复杂体型高层建筑表面风压及周围风环境的数值模拟

第23卷第8期 V ol.23 No.8 工 程 力 学 2006年 8 月 Aug. 2006 ENGINEERING MECHANICS

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收稿日期：2004-11-26；修改日期：2005-04-07 基金项目：国家自然科学基金资助项目(59908010)

作者简介：苏 国(1978)，男，江苏人，博士生，主要从事结构风工程研究；

*陈水福(1967)，男，浙江人，教授，博士，从事结构计算机分析和结构风工程研究(E-mail: csf@https://www.wendangku.net/doc/4f8399460.html,)。

文章编号：1000-4750(2006)08-0144-06

复杂体型高层建筑表面风压及

周围风环境的数值模拟

苏 国，*陈水福

(浙江大学土木系，杭州 310027)

摘 要：采用离散化的数值模拟方法对一幢复杂体型高层建筑及其裙房的表面风压与周围风环境进行了模拟计算，并在边界层风洞中进行了模型试验测定。数值模拟基于Reynolds 时均方程，分别采用了两种湍流封闭模型：标准k ?ε模型和重整化群k ?ε模型。通过将两种模型的风压计算结果与风洞试验结果进行比较，获得了该类建筑物表面风压的分布特性，并对建筑周围的风环境作了分析和评价，为结构设计和建筑覆面设计提供了依据。 关键词：高层建筑；数值模拟；风洞试验；风压；风环境 中图分类号：TU312.1, V211.3 文献标识码：A

NUMERICAL SIMULATION OF WIND PRESSURES AND WIND

ENVIRONMENT AROUND A COMPLEX-SHAPED HIGH-RISE BUILDING

SU Guo , *CHEN Shui-fu

(Department of Civil Engineering, Zhejiang University, Hangzhou, Zhejiang 310027, China)

Abstract: Numerical simulation was conducted to predict the wind-induced surface pressures and wind environment around a complex-shaped high-rise building with annex. Boundary layer wind-tunnel test was also conducted to determine the wind-induced surface pressures. The numerical simulation is based on the Reynolds averaged equations and two turbulent models, the standard k ?ε model and the RNG k ?ε model (renormalization group k ?ε model). The wind-pressure distributions on different building surfaces are obtained using numerical simulation, and compared with the corresponding wind tunnel experimental results. The wind environment around the building is also estimated with the numerical method. The obtained results can be applied to the practical design of similar high-rise buildings under wind loading.

Key words: high-rise buildings; numerical simulation; wind tunnel test; wind pressure; wind environment

风荷载是高层建筑的一种主要侧向荷载，过强的风速会造成建筑覆面、局部或整体结构的损伤以至破坏。另一方面，由于城市中心区域的建筑物越来越多，密度越来越大，由此带来的风环境问题(例如人体高度处过高的风速、过急的涡流将对行人造成不舒适，甚至带来危险；不当的建筑体型或布局易使气流在建筑物之间形成“涡流死区”等)也不容

忽视。如何准确预测近地风作用下建筑物的表面风压和周围风环境，对城市规划、建筑和结构设计均至关重要。

边界层风洞模型试验是预测建筑表面风荷载的一种主要方法[1]。随着计算机技术和数值方法的迅速发展，数值模拟已成为预测建筑表面风载及周围风环境的一种新的有效方法[2~4]。位于杭州市中

工 程 力 学 145

心、京杭大运河旁的西湖文化广场是由一幢高174m 的高层办公塔楼和裙房文化设施组成的建筑群，总建筑面积达27万m 2(图1)。建筑物整体布局以圆形广场为中心将扇形排列的文化活动用房分成五个段落。在近地风作用下，这种复杂体型的高层建筑的整体和局部风压将表现得十分复杂。本文采用数值模拟方法着重对该广场塔楼的表面风压进行了计算，并在边界层风洞中对其表面风压进行了模型试验测定。文中还将数值模拟和风洞试验[5]的结果作了比较，对塔楼表面的风压分布及其周围风环境特性进行了分析。

图1 模型立面图 Fig.1 Computational model

1 雷诺时均控制方程

基于Reynolds 时均方程和k ?ε 双方程模型的不可压缩流动的控制微分方程为[6,7]

0=??j

x i U (1)

)(j i j j i j i j

i j u u x x U x x P x U U ???

+???????

?????

+

???=??νρ1 (2) εσνν???????

???????????????

+??=??j

i j i j k t j j j x U u u x k x x k U (3) k C x U u u k C x x x U j i j i j t j j j 2

21εεεσννεε??????????????????????+?=?? (4) 式中3) 2, 1,(=i U i 为平均速度分量，P 为压力，ρ为空气密度，ν为气流运动粘性系数。为使方程组封闭，对Reynolds 应力j i u u ?作如下假定[6]

ij i j j i t j i k x U x U u u δν32

????????

???+

??=? (5) 式中e k C t /2μν=为湍流涡粘性系数。若引入标准ε?k 模型，则上述方程中的各系数μC 、1C 、2C 、

k σ、εσ 均根据实验数据取为常数[6]。该模型计算

量小，收敛快，但它以湍流各向同性假定为基础，故对较强各向异性流动的预测不甚理想。

重整化群ε?k 模型(RNG ε?k model)是对标准ε?k 模型的一种改进。Yakhot 及Orzag [7]从理论上导出了同标准ε?k 模型形式完全一样的RNG

模型，其不同之处是在系数1C 的计算中引入了主流的时均应变率i,j S ，使得1C 之值不仅与流动情况有关，而且还是空间坐标的函数[8]，能够从一定程度上反映涡流的非各向同性性质。本文将采用两种模型分别进行计算，并与试验结果比较。

2 数值离散及求解

2.1 方程离散与数值求解

本文采用非结构化的四面体网格和控制容积积分方法对微分方程(1)~方程(4)进行离散[9]。对于一个典型的四面体控制容积P ，可将离散化后的方程组写为以下统一形式[9]

b a a nb nb

nb P P +=∑φφ (6)

式中φ表示变量1,2,3)(=j U j 、P 、k 和ε，b 为源

项，下标nb 代表单元P 的一个相邻容积。方程(6)

是一系列关于多个变量1,2,3)(=j U j 、P 、k 及ε的非线性耦合代数方程组，本文采收敛性较好的SIMPLEC 压力校正算法[6]进行迭代求解。 2.2 网格划分

本文的主要研究对象是主塔楼，故以主楼为基准建立计算区域，区域的大小取为850m ×550m ×470m ，堵塞率约为0.3%。采用四面体网格划分计算区域，主楼壁面及其附近的网格划分较密，远离主楼的网格逐渐变疏(图2)。综合考虑计算精度和计算量两种因素，总共划分了约85万个网格。试算表明，若网格进一步加密，则精度提高不很明显，而计算量却增加显著。 2.3 边界条件

入口处的风速取用沿高度变化的指数律分布，即α)/( )(00z z U z U =，这里0z 、0U 分别为参考高度和该高度处的参考风速，α为地面粗糙度系数。因该建筑处C 类地貌，故根据荷载规范0.20=α，10m =0z ，26.85m/s =0U 。这些取值均与风洞试 验[5]取值一致。入口处的湍流强度采用日本荷载规范建议的随高度变化的经验公式：0.05)/(?=αT u H z A I (图3)，这里T H 为梯度风高度，对C 类地貌m 400=T H ，A 是常数，本次数值模拟

146 工 程 力 学

和风洞试验均取0.1047=A 。

图2 网格划分图 Fig.2 Finite volume mesh

高度/m

湍流强度I u

图3 湍流强度-高度曲线 Fig.3 Turbulence intensity vs. height

上空面与两侧面取对称边界条件，即变量φ的切向梯度取零；流出面采用充分发展假定，即

0=??n /φ(n 表示发展方向)。地面及建筑壁面取无滑移边界条件，并采用壁面函数法[6]处理。 数值计算和试验测定的风压值均以无量纲风

压系数的形式给出[4]，即)/(0.5(2

∞∞?=V P P C i Pi ρ。这里Pi C 、i P 为点i 的风压系数与风压，∞P 、∞V 为参考点的静压力与风速，ρ 为空气密度。

3 风洞模型试验

“西湖文化广场”风洞试验模型[5]为刚性模型，采用有机玻璃制作，模型缩尺比为1∶200。本次试验共布置了734个测点，测点分布在裙房的曲形屋面以及高层塔楼表面上，其中塔楼沿高度选择了标高分别为46.6m 、65.8m 、83.8m 、105.4m 、126.0m 、146.2m 、160.9m 、170.1m 的8个截面处布置了348个测点。每个测点按具体需要埋设外径为1.6mm 的不锈钢管或外径1.6mm 、内径0.7mm 的退火铜管，

测压管垂直建筑物表面，并使测压管表面与模型表面齐平无凸凹。

风洞试验时，每个风向角为一个工况，风向角变化间隔为15°，共24个工况，如图4所示。

图4 风向角示意图 Fig.4 Wind direction angles

试验中压力参考点的高度取为1m ，风速为

10m/s ，对应实际建筑物200米高度处，50年重现期的10分钟平均风速为48.85m/s 。

4 结果分析与比较

4.1 风压系数分析

和风洞试验一样，数值模拟也按图4分为24

个工况进行计算。图5、图6分别给出了45°风向角下主塔楼迎风面和背风面所选线条上的风压系数值，该线条通过靠近截面中心线的测点上。

-0.6-0.4-0.2

高度(m )

Fig.5 Wind pressure coefficients on the windward side

由图可见，数值模拟结果与风洞试验数据总体上吻合良好，迎风面上正风压比背风面上负风压模拟效果更好一些。另一方面，无论是迎风面还是背风面，RNG ε?k 模型的模拟结果均比标准ε?k 模型有所改善，说明RNG 模型对钝体周围的分离、

高度/m

工程力学 147

-0.8-0.7-0.6

风压系数

图6 背风面上风压系数

Fig.6 Wind pressure coefficients on the leeward side

为获得建筑表面风压的分布规律，图7、图8

分别给出了120°风向角时主塔楼迎风面、背风面

和侧风面的风压系数分布等势图，图7为风洞试验

值，图8为RNG ε

?

k模型的计算值。由图可以看

到，数值计算结果和试验结果符合较好。

建筑迎风面上的风压基本上均为正风压，数值

计算结果比试验值偏大一些，在中上部位达到最大

值，计算值为0.93，试验值为0.847。在塔楼顶部

的截面突然缩小部位，风压系数变为负值，这是由

于顶部体型突变导致气流在该部位分离和附着引

起的，计算值约为-0.45，试验值为-0.436。塔楼背

风面上全部承受负压，计算和试验所得的风压系数

分布都比较均匀，塔楼上部截面突出部分的负风压

略大于中下部分，约为-0.6。

侧面上风压分布较为复杂。迎风前沿处的负风

压最大(指绝对值)，计算值为-1.05，比试验值(-0.86)

偏大；但风压系数绝对值均沿来流方向呈减小趋

势。在建筑中上部的截面突起位置的迎风侧，局部

风压变为正值(约为0.35)。

(a) 迎风面(b) 背风面(c) 侧风面

图7 塔楼迎风面和背风面风压系数分布(风洞试验)

Fig.7 Distributions of wind pressure coefficient (wind tunnel test)

4.2 建筑周围风环境分析

风环境的主要感受对象是人，因此本文将主要

针对建筑周围2m高度处(近似人体高度)的风场进

行分析。目前国内外对风环境优劣的评价还没有一

个统一的标准。研究人员通过试验测试和调查统

计，提出了行人舒适感与风速之间的关系[10]：当风

速小于13.6m/s的时间达到80%，且每年风速大于

26.4m/s的次数不超过3次，便认为可以满足行人

舒适度及安全性要求。本文以210°来流风为例，

根据2m高度处的风速矢量图(图9)和风速比(实际

148 工程力学

风速与未受干扰的来流风速之比)的变化(图10)来初步分析该建筑周围的风环境情况。由于本次风洞试验没有风环境测定的内容，故没有可供数值模拟直接对比和验证的数据；但经上述平均风压计算的比较，认为风环境的数值计算有一定的可靠性，可为该建筑风环境的评价提供初步的参考依据。

由图9可见，该建筑尾流区域的流动较为复杂。和一般建筑物不同，其涡漩不再对称，这是由于裙房形状不规则造成的。图10所示的风速比等值线图显示，建筑周围风速比基本上分布在0.12~0.6之间，只有角部附近区域内比值较大(接近1.0)。可见在该风向(210°)下，建筑周围的风环境状况良好。数值计算显示，在其他风向下也没有出现明显的风速加强现象。

(a) 迎风面(b) 背风面(c) 侧风面

图8 塔楼迎风面和背风面风压系数分布(数值计算)

Fig.8

Distributions of wind pressure coefficient (numerical)

图9 风速矢量图

Fig.9 Velocity vector

diagram

图10 风速比等值线分布图

Fig.10 Ratios of velocity distribution

5 结论

(1) 通过与风洞试验结果比较发现，数值模拟

可以较好地预测复杂体型高层建筑的表面风压分

布和周围风环境情况，该方法可以和风洞试验相结

合为复杂高层建筑的抗风设计提供依据。

(2) 本文所分析的建筑物体型复杂，模拟得到

的表面风压和风速分布也较为复杂。迎风面上风压

工程力学 149

系数沿水平方向的变化趋势和规则体型建筑基本一致，但由于建筑表面有急剧突起与收缩，故风压沿高度存在很大起伏，166.2m以上突出部分的迎风面上有负压出现。

(3) 侧风面上的负风压相对较高，且靠近迎

风端的局部负压较同一高度处其他区域大，最大

值约为-1.05，建筑覆面(如玻璃幕墙)设计时应予

注意。该表面凸角前部的局部风压转为正值。

(4) 根据数值模拟结果对该建筑在210°来

流风向下的周围风环境进行了预测和评估，结果

显示该风向下风环境状况良好。

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十七中室外风环境模拟分析实施报告

室外风环境模拟分析报告北京市第十七中学分校改扩建工程 建筑专业 主持人： （设计总负责人）_____________________________ 审定人：______________________________ 校审人：________________________________ 计算人：________________________________

北京中帝恒成建筑设计有限公司

2016年02月18日

1建筑概况 ....................................................................................... 2.. 2评价依据 ....................................................................................... 2.. 3?分析方法....................................................................................... 2.. 3.1原理概述 (2) 3.2模拟软件 (3) 3.3计算原理 (3) 3.4模型设置 (5) 3.5参数设置 (5) 4评价标准 ....................................................................................... 6.. 5模拟结果和分析 ................................................................................ 6.. 5.1风环境模拟模型 (6) 5.2工况1 （冬季平均风速工况） (7) 5.3工况2 （夏季平均风速工况） (9) 5.4工况3 （过渡季平均风速工况） .............................................................. .10 ........ 6结论 ........................................................................................... 1.1.

风荷载标准值

For personal use only in study and research; not for commercial use For personal use only in study and research; not for commercial use 风荷载标准值 关于风荷载计算 风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。 脉动风和稳定风 风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。 以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。 注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。 从风振的性质看顺风向和横风向风力 顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力，不引起振动。阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。 横风向，既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。 有的计算方法 根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面： （1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法 （2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算 （3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算

高层建筑与城市空间论文

高层建筑与城市空间 摘要：高层建筑是城市空间的元素，优秀的高层建筑并不是排斥城市空间的明星建筑而是一个能创造人性的场所，又融入周边环境之中，不去破坏城市空间的和谐。优秀的高层建筑要考虑使用者的需要，以城市的公众利益为追求的目标。我们必须在高层和城市的发展中取得平衡，才能创造出更好的城市景观和适合人们生活的环境，才能沿着可持续发展的道路健康地发展下去。通过实际工程案例的分析，从微观角度阐述高层建筑如何与城市空间相融合。 关键词：高层建筑；城市空间；人性化；自然环境 中图分类号：tu97文献标识码：a 文章编号： abstract：the high-rise building is the city space of the elements, excellent high building and not rejection of urban space star building but a can create the human nature of the place, and harmony with surrounding environment in, not to destroy the city space harmony. good high-rise building to consider the needs of users, with the city’s public interests as the pursuit of the goal. we must be in top management and the development of the city of balance, and to create better urban landscape and suitable for people living environment, along the path of sustainable development to the healthy development down. through the analysis of the actual project cases from the microcosmic perspectives high-rise building

室外风环境模拟计算报告123

新项目 室外风环境模拟计算报告 计算软件：风模拟分析软件PKPM-CFD 开发单位：中国建筑科学研究院 建研科技股份 合作单位：Software Cradle Co., Ltd. 韵能建筑科技 应用版本：Ver1.00 2015.10.19

室外风环境模拟分析报告 项目名称：新项目 项目地址： 建设单位： 设计单位： 参与单位： 规标准参考依据： 1、《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014） 2、《民用建筑设计通则》（GB 50352-2005） 3、《绿色建筑评价技术细则》

一、项目概述 1.1计算模型概况 1.2建筑物概况 图1 建筑群平面图，红线建筑为目标建筑

二、指标要求 针对室外风环境评价依据为《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）中有关室外风环境的条目要求。 2.1规的评价要求 《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）中有关室外风环境的具体要求如下： 4.2.6 场地风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风。评分规则如下： 1 冬季典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分；除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa，再得1分。 2 过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地人活动区不出现涡旋或无风区，得2分；50%以上可开启外窗室外表面的风压差大于0.5Pa，得1分。 2.2模拟条件设置要求 1、室外风环境模拟的边界条件和基本设置需满足以下规定： 1）计算区域：建筑覆盖区域小于整个计算域面积3%；以目标建筑为中心，半径5H 围为水平计算域。建筑上方计算区域要大于3H；H为建筑主体高度； 2）网格划分：建筑的每一边人行高度区1.5m或2m高度应划分10个网格或以上； 3）湍流模型选择：标准k-ε模型。高精度要求时采用Durbin模型或MMK模型。

室外风环境模拟分析报告精编

室外风环境模拟分析报 告精编 Document number：WTT-LKK-GBB-08921-EIGG-22986

通锦.国际新城三期项目(通锦.国际嘉园) 1号地块室外风通风 --室外风环境模拟分析报告 提供者：深圳市筑道建筑工程设计有限公司 成都分公司

声明： 1、本报告无咨询单位签字盖章无效； 2、本报告涂改、复印均无效； 3、本报告仅对本项目有效。 项目名称：通锦·国际新城三期项目(通锦·国际嘉园) 委托单位：深圳市筑道建筑工程设计有限公司成都分公司 报告编写人： 校对人： 审核人： 项目负责人： 批准人： 报告编号： 报告日期： 2016年1月

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1 模拟概述 项目概况 1、工程名称：通锦?国际新城三期项目 2、建设单位：四川路桥通锦房地产开发有限公司 3、建设用地：该项目位于四川省达州市，位于四川省东北部，重庆以北，是由原达川地区更名建立的一个地级市，总面积16591平方千米。 达州市辖1个市辖区、5个县、1个县级市，有大面积的园林，是四川省的人口大市、农业大市、工业重镇，素有着中国气都和中国苎麻之乡的“川东明珠”美誉。达州地理坐标为北纬30 o75′-32 o07′，东经106 o94′-108 o06′，属亚热带湿润季风气候类型，冬暖夏凉。达州地势东北高，西南低，北部山体切割剧烈，山势陡峭，形成中、低山地地貌单元； 图1 达州市通锦·国际新城三期项目总平面

本项目位于达州中南部，地势较为平缓，形成平等谷底地貌单元。 气候概况 达州市属湿润季风气候类型。由于地形复杂，区域性气候差异大。海拔800米以下的、、地区气候温和，、、夏热、，四季分明，长；海拔800至1000米的低、中山气候温凉、阴湿，回春迟，夏日酷热，秋凉早，冬寒长；海拔1000米以上的中山区，光热资源不足，寒冷期较长，春寒和秋霜十分突出。达州市热量资源丰富，雨热同期，全年平均气温度－度之间，无霜期300天左右。 风环境影响 建筑群和高大建筑物会显着改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物周围某些地区会出现强风；如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域，则可能使行人感到不舒适、甚至带来伤害，形成恶劣的风环境问题。在一般的气候条件下，他们直接影响着城市环境的小气候和环境的舒适性；一旦遇到大风，这种影响往往会变成灾害，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等受到破坏，威胁着室内外的安全。 调查统计显示：在建筑周围行人区，若平均风速V>5 m/s 的出现频率小于10%，行人不会有什么抱怨（在10%大风情况下建筑周围行人区风速小于5 m/s，即可认为建筑周围行人区是舒

风荷载总体体型系数

风荷载总体体型系数心得 《建筑结构荷载规范》第8.1.1条讲到垂直于建筑物表面的风荷载标准值应该 按照下列规定确定。 迎风面都是等效受压力面，所以为正值。相应其他面，背风面和平行面都是 负值，其实就是相当一个吸力。 对于总的体型系数，是这样求解的。首先是在 根据风向来确定建筑物最大风向投影面积，如右边的“十字形”平面结构，建筑 物边长尺寸如图所示，则总的体型系数如下： 5.028.022 6.0++?+?+?=b a b b a a u s 只要知道a 和b 的具体数值就可以按照这个公式求出风 荷载体型系数。这里公式分为2部分计算，按 照最大投影面分开（按照箭头分开），一部分是上部，另一部分称为下部。建筑 物表面上部分按照风向最大投影面分为3段，a ，b ，a 。再依据规范，+0.6，+0.8， +0.6按照边长的加权值求出上部体型系数；而红色部分代表的下部是0.5其实也 是按照边长加权求得。只是因为参考系数都是0.5所以综合加权值也是0.5. 但 是为什么公式里不论迎风面还是背风面都是加号而没有减号，有点讲不通？这 里的符合只是代表风向对建筑屋面的效果，如“+”代表迎风面“－”代表背风 面；如果你从力的方向性考虑的话，它们是同向的。因此在公式里才都是加号。 不过还有另外一种情况就是当出现“－”时是要做减法的。 一开始列出的六种 建筑平面中，有个矩形建筑背面的风荷载体型系数是一个公式， 这就说明此种情况下背风面的系数还跟建筑物的高度H 和长度L 相关。 再比如 右图不规则六边形，边长关系如图所示。 当风向不再是垂直于建筑物表面，而是有一定夹角30°。 此种情况下该建筑风荷载体型系数怎样计算。同理在划分上 下部时，最大投影面是按照与风向接触面平行的那条线，即就是 图示的箭线，仍旧是上部和下部。所以计算式如下：

高层建筑对城市环境的影响

转帖]高层建筑对城市环境的影响 高层建筑有力地显不了人类在面临城市人日迅速增加，用地紧张的困境时，更有效地开发和运用高技术、新材料、新手段，从向允分利用有限空间开拓扩大生存空间的信心和能力，高层建筑作为较大体量的实体，它的存在不可避免地对其所在的空间区域构成较大的影响，高层建筑必然是环境的建筑。高层建筑的出现，对城市环境的方方面面存在着无法忽略的影响。对十目前尚不完全成熟的高层建筑，人们应当以冷静的眼光来看待，不能存在“追捧”或“打扭”的心理。山十当前中国的高层建筑主要集中在大城市，所以本文主要就高层建筑对城市环境的影响提出讨论。 1高层建筑对城巾环境的积极影响 1.1 省地 当前中国人日已远远超出本国资源所能承担的人日数量，向中国经济的快速发展，使人日集中十城市之中。在中西部小城镇战略没有发挥应用效能之前，城市用地相应地口趋紧张。高层建筑正好可以少占上地，使人们居住、生活的空间朝空中发展。据$ll略统计，30层的建筑比5层建筑竹约用地40%以卜，空出来的上地对社会生活环境有着重要的意义。 这些空出的上地意义在十:可以增加绿化，改否城市环境，较高的绿化率可以起到净化空气、降低城市噪音、调竹地段的度，降低风速，当然还可以美化环境，使城市的空间环境更加优美、健康，适宜人们生活，居住。当城市发生火灾、地震或其他灾害时，高层建筑竹约下来的用地，就可以起到安全区和疏散居民的作用，增大城市居民的安全指数。 1.2竹约市级工程的投资 这已是目前看起来短期效益最明显的点。高层建筑可以使地卜、地下的各种管道相对集中，缩短道路的长度，从向降低市级工程的投资，在地价昂贵的城市建设高层建筑，单位建筑面积造价可大大降低。 1.3联系与交往的便捷 高层建筑山十其具有空间叠加的特点，所以使工作在内的人们联系与交往非常方便。设置在同栋楼单的相关单位只需乘电梯就可以很快到达。而且，囚为高层建筑往往成群成片，使大量的单位都集中在某个较小的片区，使小片区内的工作、生活功能非常齐全，这也为人们的工作生活提供了就近的方便。 1.4地下层是城市的防空避难所 高层建筑都会设计相应的地下室，这些地下室平时行使其自身的功能，向到了战时，则自然成了疏散城市居民的最适合场所。平战结合，可以竹约建设另外的防战设施的上地与资个。不过这点需要在设计时有着允分的考虑并做出相应的设置，否则可能适得其反，如美国9.11世贸大楼的倒塌，其地下室不仅没能成为避难所，反向成为巨大的坟墓，有很多人被困死在其中。 1.5大都市的重要景观 高层建筑特别是高层建筑密集的片区，如今已无疑被视为大都市中心的象征。无论是纽约的燮哈顿，法国的德方斯新区，还是卜海的浦东，都是如此。高层建筑之所以被人们视为景观，不仅是囚为高层建筑本身的体量宏大，自然成为人们视觉的中心，更囚为高层建筑被视为是对人的智慧与伟大的人文主义讴歌，是人类技术与文化的物质丰碑。高层建筑71总了相应都市在建筑结构、机械设备、建筑材料和施工技术等所有科技卜最高的成果，表现出了该都市的社会、经济、文化程度和现代化步伐。 高层建筑正是有着以卜优点，对环境有着积极的影响，刁以星火燎原之势，从芝加哥迅速席卷全世界。然向，作为尚不完全成熟的建筑类型，高层建筑有着其对环境不可忽视的负面影响。在设计规划的过程中不仅要看得见其积极的面，向且也要了解其消极的面，从向在设

关于风荷载体型系数取用-2

关于门式刚架单层房屋体型系数的选用，目前国内主要有两种，一种是按照《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》CECS102：2002，一种是按照《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)。如何选用这两种规范的体型系数和在结构设计软件PKPM中的具体应用成了结构设计人员必须解决的问题，本文就两种规范体型系数的区别和各自的适用范围通过算例进行验证，并提出笔者的看法。 在《建筑结构荷载规范》(以下简称GB50009)中，7.1.1条明确指出，计算主要承重结构和围护结构时，分别采用7.1.1-1式和7.1.1-2式，体型系数分别采用主体结构体型系数和围护结构的局部风压体型系数。主体结构体型系数根据7.3.1条取用，而围护结构局部风压体型系数按照7.3.3条规定，考虑边角区的影响和有效受风面积的修正。在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》（以下简称CECS102）中，主体结构和围护结构均采用相同的公式附录A.0.1式。刚架和围护结构等的体型系数按照表A.0.2中的相应数据。其中区分端区、中间区、边角区等，同样也有有效受风面积的修正。 GB50009已在我国沿用了50多年，积累了丰富的实际工程经验，它是面对所有结构形式的建筑房屋，因此具有通用性，也是工程设计和软件应用的主要参考依据。CECS102是参考美国金属房屋制造商协会MBMA的相关试验数据和资料编制的，主要针对门式刚架低矮房屋，已为世界多个国家采用。CSCE102有其相对较强的针对性，也就有其特定的适用范围，关于风荷载计算适用范围在CECS102附录A.0.2中已有明确表述，对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度不大于10度、屋面平均高度不大于18m、房屋高宽比不大于1、檐口高度不小于房屋的最小水平尺寸时，风荷载体型系数可以按照CECS102附录A的规定进行取用。此时的风荷载计算结果是比较接近相关的试验数据的，用于工程设计是没有问题的。而试验分析同时也表明，当柱脚铰接且刚架的L/H大于2.3和柱脚刚接且L/H大于3.0时，按《荷规》风荷载体型系数计算所得控制截面的弯矩已经偏离试验数据较多，再按此风荷载体型系数取用已经严重不安全。因此，在工程设计中对于房屋高宽比不大于1的，应该严格按照CECS102的体型系数进行取用。 下面通过算例比较《荷载规范》和《门规》的风荷载体型系数的计算结果，对于主体结构，封闭式房屋中间区的体型系数： 算例一，跨度L＝24m，高度H＝8m，L/H=3.0, 50年一遇基本风压W0＝ 0.50KN/m2，地面粗糙度B类，恒载0.30KN/m2，活载0.50KN/m2。 1、按GB50009取用风荷载体型系数： 左风左柱弯矩图：

风压的计算公式

风压的计算公式 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001)计算： wk=βgzμzμsw0 ……7.1.1-2[GB50009-2001] 上式中：wk：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：100m； βgz：瞬时风压的阵风系数；根据不同场地类型,按以下公式计算: βgz=K(1+2μf) 其中K为地面粗糙度调整系数，μf为脉动系数 A类场地: βgz=0.92×(1+2μf) 其中：μf=0.387×(Z/10)-0.12 B类场地: βgz=0.89×(1+2μf) 其中：μf=0.5(Z/10)-0.16 C类场地: βgz=0.85×(1+2μf) 其中：μf=0.734(Z/10)-0.22 D类场地: βgz=0.80×(1+2μf) 其中：μf=1.2248(Z/10)-0.3 对于C类地区，100m高度处瞬时风压的阵风系数： βgz=0.85×(1+2×(0.734(Z/10)-0.22))=1.6019 μz：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算: A类场地: μz=1.379×(Z/10)0.24 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m；B类场地: μz=(Z/10)0.32 当Z>350m 时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地: μz=0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地: μz=0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m；对于C类地区，100m高度处风压高度变化系数： μz=0.616×(Z/10)0.44=1.6966 μs：风荷载体型系数，根据计算点体型位置取1.2； w0：基本风压值(MPa)，根据现行<<建筑结构荷载规范>>GB50009-2001附表 D.4(全国基本风压分布图)中数值采用，按重现期50年，北京地区取 0.00045MPa； wk=βgzμzμsw0 =1.6019×1.6966×1.2×0.00045 =0.001468MPa

城市高层建筑的概念

城市建筑┃建筑经济·管理┃U RBANISM A ND A RCHITECTURE ┃C ONSTRUCTION E CONOMY AND M ANAGEMENT 297 城市高层建筑的概念 Concept of City High-rise Building ■ 彭作军 ■ Peng Zuojun [摘 要] 经济全球化发展带动了建筑行业的高速发展，加之土地使用量的快速增加，土地资源越来越匮乏，建筑工程正朝着高层发展。随着高层建筑物的不断出现，人们生活水平的不断提高和社会、科技发展，人们对建筑空间分布和结构布置的要求不断地提高。本文在高层建筑的施工管理的基础上, 定义了高层建筑的概念，并提供了高层建筑施工的基本特征以及质量管理。 [关键词] 城市高层建筑 施工管理 建筑工程 质量控制 [Abstract] The development of economic globalization has led the construction industry high speed development, coupled wi- th a rapid increase in the volume of land use, land resource is becoming more and more scarce, construction is facing the hi- gh-rise development. High-rise buildings appear constantly, c- onstantly improve the living standards of people and society, the development of science and technology results, along with the people of building spatial distribution and structure layout requirements continue to increase, in high-rise building is more and more widespread application, based on the summary of the high-rise building construction management on the basis of the definition, the high-rise building concepts, and provide the hig- h-rise building construction the basic features and quality man- agement. [Keywords] city high-rise building, construction management, architectural engineering, quality control 前言 随着经济增长有效提升了人们生活水平，高层建筑朝着功能多样化、体型负责的综合性方向发展，进一步提升了结构形式的复杂多样。一直以来，高层建筑以高度大、层数多、体型复杂以及施工难度大都特征，要控制质量难度越来越大，因此管理和控制高层建筑施工质量受到相关人员的关注和深入探究。对于高层建筑的质量上无论是施工还是管理上，都取得了较大的进展。因此在这种形势下，探究高层建筑的施工及管理具有实际意义。 二、 高层建筑施工的基本特征 各行业都有其自身特征，当然高层建筑行业也不例外，但是相比其他的建筑施工而言，高层建筑主要有如下几个方面的特征。 （1）高。高层建筑高度较高，这就为垂直运输带来极大难处，如没有合理垂直运输设备，就会为施工带来困难；其次由于高空作业较多，因此对高空的安全保护、用水、用电以及通讯、施工技术、消防、装饰、设备等都有了较高的要求，必须要确保方方面面高要求才能正常施工。 （2）深。该特征主要体现在高层建筑的地基深度，只有达到科学合理的深度才能确保整体的稳定性；一旦地基上没有达到合格要求，必然严重影响到高层建筑的质量和安全性。 （3）长。主要指高层建筑施工周期时间长，而不可避免的要经历季节性施工。 （4）密。一般而言高层建筑大都处于密集建筑 群之中，故此施工用地十分紧张，要想方设法压缩场地，降低现场的制品、材料以及各种设备储存量；可以说，高层建筑所处的环境用一个密来形容特别贴切。 三、 高层建筑的施工质量管理 建筑的生命线就是质量，也是发展之根本。这也是高层建筑发展的基本保障。但是要其施工质量管理也同样重要。因此，以下从几个方面简单探讨施工质量管理。 1．施工前要做好充分准备 在施工前要对施工场地进行地质勘查，拿出比较准确的地质数据与资料，对调查详尽分析，要全面考虑设计的图纸，计算好荷载与内力分析，了解清楚地下滑坡、软土层、孔洞以及墓穴等等底层的构造。只有得到详尽、准确的数据和图纸，才能有针对性制定出预防措施，及各方面充分准备，避免出错。 2．施工时处理好地基 地基是建筑之根本及建筑优良的重要标准之一。要依据地下实况处理好地基和上部的结构有机结合；对充填土、软土、杂填土、土洞等等不均匀的地基要做好加固处理。 3. 选择好建筑材料 优质材料是确保质量之关键。因此在购买建筑材料之时，一定要择优选择，最好是选用知名度较高声誉较好的厂家，加强材料管理确保工程质量。 4. 构建合格施工队伍，建立完善的管理制度 高层建筑施工素质好坏关系着工程质量优劣，一旦高层建筑项目被批准后，就要经过招投标或者议标来选择合格施工队伍。因为拥有一支合格的施工队伍至关重要。 一听，要仔细听施工队伍介绍各方面的施工专业问题。这是考核施工队伍重要方法之一。 二看，必须到施工完成的工程去实地考察，听取入住户的评价，并监察所建工程的质量。 三查，要严格考察招标施工单位设备、企业等级、技术力量以及资格证书。 四访，对交付使用的建筑工程进行走访，询问使用单位为工程队伍进行评价，便于了解企业的信誉。 5. 签订施工合同 一旦确定好了施工队伍之后，建筑单位和施工单位要签订法律认可的合同；合同一旦签订之后，就要经过相关部门到公证处以及法律的监督，在实施中发生问题就按照合同办事。 6. 制定完善的养护制度 混凝土一旦完成，就要对养护措施及现场的养护情况实施记录，保证养护有效性。 四、 高层建筑施工质量控制 从高层建筑施工的特征可以看出;确保工程质量做法上仅仅依靠合理管理是不够的，还必须要从技术方面加强质量控制。要从技术和管理两个方面双管齐下。事实上，高层建筑施工技术控制能够从下面几个方面展现出来。 1. 控制建筑混凝土强度 由于高层建筑的混凝土用量大，施工周期长，经常受到气候、环境条件等影响，因此做好混凝土强度控制十分重要，也是控制施工质量的关键。 （1）选定配合比。在施工之前，就要按照相关设计要求来配制出各种强度的混凝土。当然在施工现场，还必须要依据实况进行适当调整含水率确定砼配合比。 （2）完善养护制度；高层建筑施工之时大都使用泵送混凝土，这种方式不但能够降低施工周期，还能够有效改善混凝土施工的性能。但是从实际使用中发现，就是严格控制原材料、配比以及振捣情况下，还是时常发生混凝土不足之现象。主要根源在于许多施工队伍抢工致使养护时间不足造成。因此养护上要从水源、时间、人员以及昼夜、覆盖等各个方面采取相应的措施，还要依据不同水泥品牌与砼的要求来决定养护的时间，不能漏掉关键细节。 （3）做好混凝土的强度评定；要依据相应的评定标准对混凝土的强度进行评定，评定之时最好实施分批分块评定；不能够什么都混合在一起进行评定，走走过场而已，这样的评定和没有评定相差不大；试验的混凝土块要在浇筑点进行随机抽取，而不能够弄虚作假，要确保试块真实性。 2. 控制高层建筑裂缝 （1）设计措施。在设计措施上要做到放与抗方面的措施，两者是缺一不可，不能够只关注某一方面而忽视另一方面，两者结合使用就能够有效的控制高层建筑裂缝。 必须要加强构造钢筋配制，提防结构断面发生突变造成应力集中；如果使用了混凝土的小型空心砌块等等轻质的墙体，要加设出间距小于3 m 构造柱，而每层墙高中部都要加设出厚度为120 mm 和墙一样宽的腰梁；砌体没有约束一段还要加设构造柱；在各种不相同的基体连接处，要使用钢丝网处理等。还要科学设置出后浇带，使用相应的补偿收缩混凝土技术，而且对于混凝土中还要科学的掺杂进纤维素类物质。 （2）施工措施。要控制高层建筑的裂缝，早期对混凝土养护十分重要。在早期时要降低其收缩，做好构件湿润养护的控制，防止表面的水分过快蒸发，要提防出现较大收缩导致内部约束而开裂。对于大体积的混凝土，应该加强控制砼升温，降低砼降温速率及收缩，增强砼的拉伸值极限，改善完善与约束构造设计等等各个方面采取措施。 3. 控制施工的测量 高层建筑不但层数多、高度高而且还必须要求高测量精度，因此施工之前就要制定出测量方案，而且还要对该方案实施可行性分析。同时还应该选择好测量仪器，依据施工的方案构建出施工控制网。对于高层建筑施工中的测量，要依据实况使用切实可行方法实施，还要对结果进行校对与复核，保证结果准确无误。 当然控制高层建筑施工质量不仅仅体现在上面几个方面。 （下转第283页）

城市建筑风环境模拟及风能利用研究

Advances in Energy and Power Engineering 电力与能源进展, 2016, 4(1), 17-27 Published Online February 2016 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/4f8399460.html,/journal/aepe https://www.wendangku.net/doc/4f8399460.html,/10.12677/aepe.2016.41003 Research on Wind Environment Simulation and Wind Energy Utilization in Urban Construction Environment Ping Ding, Ying Deng, De Tian North China Electric Power University, Beijing Received: Mar. 2nd 2016; accepted: Mar. 25th, 2016; published: Mar. 29th, 2016 Copyright ? 2016 by authors and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). https://www.wendangku.net/doc/4f8399460.html,/licenses/by/4.0/ Abstract With the rapid development of distributed energy resource and urbanization, it gradually be-comes a great concern on utilizing wind energy resources in city buildings. In this study, a model of the main building of North China Electric Power University was built by Gambit and the numer-ical calculation was performed in the flow field to discuss the wind power generation potential with the computational fluid dynamics method. Then, characteristics of wind energy distribution were analyzed, and some sections with large wind velocity, such as passageway, rooftops and cor-ners, were chosen to conduct further analysis with denser meshes. Finally, considering different types of wind power use patterns and different constructions, the optimization design of wind turbines was proposed to solve the problem of wind power utilization in cities and the concen-trated concept was brought in wind power utilization of constructions for the first time. Study re-sults of this paper can provide references for the wind power utilization in buildings and distri-buted generation in the urban areas. Keywords Urban Architectural Wind Environment, Wind Power Generation, Computational Fluid Dynamics Method 城市建筑风环境模拟及风能利用研究 丁平，邓英，田德 华北电力大学，北京

论风环境对建筑设计的重要性以及风环境模拟的方法

论风环境对建筑设计的重要性以及风环境模拟的方法 成员 组长：黄瑞云 2011012314 组员：赵小玲 2011012311 组员：王丹 2011012309

摘要：本论文论述了风环境对建筑设计的重要性以及各种风环境的模拟方法介绍，最后利用风环境模拟方法中的PHOENICS软件模拟了行政服务中心项目的风环境。 关键词：风环境绿色建筑舒适流通风速风压 PHOENICS 正文： 随着人们生活水平的提高，人们对居住、办公环境的要求越来越高。如何在建筑室内各部分维护良好通风的同时避免废弃回流，在室外环境规划中维护“风道”，促进城市空气流通更新与人们聚集区域的风速舒适与减轻污染，成为设计建筑风环境的基本考虑。建筑群风环境与建筑室内通风是营造人体生理舒适性的主要因素，而且通风效率与建筑节能直接相关，是可持续发展的“绿色建筑”的重要主题。对于中国这样广大地区的气候环境差异，造成南北方、长江流域以及亚热带地区完全不同的风环境考虑，建筑布局如何适应当地气流条件，以及采暖节能与制冷节能对风环境的完全不同要求，都对建筑设计提出了要求。 随着人口密度的提高，用地开始紧张，高层建筑成了开发商们的首选。风荷载是高层建筑的主要侧向荷载之一。1926年9月美国迈阿密市麦芽喀隆大楼在台风袭击后发生塑形变形，顶部残余位移达0.61米。我国深圳一座超高层建筑在多次不同风洞测验中，还发现横风向强烈风震现象。众多工程实例表明，结构抗风分析是高层建筑重要设计计算的因素。 当然风环境不仅对建筑产生影响还会对建筑周边的行人产生影

响。当一栋大楼矗立起来，不可避免地改变了原来吹经此处的风的走向，即改变此片地块的风环境。这种改变有可能产生不良影响。例如商业街和成排成列的住宅区两旁，形成人工“街道峡谷”，也可以说是弄堂，风汇合在街道弄堂里，由于“峡谷效应”，风速加大，出现局部强风，加上建筑物的阻滞，形成漩涡和强烈变化的升降气流等复杂的空气流动现象。不仅群体建筑会形成不良区域性风气候，单体高层建筑福今年也会出现不利的风环境。高层建筑趋于将高空的高速气流引至地面，特别是建筑转角处，流动加速，并在建筑前方形成停驻的漩涡，将恶化建筑周围行人高度的风环境，危及过往行人安全。 以上我们叙述了风环境对我们的重要性，但是期望在建筑风荷载规范里寻找具体地貌区域里，设计外形各异的建筑物风荷载体形系数供设计计算之用，无疑是困难的。何况不同风向角下，其流态是不同的，风荷载体形系数是变化的，建筑物间也存在相互干扰，风荷载的影响是难以评估的，故只有通过模型的风洞试验来了解在风力作用下高层建筑群体间的相互干扰影响和改变其外表周边风压分布情况，获取必要的风荷载数据，才能准确评估各个高度上局部风环境详情，确保安全舒适的风环境。 风洞试验是当前建筑室外风环境及风工程领域使用的主要方法，它是通过制作实际建筑物的缩尺模型在大气边界层风洞中进行的，通过必要的手段产生类似于实际建筑周围的风场，然后通过布置在模型表面及周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据，当前研究内容已经涵盖了建筑物在不同地貌下以及各种体型的高层建筑的风压风速

风速风压风级对照表

风压与风速的关系 当风以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物产生压力，即风压。 设速度为v 的一定截面的气流冲击面积较大的结构物时，由于受到阻碍，气流改成向四周外围扩散，形成压力气幕，如下图所示。如果气流原先的压力强度为b w ，气流冲击结构物后速度逐渐减小，其截面中心一点的速度减小至零时，在该点处产生的最大气流压强，设为m w 。则结构物受气流冲击的最大压力强度为m b w w -，此即工程上所定义的风压，记为w 。 为求得风压w 与风速v 的关系，设气流每点的物理量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段dl,如图所示。设1w 为作用于小段左端的压力，则作用于小段右端近压力气幕的压力为11w dw +。

以顺流向的压力为正，作用于小段上的合力为1111()w dA w dw dA dw dA -+=-，该合力应等于小段的气流质量M 与顺流向加速度a 的乘积，即1dv dw dA Ma dAdl dt ρ-==。由此式可得1dv dw dl dt ρ-=，注意到dl vdt =，代入前式得1dw vdv ρ=-，而方程的解为211 2 w v c ρ=-+。此式称为伯努利方程，其中c 为常数。从该方程可以看出，气流在运动 过程中，其本身压力随流速变化而变化，流速快，则压力小；而流速慢，则压力大。当v=0时，1m w w =，代入方程的m c w =；而当风速为v 时，1b w w =，则212 b m w w v ρ==-，因此，221122m b w w w v v g γρ=-= =，此式即为风速与风压的关系公式，其中γ为空气单位体积的重力，g 为重力加速度。 在气压为、常温15C 和绝对干燥的情况下，γ=3 kN m ，在纬度45处，海平面上的重力加速度为 g=2 m s ，代入前式得此条件下的风压公式为 2 2 220.012018229.81630 v w v v kN m g γ ===?。 由于各地地理位置不同，因而γ和g 值不同。在自转的地球上，重力加速度g 不仅随高度变化，还随纬度变化。而空气重度γ与当地气压、气温和湿度有关。以此，各地的2g γ 值 均为相同。

两个相邻建筑物周围风环境的数值模拟

收稿日期:2001212226;修改稿收到日期:20022062271 基金项目:西安交通大学“行动计划”环境学科重点资助;西 安交通大学博士学位论文基金(D FXJTU 200127)资助项目1 作者简介:张爱社3(19692),男,博士生1 第20卷第5期 2003年10月　计算力学学报　 Ch i nese Journa l of Com puta tiona l M echan ics V o l .20,N o .5O ctober 2003 文章编号:100724708(2003)0520553206 两个相邻建筑物周围风环境的数值模拟 张爱社3,　张　陵,　周进雄 (西安交通大学建筑工程与力学学院,陕西西安710049) 摘　要:高层建筑物及其群体周围所引起的风环境问题正日益受到人们的重视。本文用数值模拟方法对两幢串列布置高层建筑周围的流场进行了模拟,讨论了建筑物高度、间距比等因素对风环境特性的影响。为了与两个相邻建筑物的流场进行比较,本文同时计算了单个建筑物周围流动的分布情况。数值模拟结果对揭示高层建筑群区域内再生风载荷的形成机理提供了一定的分析方法,为城市规划和高层建筑住宅小区设计提供了一定的理论参考和依据。 关键词:风环境;高层建筑;N 2S 方程;数值模拟中图分类号:TU 18 文献标识码:A 1　引　言 风和城市环境、建筑环境有着密不可分的关系,并对城市规划、建筑设计等领域起着很大影响。随着科技进步和建筑业的发展,高层和超高层建筑的数量日益增多,大城市的建筑密度也越来越大,由此而产生的风环境问题(再生风环境或二次风环境)无法令人忽视。 高层建筑串列布置是规划方案中常用的方式之一,如街道两旁相峙而立的大厦、高层住宅小区多幢相对而立的高层建筑等。相邻建筑周围的风环境与近地风状况、建筑高度、建筑物之间的相对位置等多种因素有关。若在规划和设计中忽略了风环境问题,在一般的气候条件下,它们将直接影响着城市环境的小气候和环境给予人们的舒适感;一旦遇到大风,这种影响往往会变为灾害,影响到建筑物本身的某些使用功能和行人、行车安全等方面的问题。因此,建筑风环境的研究对于高层建筑尤其是高层住宅小区的规划和设计就显得很有必要。本文用数值分析方法对这一问题进行了一些理论探讨。 H irom asa Kaw ai [1] 等人对串列方柱的绕流用 差分方法进行了数值模拟,但是其模拟的雷诺数仅为200.文献[2]用改进的M A C 方法对并列双方柱绕流进行了计算,考虑的是平面绕流问题。本文采 用有限元方法(FE M )和k 2Ε湍流模型对两幢串列布置的高层建筑周围的流场进行了不同高度、间距比情况下的绕流特性计算和分析比较。 2　基本方程和求解方法 2.1　控制方程 本文选用k 2Ε两方程湍流模型对建筑物的绕流进行计算,因此流体运动的控制方程可表示为[3] 5U j 5x j =0(1) U j 5U i 5x j =-5 5x i P Θ+23?+5 5x j Μt 5U i 5x j +5U j 5x i i =1,2　(2) U j 5?5x j =55x j Μt Ρk 5k 5x j +Μt 5U i 5x j +5U j 5x i 5U i 5x j -Ε(3)U j 5Ε5x j =55x j Μt ΡΕ5Ε 5x j +C 1C Λ?5U i 5x j +5U j 5x i 5U i 5x j -C 2 Ε 2 ? (4) 其中Μt =C Λ?2 Ε,?=′i u ′i 2,Ε=2Μt 5u ′i x j 5u ′i x j ,C Λ=0.09,C 1=1.44,C 2=1.92,Ρk =1.0,ΡΕ=1.3;U i , U j 分别为沿坐标轴方向的平均速度分量,u ′i ,u ′ j 分 别为脉动速度,P 为平均压力,Θ为空气密度。2.2　计算方法 数值模拟用有限元方法进行。本文采用二维四节点四边形单元对整个计算区域进行非均匀网格剖分。应用Galerk in 变分公式,在每个单元上将方