复杂周边建筑下高层建筑风环境模拟分析及评估研究

在高层建筑密集的城市中心,复杂周边建筑的干扰容易形成不利于行人安全的风环境。为研究复杂周边建筑下高层建筑行人区域风场分布情况,结合某特定周边干扰下的实际项目,基于数值模拟分析方法,分析了高层建筑行人区域风速分布规律,得出复杂建筑的干扰会明显增加大部分行人区域的风速,且风速随风向变化在同一高度下趋于一致,在不同高度处有较大差别;并基于风速比和日最大风速对行人风环境舒适度评估,得出各区域的行人风环境舒适度均满足评价准则,整体上有较好的舒适性。

风—车—人群联合作用下浔江特大桥振动性能与舒适性评价

大跨钢箱梁斜拉桥具有频率低、阻尼小的特征,在风、车辆、人群等动力荷载作用下极易发生大幅振动,具有人行交通功能主梁的振动性能与舒适性评价是桥梁运营期普遍关注的问题。以在建的平容高速浔江特大桥(主跨636 m的大跨钢箱混合梁斜拉桥)为工程背景,通过桥梁动力响应时域理论分析,研究桥梁在风、车流、人群荷载联合作用下的振动性能、评价桥梁的振动舒适度,提出基于调谐质量阻尼器的舒适度提升措施。研究结果表明:1)在人群密度为1.5人/m^(2)的人流荷载、4级道路服务水平等级交通流车辆荷载和5 m/s风速范围内脉动风荷载联合作用下,桥梁竖向加速度峰值小于1.0 m/s^(2),横向加速度峰值小于0.2 m/s^(2),满足EN03设计指南的CL2(中等)舒适度标准。当风速超过5 m/s时,风、车流、人群联合作用下的桥梁振动加速度峰值不满足中等舒适度标准。2)人致振动响应以2 Hz附近的竖弯模态为主,车致振动响应以低阶和高阶竖弯模态为主,风致振动响应以低阶竖弯、扭转和侧弯模态为主,根据风、车流、人群联合作用下的桥梁振动特征,提出采用调谐质量阻尼器提升第1阶竖弯模态和第1阶扭转模态阻尼比的减振措施,减振后桥梁在15 m/s风、车流、人群联合作用下,桥梁振动舒适性满足CL2标准。研究成果可为类似桥梁的振动舒适性评价和减振设计提供参考。

高层建筑的风环境评估

通过实验数据的处理分析以及数值模拟结果,利用舒适度评估标准,对摩根中心的风环境进行了评价。发现在冬春大风季节,摩根中心附近会出现局地强风区,对人活动构成危险,需要采取相应的措施。

北京某商业中心行人风环境的风洞试验研究

采用风洞试验方法,对北京某商业中心行人风环境进行研究,通过对行人活动区域测点风速的统计分析,得到该区域16个风向角下的行人高度风速分布。结合气象资料,利用针对不同行人活动类型的大概率发生事件的行人风环境评估标准,对该商业中心的风环境品质进行定量评估,并对可能造成行人不舒适或危险的区域提出改善建议。

不同风向作用下的建筑群风环境研究

高层高密建筑群是现代城市发展的典型特征之一,其内部形成的独特微环境(尤其是行人高度)直接影响居民的生活质量,因此评价行人高度的风舒适性以及分析风环境形成原因是建筑群风环境的重要研究内容。对同济大学彰武路校区宿舍群行人高度的风环境进行了实测和基于标准K-ε湍流模型的数值模拟,并依据风舒适理论对建筑群风环境进行了分析。研究表明,当建筑群总体朝向与来流方向一致时能实现高质量的建筑群风环境,但街谷文丘里效应使建筑群局部环境的风舒适性难以保证。

地铁列车高速过站风环境数值模拟研究

基于CFD数值模拟方法,采用"动网格"技术,对列车高速过站(80 km/h)风环境进行数值模拟,给出高速列车开始驶入、完全驶入和驶离车站时,站台区域行人高度风速变化情况。在站台行人区域布置63个风速测点,对列车风的影响进行定量评估,并结合评定人员活动的风环境舒适度评估标准,划定站台区域人员活动安全和舒适范围,为站台区域设计提供建议。

高层建筑底部区域行人风环境试验研究

对单个方形截面高层建筑底部区域12m范围内的行人高度风环境进行试验研究。研究了不同风向角下加速比、平均风速比等参数的分布与变化规律,并以广州为例,利用Lawson风环境评价准则对该区域处于强风下的风环境进行了评价。结果表明各风向角下的最大加速比大致相等,约为1.9,且均出现在建筑背风面角隅位置。平均风速比大于0.75的区域也出现在建筑背风面角隅,此处易引起行人风环境不适。建筑周围12m范围内风环境不适的区域面积在与墙面正交风向时达到最大,应重点关注下洗(Downwash)效应造成行人高度处风速增大的影响;在斜风向20°~70°范围内通风不利的区域面积较大,对空气污染物扩散不利。建筑迎风面和背风面角隅位置出现最大等效阵风风速,应当对建筑角隅区域行人活动加以限制或提醒。

抗风缆对大跨人行悬索桥人致振动舒适度的影响分析

抗风缆是大跨人行悬索桥重要的抗风措施,会改变桥梁的动力特征,对桥梁的人致振动舒适度也会产生重要影响。以某大跨人行悬索桥为工程背景,建立空间有限元模型,比较了不同倾角抗风缆桥梁的人致振动加速度峰值和侧向动力失稳临界人数,分析了抗风缆对大跨人行悬索桥人致振动舒适度的影响。结果表明:大跨人行悬索桥的模态分布十分密集,抗风缆可提高结构竖弯和侧弯模态频率;增设抗风缆后,人致竖弯共振模态数略减少且最大加速度峰值减小,人致侧弯共振模态数不变且最大加速度峰值无明显减小;增设抗风缆可以略微提高侧向动力失稳敏感模态的失稳临界人数,但是提高人数有限;增设抗风缆对大跨悬索人行桥人致振动舒适度的改善效果有限。

西安地区下沉式广场风环境的测试与分析

针对下沉式开放空间在自然通风方式下的局限性,在西安市冬季阴天、晴天2种天气条件下对商区导入型和中庭广场型下沉式广场的地面入口与广场内的风环境及其风速、温度、湿度等参数进行测量。从城市街区人行高度的行为舒适度、空气质量舒适度、热舒适度等3方面评价下沉式开放广场的风环境。结果表明:在满足行为舒适和热舒适前提下,中庭广场型下沉式广场的风环境舒适度更高;下沉空间内的风速均小于地面入口区域,商区导入型下沉广场的风环境质量更好。

国家跳台滑雪中心(雪如意)舒适度分析

国家跳台滑雪中心(雪如意)位于山顶,采用预应力钢桁架结构体系,悬挑大、竖向刚度较柔,属于风敏感的结构类型。通过分析不同人员活动工况下悬挑端部的竖向振动加速度响应,对雪如意的振动舒适度进行研究,研究结果表明:大跨整体悬挑结构容易与人员活动产生共振,且越远端的位置竖向振动加速度峰值越大,超出了振动舒适度的加速度限值0.22m/s^(2)。采用了电涡流TMD减振装置并给出了相关参数取值,以减小竖向振动加速度峰值,分析结果表明:电涡流TMD对人员活动的减振效果较好,减振效率可达到50%,对风荷载作用的减振效果次之,减振效率一般难以达到50%;加设电涡流TMD后,竖向振动加速度峰值可以满足振动舒适度的加速度限值0.22m/s^(2)的要求。

智慧城市中的风设计

随着城市密度变大,越来越多高层建筑的出现导致了步行高度上风速的增加,降低了行人舒适感和整个社区环境的吸引力。城市内的平均气温同样随着城市密度的增加而升高,难以降低的温度导致死亡率的提升。可以通过增强街道通风和散热等方式给城市降温,从而缓解这类问题。Actiflow对政府部门的建议为:1)在评估风对所在城市的影响时,须同时考虑其他因素;2)确定城市中的关键区域,设想如何应对其所面临的挑战;3)确定需要达到的品质标准;4)将大尺度上的解决方案及品质要求转化为实际操作导则。一般来说,城市环境下的风参数评估技术有3种:实景测量、风洞实验和CFD计算机模拟(也称CFD或计算机流体力学)。对于城市中完整的风参数评估来说,实景测量并不是最佳选择,而CFD与风洞实验相比的主要优点为:1)能将整个风场可视化,而不仅是安装了传感器的离散点;2)即使是阳台或其他私人区域周边细微的空气流动都可被研究。CFD的最大缺点在于当模拟风的动态特征发生时(例如狂风等情况),就会由于计算量太大而变得非常困难。荷兰NEN8100标准描述了2种评估步行环境风舒适度的方法:风洞实验以及CFD计算机模拟。Actiflow基于这项标准在风参数评估领域积累了相当丰富的经验,其中一个案例便是阿姆斯特丹附近的Amstel Ⅲ区域。Actiflow向市政府提供了在公共场所缓解风障碍和危险的可行措施,并为该地区的房地产开发商们制定了详细的导则。

高速列车脉动风作用下车站人行天桥动力性能试验研究

我国高速铁路车站内人行天桥跨越股道连接各站台,当动车组高速通过正线时,列车周围将产生较大的气动力,会对跨越正线上方的人行天桥产生瞬间的推力和吸力,引起天桥结构横向、竖向振动,从而影响旅客通过天桥的舒适性和安全感。本文对国内外人行天桥振动标准进行归纳,分析京沈高速铁路阜新站内跨线人行天桥的自振特性和动车组通过时人行天桥的动力性能,研究人行天桥在脉动风激励作用下的振动特点、振动水平和振动分布规律,为我国高速铁路人行天桥振动舒适度限值的制订提供技术支持。研究结果表明:高速铁路人行天桥竖向振动加速度参考限值为1. 0 m/s2,横向振动加速度参考限值为0. 3 m/s2;列车行车速度大于300 km/h时,天桥跨中桥面中心区域竖向加速度超过参考限值。建议列车速度大于300 km/h时通过增大高速铁路跨线人行天桥竖向刚度、阻尼等方法减小其竖向振动,并采取优化天桥外形、增大天桥高度等方法减小脉动风的影响。

抗风缆对玻璃桥面人行悬索桥动力特性和舒适度影响分析

玻璃桥面人行悬索桥整体结构较柔,高空桥梁振动和透明的玻璃易使人产生恐惧感,设置抗风缆是提高桥梁稳定性的必要措施。依托某新建的玻璃桥面人行悬索桥,运用有限元软件从结构的动力特性和振动舒适度两方面对设置和不设置抗风缆两种情况进行建模分析。结果表明:设置抗风缆可以增加结构刚度,提高玻璃桥面人行悬索桥各关键振型的频率。该桥梁的舒适度分析满足英国BS 5400规范要求,设置抗风缆对桥梁的竖向振动和舒适度没有显著的作用。

基于风致抖振分析的多跨斜拉桥行人舒适性评价分析

首先,从随机风场模拟方法和抖振风荷载计算两方面介绍了风致抖振分析的基本理论;然后,以南昌市朝阳大桥为工程背景,利用MATLAB自编制程序依据上述随机风场模拟方法建立成桥阶段设计基准风速下标准断面的脉动风速模拟,将抖振惯性力公式计算所得的抖振风荷载施加在主桥模型上,对大桥的行人舒适性作出分析与评价;最后,对南昌市朝阳大桥的人非通道和观景平台提出了行人交通管控措施。

无塔人行悬索桥在三峡公路中的应用

无塔人行悬索桥由于结构受力明确、无需建造索塔、线形优美、选址灵活在跨越深谷时具有显著的优越性,但实际工程较少。因此以三峡公路天柱山人行悬索桥为例,介绍了桥位、总体布置、主缆、抗风缆、吊杆和主梁的构造,对桥梁的静力、动力响应进行了有限元分析,并对行人舒适性进行了评价。该研究的成果可为今后人行悬索桥的设计提供有益的参考。

山区大跨度悬挑结构设计要点分析

大悬挑结构是目前建筑结构中的独有结构支撑体系，在众多建筑工程里得到了广泛的应用。本文就山区大跨度悬挑结构设计要点进行了探讨，并提出了相应的解决措施及方法，以便能为大跨度悬挑结构的设计提供参考借鉴。

单轨与汽车共同作用下风雨桥振动性能研究

为研究公轨合建“风雨桥”在单轨和汽车交通共同作用下的振动性能,采用板壳和杆系有限元建立桥梁和桥亭空间有限元模型,建立跨坐式单轨列车车辆和4种典型汽车车辆的竖向动力分析模型,根据统计数据模拟得到汽车车流。采用模态叠加法建立车桥耦合系统振动方程,分析了汽车与单轨组合的9种工况下的桥亭振动和桥上人行道振动。结果表明:人行道振动加速度均方根值最大为0.337 m/s^(2),行人舒适度良好;桥亭水平振动速度在13~53 mm/s,建议对桥亭上的附属物连接进行防松和防落处理。

某大型建筑行人风环境数值模拟研究

伴随着我国城市化的进程,各大城市中出现越来越多的大型公共建筑与设施,其建筑周围行人风环境品质越来越引起人们的广泛关注。本文根据气象统计资料,结合当地典型季节风速风向联合频率分布数据,采用计算流体动力学(CFD)中雷诺平均的方法对某大型建筑周围风环境状况进行了详细数值模拟研究。根据数值模拟计算得到该大型建筑在16个方位风向角下周边的速度场分布,并基于大概率发生事件的风环境品质评估标准,按照行人的坐、站立、行走等活动类别舒适性评判标准,对大型建筑周围人员活动密集场所行人高度位置的224个测点的风环境品质进行了评估,通过数值模拟研究和分析,得到具有参考价值的结论。

高层建筑群行人风环境模拟与优化设计研究

高层建筑群的风环境品质,将影响地面行人的舒适与安全。本文采用CFD数值模拟方法,对中国建筑科学研究院(CABR)新建科研大楼与原科研楼组成的高层建筑群的室外风环境问题,进行了详细的数值模拟和方案优化设计研究。首先,利用作者提出新的边界条件数学模型[1-4],准确模拟边界层风场,根据数值模拟计算得到的主导风向角下的速度场分布,结合本地常年风速风频气象统计资料,对重点关注的两座大楼之间的主出入口通道等区域行人风环境舒适性进行了定量评估。其次,配合建筑设计,进行了室外风环境优化设计数值模拟研究,详细比较和分析了楼前增设广告牌等风环境改善措施的效果。本文的研究将为采取有效的技术措施以改善该项目的建筑风环境品质,以及类似工程问题提供参考。

新广州火车站高速列车过站数值模拟研究

列车高速过站引发的气动效应问题,是新广州火车站风工程研究的专题之一。本文基于先进的CFD数值模拟仿真平台,采用"动网格"技术对列车高速过站进行数值模拟研究,一方面对压力波的传递对屋盖结构压力分布的影响进行定量评估,为结构设计提供参考和建议;另一方面,给出高速列车通过时站台区域风速的空间分布范围,结合风环境舒适性评估标准(其中包含危险性风速范围),从而给出站台区域人员活动的安全和舒适范围。