术的冷却塔智能化监控与管理系统。系统硬件由传感器、恒流适配器和数据采集卡三部分组成。系统软件主要包括登录模块和主程序两部分。登录模块主要是保证系统安全,防止无关人员的误操作,主程序包括数据采集模块、时域分析模块、频域分析模块、故障诊断模块、异常故障监控模块共5个模块。系统通过对监测数据的分析和处理,可以实现对冷却塔的故障预警和远程管理。系统通过建立故障模型和数据挖掘技术,可以对冷却塔的故障进行预测和诊断。一旦发现异常情况,系统会及时发送警报信息,并提供相应的故障处理建议。同时,系统还具备远程管理功能,可以实现对冷却塔的远程监控、设备控制和维护管理,提高了冷却塔的管理效率和可靠性。

基于均匀设计的海峡两岸高层建筑顺风向风荷载多因素分析

为明确海峡两岸高层建筑顺风向风荷载的异同,对两岸建筑风荷载标准进行了对标分析,并采用均匀设计方法进行了高层建筑顺风向风荷载多因素分析。研究表明:两岸风荷载标准中基本风速取样方法和极值分布参数取值方法存在明显区别,风压高度变化系数分布和不同重现期的设计风速转换系数大致相同,台湾地区标准给出的湍流强度建议值明显大于内地标准;台湾地区标准分类计算建筑物主体和围护结构的设计风压,内地标准采用统一表达式,两者给出的设计风荷载组合方式区别明显;以基底剪力和基底弯矩作为评价指标,H/(BL)(1/2)(高宽比)、α地面粗糙度指数)、C_(g)(脉动效应系数)、C_(p)(风荷载体型系数)和Iz(湍流强度),对高层建筑顺风向风荷载的影响程度依次减小,H/(BL)(1/2)和α为主要影响因素;随H/(BL)(1/2)的增大,C_(g)对顺风向风荷载的影响逐渐增强,当H/(BL)(1/2)增大到一定程度时,C_(g)成为主导因素。

基于CFD数值计算的大跨悬索桥碳纤维矩形截面吊杆风致振动研究

以某大跨悬索桥的吊杆为对象,将其替换为碳纤维材料做成的矩形截面吊杆,通过FLUENT软件对截面边长比为1∶1,1∶2和1∶3时的矩形吊杆从0°到90°风攻角进行二维数值模拟,得出了各自对应的风振特性参数,进而对吊杆产生驰振与涡激共振的可能性进行深入研究,推算出相应的临界风速。同时还给出了对于不同截面比的吊杆相应的斯特劳哈尔数S t与风攻角的关系,为悬索桥矩形吊杆的抗风设计提供一定的理论数据。

基于增量动力分析法的扬州金奥中心地震易损性研究

建筑物的地震易损性是指在不同强度地震作用下结构达到或超过某种性能状态的概率。为研究扬州金奥中心这一新建的超高层建筑在强地震动输入下的性能,本文利用有限元软件ANSYS对其建立了弹塑性模型;在选取合适的地震动记录并做归一化处理后,基于增量动力分析法(Incremental Dynamic Analysis,IDA)对结构进行分析并得到了不同性能状态下的结构易损性曲线和损伤概率。结果表明,在高烈度地震作用下,金奥中心的结构失效概率较小且能满足规范规定的三水准设防要求;在7度和8度罕遇地震下,结构的28层为较薄弱楼层,平面角柱的第5层和核心筒剪力墙底部为抗震易损位置,可考虑适当加固。总体而言,扬州金奥中心的主体结构可靠合理,能够满足规范的抗震设防要求。

风雨耦合环境结构荷载与响应的分析及试验研究

采用理论分析及试验研究方法对风雨共同作用下的结构荷载与响应进行了研究。首先在确定风雨联合作用概率模型的基础上通过对降雨作用特性的分析,比较了雨滴冲击作用模型和空气密度等效变化模型对建筑结构等效静力的作用性能;其次,基于高精度风雨耦合荷载环境模拟试验设备,进行了风雨定常气动力荷载模型高频天平测力试验,研究了简单几何形体的风雨定常荷载变化规律;然后,采用二维悬挂系统测振试验方法,研究了风雨非定常气动力荷载模型及其结构振动响应特点;最后,对缆索承重桥梁拉索风雨激振现象进行耦合荷载环境参数精细化控制试验,揭示了拉索空间姿态、拉索动力特性、来流风速和不同雨强组合等条件对拉索风雨振的影响规律。

紊流积分尺度对CAARC模型迎风面极值风压特性的影响及修正方法

大气边界层流场中紊流度剖面可以正确模拟,但紊流积分尺度很难精确模拟,对于CAARC(commonwealth advisory aeronautical research council)标准高层建筑模型在大气边界层B类场地,实际紊流积分尺度为高层建筑采用常用缩尺比在常规风洞中的1.4倍~2.7倍。该文通过风洞试验在大气边界层B类场地中采用5种不同缩尺比工况,其中一种工况接近于工程实际,通过其余四种工况与这种工况对比,定量地研究了紊流积分尺度对CAARC模型迎风面极值风压特性的影响。结果表明,极值风压系数随紊流积分尺度的增大而增大,极值风压系数误差随模拟紊流积分尺度误差的增大而增大,当实际紊流积分尺度为模拟积分尺度的3.25倍时,实际极值风压系数为模拟极值风压系数的1.55倍,误差率高达35%,且迎风面越靠近驻点的测点,受紊流积分尺度的这种影响越显著;为了更深入理解紊流积分尺度的影响,利用脉动风压功率谱分析了极值风压受紊流积分尺度的影响机理;最后根据紊流积分尺度对极值风压系数的影响,提出了迎风面极值风压系数的修正公式。该试验采用的紊流积分尺度涵盖高层建筑常用缩尺比在常规风洞中紊流积分尺度模拟的所有误差范围,同时以CAARC标准高层建筑模型为试验对象,可以为所有风洞试验结果提供修正依据,同时可以推广到其他钝体。

随机风速场的数值模拟及高层建筑风振控制

根据Davenport脉动风速谱,采用AR模型(auto-regressive)法,考虑竖向相关性、平稳的多变量随机过程以及它的互谱密度矩阵,模拟生成具有随机性的脉动风速时程曲线和风速谱的功率谱密度.AR法模拟风速的功率谱密度函数与Davenport目标谱的比较表明AR法具有很高的精度和效率.采用了建筑结构振动控制第2代标准规定的76层306m高钢筋混凝土结构的风振控制模型,研究了风荷载作用下高层建筑动力响应的控制方法,给出了模拟脉动风荷载作用下,被动调谐质量阻尼器(TMD,tuned mass damper)控制和主动线性二次型Gauss(LQG,linear quadratic Gaussian)控制的控制结果.

某大厦楼顶桅杆天线涡激振动控制分析

某超高层大厦在无地震和强风时发生异常振动,大厦内人员振感强烈。初步判断是楼顶桅杆天线发生涡激共振,并引发主体结构高阶振型共振效应。计算桅杆天线顶部风速并与各阶振型的涡激振动临界风速对比,判断桅杆天线在特定风场条件下发生频率为2.11Hz的涡激共振,与现场实测结果基本吻合。建立大厦结构的有限元模型,计算桅杆天线涡激共振荷载并以正弦波荷载的形式输入到模型中,分析不同输入角度下主体结构的动力响应情况。结果表明,桅杆天线2.11Hz的涡激共振引发主体结构高阶振型共振响应;沿135°或315°输入正弦波荷载时动力响应最大;主体结构的动力响应沿楼层呈波动形态;峰值加速度响应满足中国规范限值,但大于日本风振舒适度规范H-90级别限值,导致了显著的振感。对桅杆天线设计了三个振动控制方案,输入不同频率的正弦波荷载,分析改造后的桅杆天线对正弦波荷载频率的敏感性。结果表明,所提出的三个方案均能有效减小主体结构和桅杆天线的动力响应,且提高了最不利正弦波荷载频率,降低了桅杆天线发生涡激共振的概率。

空隙对高层建筑风环境的影响研究

探讨高层建筑空隙对周围风环境的影响。随着模块化技术的发展,出现了若干种建造高层建筑的新方法。目前,越来越多的高层建筑经常利用空隙空间来降低风的阻力,并利用风力发电机来创造天空花园。基于此,采用流体力学技术模拟建筑物周围的风环境,进一步研究凹面的大小、分布和数量。研究结果表明,当开口面积相同时,开口数量越多,建筑物后的垂直风速越强。行人高度的风影面积进一步减少。对于孔洞分布,高层建筑风环境的凹面间距与孔洞大小的最佳比值为1~3,可以更有效地分散周围的热量,削弱最低水平的风速。

高层建筑伸臂的最佳位置分析

本文根据伸臂结构的简化模型，采用刚性伸臂假设，根据伸臂与外框柱的变形协调条件，导出伸臂对核心墙的附加力矩，求得结构顶点位移，通过极值原理导出伸臂的最佳位置。某一工程的分析结果表明，本文的分析结果简单正确，可供设计人员初步设计时参考。

大射电望远镜FAST风环境数值模拟研究

500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope,FAST),整体结构处于复杂的喀斯特地貌上,反射面承受风载荷作用,需要进行抗风设计。建立了FAST反射面及其周边山地地形的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)计算模型,计算域范围为40 km×10 km×5.5 km。确定了入口风速剖面的基准高度为海拔810 m。计算了不同风向下反射面风压系数分布特征,得出了不利风向。对挡风墙的研究结果表明,挡风墙高度选择的效果优于位置选择。该研究结果可为FAST工程提供抗风设计的初步参考。