建筑风荷载数值模拟简介
建筑结构的风洞试验与数值模拟研究
建筑结构的风洞试验与数值模拟研究建筑结构的安全性一直是建筑师们关注的焦点之一。
在设计出一个安全耐用的建筑结构之前，一定要进行充分的试验和测试。
在建筑物设计中，风荷载是一个非常重要的指标。
因此，建筑师们需要进行风洞试验和数值模拟来研究建筑结构的受风性能。
一、风洞试验风洞试验是建筑设计中最常用的试验方法之一。
风洞试验可以通过缩小建筑模型，模拟真实的风场环境，对建筑物的受风性能进行测试。
风洞试验可以研究建筑物的风压分布、风阻力系数、风振响应等。
在风洞试验中，建筑模型通常是由透明材料制成的，例如有机玻璃。
在试验中，科学家会在风洞的一端设置一个风源，另一端放置建筑模型。
通过控制风源的强度和方向，来模拟不同的风压和风速。
试验者会用高速摄像机记录下建筑结构在不同风压下的形变和振动响应。
通过分析试验数据，科学家们可以得到建筑结构的受风情况，从而优化设计方案。
风洞试验是建筑结构设计中必不可少的一步。
虽然风洞试验的成本较高，但是它可以提供非常详实的数据供设计师参考，确保设计的可靠性和安全性。
二、数值模拟数值模拟是利用计算机对建筑结构的受风性能进行模拟分析。
数值模拟可以对建筑物进行全尺寸模拟，更加精确地研究建筑物在不同气候条件下受风性能。
在数值模拟中，建筑模型通常是以三维建模软件建立的。
模型可以包括建筑物的任何细节和复杂形状。
科学家们可以通过数值模拟计算建筑物在不同风荷载下的变形和压力分布。
通过这些数据，设计师可以优化建筑结构，增加抗风能力和稳定性。
数值模拟的准确度取决于计算模型的准确度和建筑物的真实风荷载数据。
因此，在进行数值模拟之前，需要收集大量的实际测量数据，包括气象数据、风洞试验数据等。
数值模拟较便宜、操作简便、数据处理方便，是风洞试验的补充。
虽然数值模拟比风洞试验自由程度高，但是受模型限制，其范围领域是小的，需要设计师更加精细的处理模型。
在实际工程中，风洞试验和数值模拟通常是相辅相成的。
总结在建筑结构设计中，风洞试验和数值模拟都是非常重要的步骤。
建筑局部风场数值模拟在风环境评估中的应用
建筑局部风场数值模拟在风环境评估中的应用建筑风环境评估是对建筑物周围风场情况进行分析和评价的过程，具有重要的工程学意义。
近年来，随着计算机科学的发展和风工程学的深入研究，建筑局部风场数值模拟成为风环境评估的重要手段之一。
本文将探讨建筑局部风场数值模拟在风环境评估中的应用及其意义。
1. 建筑局部风场数值模拟的基本原理建筑局部风场数值模拟是通过数值计算方法，利用流体动力学模型对建筑物周围风场进行模拟。
其基本原理是利用流体动力学方程和边界条件来描述流体运动，通过将流体空间离散化为有限体积或有限元网格，通过迭代计算来求解数值解，从而得到风场的详细信息。
2. 建筑局部风场数值模拟在建筑设计中的应用建筑局部风场数值模拟在建筑设计中有着重要的应用价值。
首先，它可以通过模拟不同设计方案下的风场情况，为建筑物的外形和结构优化提供依据。
通过调整建筑物的形状和尺寸，可以改变其周围的风场分布，降低风对建筑物的作用力，提高其抗风能力和舒适性。
其次，建筑局部风场数值模拟还可以用于评估建筑物的烟气扩散情况。
烟气在风场中的传输具有很大的不确定性，传统的经验公式难以准确预测。
而通过数值模拟可以模拟风场中烟气的输运和扩散，评估建筑物的烟气排放对周围环境的影响，为环境保护提供科学依据。
最后，建筑局部风场数值模拟还可以用于评估建筑物对过风的影响。
在城市中，建筑物密集，会产生大量的微气候现象，如气温、湿度和风速的变化。
通过数值模拟可以模拟这些微气候现象的发展趋势，为城市规划和建筑设计提供参考。
同时，对于一些重要的建筑工程，如大型桥梁和高层建筑，建筑局部风场数值模拟也可以用于评估其对周围风场的影响，保证建筑物的安全运行。
3. 建筑局部风场数值模拟的局限性建筑局部风场数值模拟作为一种理论计算方法，在实际应用中还存在着一定的局限性。
首先，数值模拟需要消耗大量的计算资源，计算时间较长。
对于大规模和复杂的建筑物，计算过程可能需要数天甚至数周的时间，限制了其实际应用的范围。
复杂体型建筑风荷载数值模拟及试验研究
重庆大学硕士学位论文
如下的问题[2]： (1)过大的风荷载会引起主体结构或结构构件开裂或失稳； (2)过大的风荷载会引起结构或结构构件的挠度或变形增大； (3)围护结构和外部装饰材料等容易剥落、损坏，如窗户、覆面材料等； (4)有时虽然风荷载不是很大，但由于反复作用，会导致对风敏感的主体结构、 结构构件或构件材料发生疲劳、失稳而破坏； (5)由于风致振动的时间很长， 容易使结构长时间摆动， 有时甚至摆动幅度很大， 这样使用者在建筑物内就会感到不适； (6)建筑结构的负气动阻尼过大会产生气动弹性失稳现象， 最终导致结构跨塌或 失稳，高层结构、悬索桥、烟囱等都有可能因为空气动力失稳现象而引起破坏。 因此探讨复杂体型建筑的风荷载的特性，有极其重要的现实意义。限于笔者 水平，本文以正在修建的重庆大剧院为工程背景，对复杂体型建筑的风荷载特性 进行粗浅研究。 重庆大剧院，它是集歌剧、戏剧、音乐会演出、文化艺术交流等多功能为一 体的大型社会文化设施，是重庆市十大公共建筑之一，是一幢有核心作用的标志 性大型公共建筑。该建筑位于重庆市江北城江北嘴两江汇合处临江地段，北距重 庆江北机场约 20 公里，距规划的龙头寺重庆铁路客运站约 3 公里；南有朝天门码 头，与渝中半岛隔江相望，有独特的地理优势。大剧院用地规模 4.97 公顷，总建 筑面积约 99010 平方米[3]。建筑地下一层，地上七层，功能为剧场。建筑物立面由 11 个不规则条带组成，总高度为 63.85 米[3]。结构采用钢筋混凝土框架—剪力墙结 构体系，结构安全等级为一级，抗震设防烈度为 6 度，为乙类建筑[4]。这类建筑为 了建筑造型需求，一般其主体或附属结构等具有质量轻、跨度大、柔性大、阻尼 小、自振频率低的特点，而且这类结构往往比较低矮，在大气边界层中处于风速 变化大、湍流度高的区域，再加上体型多不规则而复杂，绕流和空气动力作用十 分复杂，其流动的机理十分复杂，因此这类建筑对风荷载十分敏感。风荷载成为 其设计的主要控制荷载。
结构抗风性能的数值模拟研究
结构抗风性能的数值模拟研究风是自然界中一种常见的力量，对于建筑物、桥梁、高塔等结构来说，风的作用可能会带来严重的影响。
为了确保这些结构在风荷载作用下的安全性和稳定性，对结构抗风性能的研究至关重要。
数值模拟作为一种有效的研究手段，在结构抗风性能评估中发挥着越来越重要的作用。
在实际情况中，风对结构的作用是复杂多变的。
风速、风向、风的湍流特性等因素都会影响结构所受到的风荷载。
传统的风洞试验虽然能够提供较为准确的结果，但存在成本高、周期长、试验条件受限等问题。
而数值模拟方法则可以在一定程度上克服这些不足，通过建立数学模型和运用计算机求解，快速获得结构在不同风况下的响应。
进行结构抗风性能的数值模拟，首先需要建立合理的数学模型。
这包括对风场的模拟和对结构的建模。
对于风场，通常采用湍流模型来描述风的流动特性。
常见的湍流模型有雷诺平均 NavierStokes 方程（RANS）模型、大涡模拟（LES）模型等。
RANS 模型计算效率较高，但对于复杂的湍流流动可能精度不足；LES 模型能够更准确地捕捉湍流的细节，但计算成本也相对较高。
在实际应用中，需要根据具体问题的特点和计算资源选择合适的湍流模型。
对结构的建模则需要考虑结构的几何形状、材料特性、连接方式等因素。
在数值模拟中，可以将结构简化为梁、板、壳等单元组成的有限元模型。
通过赋予单元相应的材料属性和边界条件，来模拟结构的力学行为。
在确定了数学模型之后，还需要选择合适的数值求解方法。
常见的求解方法有有限差分法、有限元法和有限体积法等。
这些方法各有优缺点，例如有限元法适用于复杂几何形状的结构，但计算量较大；有限体积法在处理流体流动问题时具有较高的精度。
在进行数值模拟时，边界条件的设置也非常关键。
对于风场，需要确定入口风速、出口压力、壁面条件等。
对于结构，需要设置约束条件和加载方式。
例如，对于建筑物，可能需要考虑底部固定约束和顶部的风荷载分布。
为了验证数值模拟结果的准确性，通常需要将其与风洞试验结果或实际观测数据进行对比。
台风区建筑结构风荷载数值模拟分析
采用多重嵌套中尺度大气数值模式提供的风场在考虑了波流相互作用等主要物理过程的基础上应用最新版本的第三代海浪模式swan对winnie1997引起的台风浪进行了模拟将模拟的有效波高与topexp风荷载数值模拟分析
超高层建筑和大跨结构对风荷载非常敏感,通常在结构设计中会成为主控荷载.我国沿海地区的年最大风速是由台风引起,基本风速是结构抗风设计的最主要设计参量,它的推断依赖于长期的准确近地风观测资料.过去台风观测资料较少,现采用MDnte-Carlo模拟台风,可以弥补这一缺陷.文章应用YanMeng风场模型并结合台风危险*分析方法,推算得到沿海重点城市上海地区在重现期为50a、100a和200a的最大极值风速.
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估建筑物风荷载是指建筑结构所受到的由风引起的压力和力矩。
风荷载是设计建筑物的重要参数之一，对于确保建筑结构的安全性、稳定性和耐久性具有重要意义。
为了评估建筑物的结构响应，需要进行风荷载的数值模拟和力学分析。
一、建筑物风荷载的数值模拟建筑物风荷载的数值模拟是基于风工程学原理和计算方法进行的。
主要包括以下几个步骤：1. 风速和风向场的描述：通过气象数据和数学模型，描述建筑物所在地点的风速和风向场。
常用的风速和风向模型包括Kaimal模型、Julian-Smith模型等。
2. 风荷载的计算：根据风速和风向场，采用压力系数法或力矩系数法计算建筑物所受到的风荷载。
通过与试验数据的对比和修正，获得较准确的风荷载数值。
3. 建筑物模型的建立：将建筑物划分为离散的风受体，建立建筑物的数值模型。
常用的建模方法包括网格法、面元法和质点法等。
4. 风荷载分布的计算：将风荷载作用于建筑物模型上，计算每个风受体所受到的风荷载。
可以通过有限元法或离散元法进行计算。
5. 风荷载时程的模拟：考虑风场随时间变化的特点，进行风荷载时程的模拟。
常用的方法包括随机模拟法、非平稳风场变化模拟等。
二、建筑物结构响应的评估1. 结构的动力响应：根据建筑物的动力特性，采用结构动力学原理，计算建筑物在风荷载作用下的动态响应。
常用的方法包括质点法、有限元法和离散元法等。
2. 结构的位移与应力评估：根据动力响应结果，评估结构的位移和应力状况，判断结构的安全性和稳定性。
可以采用应力-应变关系曲线和弹性正应力理论对结构进行评估。
3. 结构的破坏和损伤评估：对于承受较大风荷载的建筑物，需要评估结构的破坏和损伤情况。
通过损伤模型和破坏准则，分析结构的破坏模式和损伤程度，为结构的修复和加固提供依据。
建筑物风荷载的数值模拟与结构响应评估是建筑结构设计的关键环节之一。
通过精确的风荷载数值模拟和结构响应评估，可以为建筑物的设计与施工提供科学依据，确保建筑结构的安全可靠性。
现代高层建筑结构设计中的风洞试验与数值模拟
现代高层建筑结构设计中的风洞试验与数值模拟摘要现代高层建筑的结构设计需要考虑各种外部因素对建筑物的影响，其中风力是一个重要的考量因素。
风洞试验与数值模拟是现代高层建筑结构设计中常用的两种方法，用于评估建筑在风荷载下的性能。
本文首先介绍了风洞试验与数值模拟的基本原理和流程，然后比较了它们在高层建筑结构设计中的优缺点，并且讨论了它们在实际工程中的应用情况。
最后，总结了风洞试验与数值模拟在现代高层建筑结构设计中的重要性和发展趋势。
关键词：高层建筑；风洞试验；数值模拟；结构设计；风荷载1. 引言现代高层建筑的兴起给城市发展带来了新的活力，然而，高层建筑的结构设计面临着严峻的挑战。
其中一个主要挑战是风荷载对建筑结构的影响。
风力会对高层建筑产生压力、扭转力和抗风振动等作用，因此在设计阶段就需要对其进行充分的评估和控制。
在这个过程中，风洞试验与数值模拟成为了两种常用的方法，它们能够帮助工程师更好地理解风的作用，并优化建筑的结构设计。
2. 风洞试验的原理与流程风洞试验是一种通过模拟真实风场，观察建筑结构在风荷载下的响应的实验方法。
其基本原理是利用模型试验来模拟真实的风场情况，通过测量模型受到的风荷载和振动响应来评估建筑结构的性能。
风洞试验的流程主要包括模型制备、实验参数设置、风洞测试和数据分析等步骤。
2.1 模型制备在进行风洞试验之前，模型的制备是确保试验能够准确模拟真实情况的关键步骤。
制备模型需要考虑到多个因素，包括建筑的几何形状、材料的物理特性以及结构的刚度和弯曲特性等。
通常情况下，模型会按照真实建筑的比例进行制作，以确保试验结果对实际建筑具有代表性。
制备模型还需要注意材料的相似性，以确保模型在风场中的行为与真实建筑尽可能接近。
2.2 实验参数设置在进行风洞试验之前，需要仔细确定实验的参数设置，以确保试验能够充分覆盖建筑所处地区的气候条件和设计要求。
实验参数包括风速、风向、试验持续时间以及模型的尺度等。
这些参数的选择需要根据建筑结构的特性和试验的目的进行综合考虑，以确保试验结果具有可比性和可靠性。
一种标准建筑模型风荷载的数值模拟分析
d o i :10.3963/j .i s s n .1674-6066.2022.04.011一种标准建筑模型风荷载的数值模拟分析郭增涛(陕西地矿第二工程勘察院有限公司,渭南714000)摘 要: 采用计算流体动力学软件对高层建筑刚性模型的风荷载进行了数值模拟,使用了标准k -ε模型㊁剪切应力输运模型S S T ㊁以及B S L 雷诺应力物理模型分别对建筑物的表面风压进行了模拟,最终得出了该建筑物表面的风压分布以及测点的风压系数㊂关键词: 风荷载; 高层建筑; 数值模拟; 数值风洞N u m e r i c a lW i n dT u n n e l S i m u l a t i o no f a S t a n d a r dB u i l d i n g Mo d e l G U OZ e n g-t a o (S h a a n x i S e c o n dE n g i n e e r i n g S u r v e y I n s t i t u t e o fG e o l o g y a n d M i n e r a lR e s o u r c e sC o ,L t d ,W e i n a n714000,C h i n a )A b s t r a c t : T h ew i n d l o a d o f h i g h -r i s e b u i l d i n g r i g i dm o d e lw a s n u m e r i c a l l y s i m u l a t e db y c o m p u t a t i o n a l f l u i dd y n a m -i c s s o f t w a r e .T h e s t a n d a r d k -εM o d e l ,t h e s h e a r s t r e s s t r a n s p o r tm o d e l S S T ,a n d t h eB S LR e y n o l d s s t r e s s p h y s i c a lm o d -e lw e r eu s e d t o s i m u l a t e t h ew i n d p r e s s u r e .Af t e r t h e s i m u l a t i o n ,t h ew i n d p r e s s u r e d i s t r i b u t i o no n t h e b u i l d i ng s u r f a c e a n d th ewi n d p r e s s u r e c o e f f i c i e n t o f t h em e a s u r i n gp o i n tw e r e f i n a l l y o b t a i n e d .K e y w o r d s : w i n d l o a d ; h i g h -r i s eb u i l d i n g ; n u m e r i c a l s i m u l a t i o n ; n u m e r i c a lw i n d t u n n e l 收稿日期:2022-04-08.作者简介:郭增涛(1981-),硕士,工程师.E -m a i l :y u e s h u a n gh a n @163.c o m 现代的建筑物非常多样化,其复杂多变的外形,使得风荷载的计算越来越具有挑战性㊂对于一些对风荷载比较敏感的建筑,譬如高层㊁超高层建筑,或者大跨的公共建筑等,提出了更高的要求㊂而在现实中,风洞试验会受到各方条件的限制,实验模型周围流场的实际数据,是很难精确获得的,而且实施起来非常麻烦,数据采集也有一定的局限性㊂而C F D (C o m p u t a t i o n a l F l u i dD y n a m i c s )方法则不受限制,它可以给出非常完备的资料,并方便的获得各种图㊁表和曲线,如压力㊁风速㊁密度㊁温度㊁湍动能等各种参数的分布㊂随着计算机科学㊁软硬件方面的不断进步和发展,C F D 技术也越来越成熟㊂与传统的风洞试验比较,它的操作性强,高效且成本相对较低,可全尺寸模拟,不受建筑尺寸和构造的影响,日渐受到工程界的推崇㊂文中运用C F D 技术,选取了标准k -ε模型㊁剪切应力输运模型S S T 以及B S L 雷诺应力物理模型对C A A R C 模型[1]周围的风场进行了数值模拟,得出了该模型表面的风压分布和标准测压点的风压系数曲线,最后将这些数据与实际试验的数据做了比较㊂1 C A A R C 标准建筑模型及计算区域采用C A A R C 标准建筑模型[1](1970年1月英联邦航空研究咨询委员会协调人会议上W a r d l a w R L ㊁M o s sG F 提出的标准建筑模型),模型处于代表建筑物高度在6~15m 的城市地貌自然风边界层中㊂模型为长45.72m ㊁宽30.48m ㊁高182.88m 的矩形柱体,无任何附属物,表面平整㊂在其2/3高度处的水平面内均匀布置了20个压力测点㊂在风洞试验中,来流方向与模型的较宽面相垂直,其表面的测点布置如图1所示㊂24建材世界 2022年 第43卷 第4期计算区域的选取参照了文献[2,3]㊂C F D 模拟中,数值风洞大小尺寸的选择最为重要㊂在模拟建筑物表面的风压时,需要在离建筑物较远的位置设置壁面封闭求解区域㊂高层建筑周围的风场流线主要表现为侧面绕流㊂当高层建筑计算域高度小于3倍建筑高度,计算域水平宽度大于8倍建筑宽度时,阻塞率应小于5%㊂为了充分发展湍流,应限制背风墙与出风口的距离,因此出风口应尽可能远离建筑物,一般为建筑物高度的9~10倍,如果距离过小,出口处会发生回流,导致计算不收敛㊂计算基本流域最终选择为:模型前方距离取800m ,模型后方距离取1500m ,模型的宽度方向取1500m ,模型高度方向取550m ㊂总流域为:2330.48mˑ1500mˑ550m ㊂阻塞率约为1.0%㊂2 网格的划分与离散阶数网格的划分会对计算的精度产生很大影响,越精细的网格划分会提高精度,但也会增加计算量,网格的类型也会对计算的精度产生很大影响,最终需要在精确度及计算机算力之间找到平衡㊂对于文中的建筑模型,采用了非结构四面体网格对其周围流体进行网格划分,越靠近模型表面附近,网格越密,网格尺寸由内到外逐渐增大,离模型较远的区域采用比较稀疏的网格㊂最终划分后的四面体单元总数为2613638个㊂3 边界条件1)在来流的入口,采用指数形式的风速剖面,地面粗糙度系数选取为C 类的地貌类别,α=0.22㊂C 类地貌类别指有密集建筑群的城市市区㊂距地面高度为z 处的风速表达式为v -(z )=v -b z z æèçöø÷b 0.22其中,风速v -b 取30m /s ,z b 取10m ㊂2)来流入口处的湍流强度I u 取值如下I u =0.0711z -0.3712 湍动能kk =1.5(v -㊃I )2 湍流耗散率εε=0.0934k 32/L 其中,L 为湍流积分尺度,它的表达式为L =100z /()300.5 3)采用完全发展出流边界条件(o u t l e t )的出口条件㊂4)地面以及建筑模型的表面都采用无滑移壁面条件,自由滑移壁面用于侧面与计算流域顶面㊂4 湍流模型在建筑的数值风洞模拟中,最常用的湍流物理模型主要有R N G k -ε㊁S S T k -ω㊁S S G -R S M 和B S L -R S M 四种,分别是标准k -ε模型㊁k -ω模型和雷诺应力模型(R S M )的改进型㊂下面给出比较常用的两种湍流模型的控制方程㊂4.1 标准k -ε模型控制方程为∂∂t ρ()k +∂∂x i ρk u ()i =∂∂x j μ+μt σæèçöø÷k ∂k ∂x éëêêùûúúj +G k -ρε∂∂t ρ()ε+∂∂x i ρεu ()i =∂∂x j μ+μt σæèçöø÷ε∂ε∂x éëêêùûúúj +C 1εεk G k -C 2ερε2k 34建材世界 2022年 第43卷 第4期式中,G k 为湍动能生成项;ρ为空气密度;k 为湍动能;ε为湍流耗散率,μt =C μρk 2ε;常数C μ=0.09,σk =1.0,σε=1.3,C 1ε=1.44,C 2ε=1.92㊂4.2 剪切应力输运模型(S h e a r S t r e s s T r a n s p o r tM o d e l ,S S T 模型)S S T k -ω模型控制方程为∂∂t ρ()k +∂∂x i ρk u ()i =∂∂x j Γk ∂k ∂x éëêêùûúúj +G k -Y k ∂∂t ρ()ω+∂∂x i ρωu ()i =∂∂x j Γω∂ω∂x éëêùûúj +G ω-Y ω+D ω式中,G k 为湍动能生成项;ρ为空气密度;G ω代表ω的生成项;Γk 和Γω代表k 和ω的对流项;Y k 和Y ω代表由丁湍流引起的k 和ω的有效扩散项㊂在文中,分别采用了标准k -ε模型㊁剪切应力输运模型S S T 以及B S L 雷诺应力物理模型对建筑表面风压进行了模拟[4,5]㊂5 刚性模型数值模拟结果与分析刚性模型数值模拟中,只考虑了流体计算模型,不考虑结构本身的特性,并将结构壁面设为刚性不可移动㊂通过流场中心线剖面流场流线图(图2),可以明显的看到流体在模型壁面处的环绕㊁分离等钝体绕流现象,在模型的背风面有强烈的漩涡生成㊂模型2/3高度处,背风处形成的漩涡非常直观,根据线条灰度的差异可以明显看出,模型迎风面与背风面附近漩涡区域空气流速较小,而两侧绕流速度较大㊂结合流场中心线剖面流场速度及湍动能分布等值线图(图3)可以看出,随着风的流动和接近模型迎风面,顺风向风速开始减弱并开始绕过模型两侧及上部,在模型顶部尖角处风速较大,在模型的顶部及背风靠近地面处,出现了负的顺风向速度,沿高度方向的风速,在迎风面底部出现负速度,即向下流动,而在顶部尖角前上部值较大,说明此处流体向上流动速度较大㊂沿高度方向速度极值出现在背风面附近,这是因为背风面附近漩涡所造成的回流所致㊂在模型后部,则分别出现遥相呼应的较大的正值和负值区域,正值区域产生在背风面模型中部壁面处,而负值区处于稍微较后的区域,这很明显是由于模型后部形成的漩涡所致㊂湍动能分布等值线图更加明确的支持了这一点,湍动能分布显现,沿模型的迎风面上部尖角向后环绕,在模型的后方形成一个湍动能分布较高的蝌蚪状区域㊂说明该块区域紊流比较活跃㊂湍动能k 的定义为:k =12u ᶄ2+v ᶄ2+w ᶄ()2,其中u ᶄ㊁v ᶄ和w ᶄ为风速沿不同方向分量的脉动值㊂分别采用S S T 模型㊁k -ε模型以及B S L 模型所做的模拟数值分析与文献[6]中的实验数据进行比较㊂测点的风压系数计算公式为C p i =(p i -p ¥)/(12ρν2)式中,p i 和p ɕ为测点的风压和静压;ρ和ν分别为空气密度和风速㊂最终得出了各测点的风压系数曲线,如图4所示㊂44建材世界 2022年 第43卷 第4期通过图2㊁图3及风压系数曲线(图4)可以得出一些规律:在零度风向角下,结构迎风面为正压力,背风面㊁侧面和顶面一般为负压力,即为吸力㊂由于这些区域气流的分离,最大负压出现在建筑物两侧靠近迎风侧的上角,分离点后方出现较大的负压涡流㊂在高度方向上,迎风侧的风压随高度变化㊂由于风速随高度呈指数增长,整体风压呈现出上部较大㊁下部较小的趋势㊂结构下部的风速较小,因此风压也较小㊂在建筑物的最上部,虽然风速很高,但由于流体在屋顶产生绕流,风压会降低㊂迎风面两侧的风压系数也小于中间的,因为两侧都产生了绕流㊂在背风面,结构的风压分布比较均匀㊂在结构的侧面,风压也是中间大㊁两侧小的趋势,越靠近迎风面区域,数值越大㊂6 结 语采用计算流体动力学软件对文献[1]中的建筑模型在风场中的受力(风压)进行了数值模拟,模拟的计算结果与实际的风洞试验结果趋势类似(见图4)㊂在迎风面,S S T 模型与k -ε模型的数值计算结果与风洞试验结果符合的很好,在背风面和侧面上,数值模拟结果相比试验结果要小一些,在模型棱角部位的区域,数值模拟结果与试验差别较大㊂总体上来看,B S L 模型的结果相对稍差一点,吻合的不是很好,S S T 模型的最好,k -ε次之㊂综上,该文所采用的方法对于复杂体型建筑结构的风压分析有着普遍借鉴意义㊂参考文献[1] T a n a k aH ,L a w e nN.T e s t o n t h eC A A R CS t a n d a r dT a l lB u i l d i n g M o d e lw i t haL e n g t hS c a l eo f 1ʒ1000[J ].W i n dE n gI n dA e r o d y n a m i c s ,1986,25(1):15-29.[2] 曾 锴,汪丛军,黄本才,等.计算风工程中几个关键影响因素的分析与建议[J ].空气动力学学报,2007,25(4):504-508.[3] 侯爱波,汪梦甫.建筑数值风洞的基础研究[J ].湖南大学学报(自然科学版),2007,34(2):21-24.[4] A n s y s s I n .M u l t i -f i e l dA n a l y s i sU s i ng C o d eC o u p l i n g [C P /D K ].R e l e a s e 12.0D o c u m e n t a t i o n f o rA N S Y S ,2009.[5] A n s y s I n c .C F D -P o s t [C P /D K ].R e l e a s e 12.0D o c u m e n t a t i o n f o rA N S Y SC F X ,2009.[6] 李金国.边界层风洞和建筑物标模的流迹与测压试验研究[D ].上海:同济大学,2007.54建材世界 2022年 第43卷 第4期。
高层建筑风荷载吸吹气控制的数值模拟研究
在位置方面，当吸吹气口设置在建筑物的顶部时，对风荷载的控制效果最为显 著。这主要是因为吸吹气口在顶部可以吸引来流，减少建筑物迎风面的风压， 从而降低风荷载。在尺寸方面，吸吹气口的宽度对风荷载的控制效果较为显著。 当吸吹气口宽度较小时，对风流的扰动作用较强，可以更有效地降低风荷载。 但是，当吸吹气口宽度过大时，会导致风流在建筑物表面的绕流加剧，反而增 加风荷载。因此，需要合理选择吸吹气口的宽度。
结论
本次演示基于CFD技术对建筑结构风荷载进行了数值模拟研究，探讨了不同建 筑结构和不同风速下的应力、变形、能量耗散等现象。通过与传统设计方法进 行比较，表明CFD技术在提高计算精度、优化设计方案、降低结构风险等方面 具有显著优势。然而，仍存在一定的局限性，如风场模拟的准确性、计算成本 等问题需要进一步解决。
二、高层建筑风荷载
1、风荷载定义：风荷载是空气流动对建筑物产生的压力和剪力。这种压力和 剪力的大小取决于建筑物的形状、高度、风速、风向以及与风向的相对位置。
2、风荷载类型：根据风对建筑结构的作用方式，风荷载可分为基本风压、脉 动风压和湍流风压。基本风压是指在平均风速下，垂直作用于建筑物表面的静 压力；脉动风压则是由于风速的随机变化产生的动压力；湍流风压则是由于建 筑物表面附近气流的不规则流动产生的动压力。
文献综述
高层建筑风荷载吸吹气控制的研究始于20世纪90年代，其目的是通过在建筑物 表面设置可调节的吸吹气口，控制风流的流动，以降低风荷载对建筑的影响。 根据文献综述，现有的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。
在数值模拟方面，研究者们利用计算流体动力学（CFD）方法，对高层建筑风 荷载吸吹气控制进行了大量的模拟研究。其中，Kim等（2015）通过数值模拟 方法，研究了吸吹气口的位置和尺寸对高层建筑风荷载的影响，并提出了优化 控制策略。实验研究方面，研究者们通过风洞实验和实地测试等方法，验证了 吸吹气控制在降低高层建筑风荷载方面的有效性（Wang et al., 2018）。
非等径圆柱风荷载的数值模拟
非等径圆柱风荷载的数值模拟
非等径圆柱风荷载的数值模拟在工程技术领域占据十分重要的地位，它可以有
效的改善工程建设中设备的安全性、性能和可靠性，同时也可以更有效的降低建筑物的噪音和污染。
非等径圆柱风荷载的数值模拟是采用分数步解算求解器对当前结构的气流的影
响进行计算，它可以模拟气流的复杂性，同时也可以得到流体动力学的精确结果。
此外，该技术也可以帮助决策者更准确的评估风荷载，使得工程建设能够更符合实际技术和经济需求。
在实施过程中，可以应用space-mean-analysis方法对结构做变形分析，从而
分析每个构件对气流影响变化的大小；其次，可以采用时空间离散方法进行计算，以等分结构表面，并通过风流模型将模型分解成等节点的流场；最后，可以用多个结构动力学方程，如涡湍理论、压力矩理论，描述结构每个节点的气流作用，在此基础上求取气流对结构的荷载。
为了更好的进行数值模拟，还可以根据结构的具体特点，选择合适的网格尺寸，以减小计算量，加快计算速度，同时也要满足精度要求。
另外，在建模过程中，也应定量考虑结构上的斜坡、凹陷、缺口等一些特点，以保证模拟的准确性。
总之，非等径圆柱风荷载的数值模拟是一项复杂的计算任务，需要把控好实施
过程中的步骤和步骤之间的联系，以保证模拟结果的可靠性。
数值模拟在高层建筑风荷载体型系数取值中的应用
数值模拟在高层建筑风荷载体型系数取值中的应用摘要：风荷载体型系数取值是建筑抗风设计的重要环节，目前常用的有规范法和风洞试验法。
本文通过对数值模拟技术的分析对比，提出了数值模拟可以实现对风荷载的精确模拟，从而得到合理准确的体型系数，而且相对其他方法数值模拟技术具有精确，低成本的特点。
关键词：体型系数风荷载高层建筑1.前言随着经济和技术的发展以及城市空间拓展的需要，越来越多高层建筑出现在城市建设中。
风虽然是一种常见的自然现象，但是随着高层建筑高度的不断增长，风对高层建筑的影响也呈指数增长，并成为一个影响建筑安全的重要因素。
上世纪初，美国一栋60米的大楼就在飓风作用下发生严重塑性变形[[]]。
因为风荷载的作用引起结构失稳和局部损坏的案例也屡见不鲜，可见重视风对高层建筑的作用，加强相关设计工作是必要的。
对于风荷载的取值，对于体型简单的一般建筑目前普遍采用的是规范提供的体型系数，对于复杂的高层建筑目前更多的是利用风洞试验进行[2]。
然而，虽然荷载规范提供了一般建筑简单实用，方便设计的取用风荷载设计数据，但是缺少了对风荷载局部压力的准确详细的描述，也不能反映复杂结构的特殊构造；而风洞试验是利用相似原理利用模型在风洞中的情况模拟建筑的实际风场，一方面模拟有不完全性，另一方面试验设备要求高，试验模型制作难度高，不能得到完整资料，只能在具有一定规模的建筑设计中应用[3]。
因此在实际设计中迫切需要一种既能较好模拟建筑风荷载，准确反应风荷载对建筑作用，又相对经济方便容易实现的方法。
2.数值模拟概述数值模拟是基于计算流体力学理论，利用先进的数学方法，借助计算机软件的精确计算、模拟流动现象并获得流体产生的作用的一种技术。
这一技术被广泛应用与航空、机械、气象、工程等领域。
随着计算技术的发展，近年来数值模拟在建筑抗风设计有了广泛应用，它可以模拟抗风设计中的基本风俗、设计风速、风压、风力及响应；和传统的风洞试验相比数值模拟技术既可以实现建筑的全尺寸模拟得到较高精度的模拟结果，还可以获得比较完整的模拟数据，更重要的是模拟的方法简单方便，成本较低。
建筑结构风荷载的三维数值模拟
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文章编号 ：０ ８—３ １ （ ０ ６ ０ — １ １０ ８ ２ ２０ ） １ ０ ６一ｏ ２
建筑结 构风荷 载 的三维数值模 拟
张 岩 王万德
１０２ ） １２ １ （ 宁省交通 高等专科学校， 宁沈阳 辽 辽
摘
要
本文介 绍了建筑结构风栽的三维数值模 拟的湍流模型 ， 出了三维不可压 缩流的 时均化 方程 、 续 列 连
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高层建筑施工中的风荷载分析与抗风设计
高层建筑施工中的风荷载分析与抗风设计高层建筑的施工过程中，风荷载是一个需要重视的问题。
在设计和施工阶段，风荷载的准确分析和抗风设计是确保建筑物安全稳定的重要因素。
本文将介绍高层建筑施工中的风荷载分析方法和抗风设计原则。
一、风荷载的分析方法风荷载的分析需要考虑建筑物的特点、地理位置以及使用情况等因素。
以下是几种常用的风荷载分析方法：1.1 等效静力法等效静力法是一种常用且简便的风荷载分析方法。
该方法基于静力学原理，将风荷载转化为等效的静力作用。
通过计算建筑物表面积与风速的乘积，得出等效的风压力。
然后按照建筑物的结构特点和风向等因素计算风荷载的分布情况。
1.2 风洞试验风洞试验是一种精确测量风荷载的方法。
通过在实验室中复制实际风场环境，通过测量风速和压力等数据来分析风荷载的分布情况。
这种方法可以考虑建筑物的形状、尺寸、细节等因素，提供更加准确的风荷载数据。
1.3 数值模拟数值模拟是一种基于计算机模型进行风荷载分析的方法。
通过建立建筑物的三维模型，并使用计算流体力学方法，模拟风场的流动情况，得出风荷载的分布。
这种方法可以考虑复杂的建筑物形状和细节，提供更为准确的风荷载数据。
二、抗风设计原则在进行抗风设计时，需要遵循一些重要原则，以确保高层建筑的安全性和稳定性：2.1 结构合理性高层建筑的结构设计应合理布置，结构强度和刚度满足设计要求。
采用合理的结构形式，如框架结构、筒体结构等，以提供足够的抗风能力。
2.2 强度设计高层建筑的结构应具备足够的强度，能够抵御风荷载的作用。
在设计阶段，应根据风荷载的计算结果，合理选择材料和构件的抗风性能，确保结构的安全可靠。
2.3 排列布置高层建筑的建筑形态和排布布置应考虑降低风阻力，减小风压力的作用。
合理设置建筑物的开口和凹凸部位，以降低风荷载的影响。
2.4 风挡设施在高层建筑的设计和施工过程中，可以采用风挡设施来减小风荷载的作用。
例如，在建筑物周围设置挡风墙、遮阳板等结构，以提供有效的风防措施。
风荷载计算方法
风荷载计算方法风荷载计算方法是针对建筑物在面临自然环境中风的影响时所采用的一种计算方法。
在该方法中，需要考虑到建筑物的形状、结构、高度以及环境中风的速度、方向和形态等因素。
在风荷载计算方法中，风是建筑物需要面临的最重要的自然环境因素之一。
建筑物所受到的风荷载是由风对建筑物表面造成的压力和力矩所引起的。
风的速度、方向和形态均会影响到建筑物所受到的风荷载大小和方向。
因此，在进行风荷载计算时，需要考虑到建筑物的形状、结构和高度等因素，同时也需要确定环境中的风速梯度和风向等影响因素。
主要的风荷载计算方法有几种，其中一般都是依据建筑物的形状和所处的环境来确定的。
以下是三种主要的风荷载计算方法：1.平面上的压力系数法平面上的压力系数法是通过建筑物平面面积所受风压力系数的计算，来得出建筑物所受到的风荷载大小和方向。
该方法适用于规则形状的建筑，如长方形、正方形等。
在计算过程中，需要确定压力系数和风速，然后通过计算可以得出风荷载。
2.体型系数法体型系数法是通过建筑物在统一比例下的实物模型，来计算建筑物所受到的风荷载。
该方法适用于比较规则的建筑物，如楼房、塔等。
在计算过程中，需要确定建筑物在实物模型上的体型系数和风速，通过计算可以得出建筑物所受到的风荷载大小和方向。
3.数值模拟法数值模拟法是通过建筑物的复杂形状和结构，通过计算机对空气流动的模拟以得出建筑物所受到的风荷载。
该方法适用于比较复杂的建筑物，如立交桥、大型建筑等。
在计算中，需要先对建筑物进行数字化建模，然后通过数值模拟来得出建筑物所受到的风荷载大小和方向。
在进行风荷载计算时，需要注意将其纳入到结构设计和校核中，以确保建筑物的结构强度和安全性。
同时，也需要根据不同地区的气象环境和风场要素，对风荷载的计算方法进行相应的修正和调整。
高层建筑中的建筑模拟技术
高层建筑中的建筑模拟技术在现代高层建筑的设计与建造过程中，建筑模拟技术起到了重要的作用。
利用建筑模拟技术可以对建筑结构、风力、地震等因素进行模拟分析，为高层建筑的设计提供了重要参考。
本文将对高层建筑中常用的建筑模拟技术进行介绍，并讨论其在设计中的应用。
一、结构模拟技术高层建筑的结构承受着巨大的力学压力，因此在设计之前进行结构模拟是非常重要的。
常用的结构模拟技术有有限元分析、计算流体力学等。
有限元分析是一种将实际模型离散化为有限个节点，通过计算节点之间的相互关系来分析结构响应的方法。
计算流体力学则是通过模拟流体在建筑内部的流动来分析建筑结构的受力情况。
结构模拟技术可以帮助设计师预测高层建筑在不同工况下的受力情况，有效避免可能的结构问题。
同时，结构模拟技术还可以优化建筑的结构设计，提升其稳定性和安全性。
二、风力模拟技术高层建筑在面对风力的作用时，容易受到风振效应的影响。
为了避免这种风振效应对建筑的不良影响，高层建筑在设计阶段需要进行风力模拟分析。
风力模拟技术主要通过数值模拟和物理模型试验两种方法来进行。
数值模拟是通过计算机模拟风场对建筑的作用情况，从而得到建筑受力情况的一种方法。
物理模型试验则是通过制作建筑的缩比模型，将其置于大风试验设备中进行试验，以获得真实的风载荷。
风力模拟技术可以为建筑设计提供准确的风荷载数据，对风振问题进行评估和优化，并指导高层建筑的结构设计和防风措施的制定。
三、地震模拟技术地震是高层建筑所面临的另一个重要挑战。
为了保证高层建筑在地震中的安全性，地震模拟技术成为必不可少的手段。
地震模拟技术主要采用数值模拟和物理模型试验两种方法进行。
数值模拟通过计算机模拟地震波对建筑的作用，得到建筑的受力情况。
物理模型试验则是通过制作建筑的缩比模型，将其置于地震模拟设备中进行试验，以评估建筑的地震响应。
地震模拟技术可以帮助设计师了解高层建筑在地震中所面临的风险，为其结构设计和抗震设计提供重要参考，提高高层建筑的抗震性能。
高层建筑风荷载的数值模拟计算
高层建筑风荷载的数值模拟计算一、高层建筑风荷载概述高层建筑由于其高度和结构特点，在设计和施工过程中，必须考虑风荷载的影响。
风荷载是指风对建筑物产生的压力和吸力，它对建筑物的稳定性和安全性具有重要影响。
随着城市化进程的加快，高层建筑日益增多，对高层建筑风荷载的研究也日益深入。
1.1 高层建筑风荷载的特点高层建筑风荷载具有以下特点：- 动态性：风荷载随时间变化，具有不确定性。
- 非线性：风荷载与风速、建筑物形状和尺寸等因素的关系复杂。
- 空间分布性：风荷载在建筑物表面的空间分布不均匀。
1.2 高层建筑风荷载的影响因素影响高层建筑风荷载的因素主要包括：- 风速：风速的高低直接影响风荷载的大小。
- 风向：不同风向对建筑物的风荷载有不同的影响。
- 建筑物形状：建筑物的形状和尺寸会影响风荷载的分布。
- 周围环境：建筑物周围的地形、建筑物等环境因素也会对风荷载产生影响。
二、高层建筑风荷载的数值模拟计算方法数值模拟计算是研究高层建筑风荷载的重要手段。
通过数值模拟，可以更准确地预测和分析风荷载对高层建筑的影响。
2.1 数值模拟计算的理论基础数值模拟计算的理论基础主要包括：- 流体力学：研究风荷载的产生机理和传播过程。
- 结构力学：分析风荷载对建筑物结构的影响。
- 概率论与数理统计：分析风荷载的不确定性和随机性。
2.2 数值模拟计算的方法常用的数值模拟计算方法有：- 有限元方法：通过离散化手段，将连续的流体域和结构域转化为有限元模型，进行数值计算。
- 计算流体动力学(CFD)：采用数值方法求解流体力学的控制方程，模拟风荷载的产生和传播过程。
- 蒙特卡洛模拟：利用随机抽样技术，模拟风荷载的不确定性和随机性。
2.3 数值模拟计算的步骤数值模拟计算的一般步骤包括：- 建立模型：根据建筑物的实际情况，建立风荷载作用下的流体域和结构域模型。
- 确定参数：确定风速、风向、建筑物形状等参数。
- 进行计算：采用数值方法进行计算，得到风荷载的分布和大小。
建筑物风荷载体型系数的数值模拟
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高层建筑三维定常风场数值模拟
高层建筑三维定常风场数值模拟随着城市化进程的加快，高层建筑在城市中的比例日益增加。
高层建筑在获得良好视野和土地利用率的也面临着风荷载问题。
因此，对高层建筑三维定常风场进行数值模拟具有重要意义。
本文将介绍高层建筑三维定常风场数值模拟的研究现状、存在的问题，并探讨相应的研究方法和实验设计。
在国内外相关领域的研究中，高层建筑三维定常风场数值模拟已经成为一个热点话题。
研究者们利用不同的数值方法和模型对高层建筑的风场进行了大量研究。
然而，由于高层建筑的风场具有复杂的三维特征，如何准确模拟风场仍然是一个挑战。
当前研究中还存在诸如风场参数选取缺乏标准化、计算效率低下等问题。
为了更好地研究高层建筑三维定常风场，本文采用了计算流体动力学（CFD）方法进行数值模拟。
建立高层建筑的三维模型，并考虑建筑物周围的自然环境和地形因素。
然后，利用CFD软件对风场进行数值模拟，通过求解流体动力学方程组得到风场的详细信息。
在模型构建过程中，采用了湍流模型来描述风场的湍流特性，并采用了适当的边界条件和初始条件来保证模拟的准确性。
在实验设计与结果分析方面，本文选取了一个真实的高层建筑为研究对象，通过CFD方法模拟了三维定常风场，并得到了建筑物表面的风速和风压分布情况。
同时，将模拟结果与风洞实验数据进行对比，发现二者具有良好的一致性。
从而证明了本文所使用的CFD方法在高层建筑三维定常风场数值模拟中的有效性和准确性。
本文通过对高层建筑三维定常风场数值模拟的研究，提出了基于CFD 方法的数值模拟方案，并成功应用于真实高层建筑的定常风场模拟。
模拟结果与风洞实验数据具有良好的一致性，验证了本文所使用方法的准确性和有效性。
然而，高层建筑三维定常风场数值模拟仍然面临许多问题和挑战。
比如，如何进一步提高计算效率，减少计算时间，以及如何处理复杂的地形和建筑物形状等问题。
未来可以针对这些问题开展更深入的研究，为高层建筑的风场模拟提供更为准确和高效的方法。
建筑物风荷载的数值模拟
建筑物风荷载的数值模拟
钟震西
【期刊名称】《建材世界》
【年(卷),期】2007(028)004
【摘要】目前,风洞实验是研究建筑物风荷载的最主要的一种方法,其合理性、可靠性已经得到了广泛的认同,但它也存在着很多不足之处,如费用高、周期长等等.近年来发展起来的建筑物风荷载数值模拟技术在这方面表现得非常活跃,国内外研究者们已经取得了令人鼓舞的成绩,但要以数值模拟取代风洞实验也尚有许多研究工作未开展或研究不透彻.随着模拟技术的发展以及计算机硬件水平的提高,数值风洞技术将具有广阔的前景.
【总页数】3页(P120-122)
【作者】钟震西
【作者单位】上海建科建筑设计院有限公司,上海,200032
【正文语种】中文
【中图分类】TU2
【相关文献】
1.建筑物风荷载体型系数的数值模拟 [J], 王彩华;吴剑锋;辛亚军
2.建筑物风荷载环境数值模拟研究 [J], 吴延峰;苏经宇;王志涛;王威
3.高层建筑物顶部风荷载监测方案设计 [J], 张苏豫
4.高层建筑物表面风荷载数值模拟研究 [J], 刘程鹏
5.湍流模型对建筑物风荷载体型系数数值模拟的影响 [J], 吴剑锋;王彩华;张文福
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建筑风荷载数值模拟简介
本文简单介绍了风荷载数值模拟在实际工程中的应用，然后结合计算风工程的相关理论采用流体计算软件Fluent对一双坡屋面房屋进行实例试算，将计算得出的建筑风压系数同各国设计规范的推荐值对比，计算结果基本上与各国规范的平均值较接近，可为工程设计人员在实际应用中提供参考。
标签：风荷载数值模拟；Fluent
在一般民用建筑工程结构设计中，建筑的风荷载体型系数一般由《建筑结构荷载规范》中查表得出。
但随着我国经济水平的不断提升和建筑行业的不断发展，各类造型的新式建筑不断涌现，数值模拟逐渐成为分析建筑风荷载一种经济有效的手段。
本文将对CFD软件Fluent进行初步介绍，并通过分析简单的房屋实例模型计算结果与规范给出的风压系数进行对比，给广大工程设计人员应用数值模拟提供参考。
1、Fluent简介
Fluent是一款常用于风荷载数值模拟计算的大型商业软件。
流体连续性方程和Navier-Stokes方程是风工程数值模拟的基本方程，借助计算机的能力可以对基本方程进行离散化处理，并获得方程的离散解，因此可以对大气中风流动情况进行较准确地模拟，不但解决一般的绕流风场问题，还能解决一些风洞试验和场地实测等传统方法不能解决的问题。
Fluent程序提供多种二维面单元和三维体单元，对较大梯度的流场的精确求解提供了强大的适应能力。
同时，网格可以根据计算精度需要和观测重点的不同，在局部区域加密网格，达到计算精度和计算时间的协调。
1.1程序的主要模块[1]
①Gambit：前處理模块，来建立计算模型和网格划分；
②Fluent：求解器，对整个模型进行流动数值模拟计算；
③TGrid：根据现有的边界网格来生成体网格；
④Filters：开放接口，用于从其他程序模型来生成Fluent数据格式。
1.2用Fluent软件进行模型计算的步骤
首先根据需要确定流动区域的形状和大小，通过Gambit模块建立此计算区域并对各边界面进行网格划分，之后TGrid会对计算流域内自动进行二维或三维的网格生成，并生成Flunet的计算数据；进入Fluent模块对求解器的参数进行设置，包括选择求解方程、输入流体物理性质、设定边界类型和条件，然后确定
初始条件和收敛标准后开始整体模型的收敛求解计算，最后根据需要选取计算结果进行后处理。
2、双坡屋面房屋进行风压数值模拟计算实例
2.1计算模型和网格设置
采用Gambit进行建模之前首先要确定计算流域，计算流域的大小根据求解对象的尺寸有关，对建筑风工程来说，建议大于房屋长、宽、高的20倍、10倍和12倍，计算流域相对于房屋越大，对房屋模型附近流态的影响越小。
房屋模型宜设置于整个计算区域的前端三分之一处，使模型达到计算域对阻塞率小于3%的要求。
在对计算区域划分网格时，采用具有良好适应性的四面体网格。
为了节省计算时间和提高计算精度，网格在房屋周边适当加密，在远离房屋区域稀疏，整个分析模型的单元数量在20万个左右。
2.2选取边界条件
①入口条件：假定风的流动为不可压缩流，边界条件设定为速度进口边界条件。
因为此次计算的对象为低层房屋，对风速沿高度的变化基本可以忽略，为简化条件，流域入口的风速取值28m/s，不随高度变化而变化。
②出口条件：出流面的空气流动完全由区域内部外推得到，并且不对上流造成任何影响，所以采用完全发展的出流边界条件。
③顶部和两侧条件：模型假定在此三面边界上和外部没有任何物理量的交换，故采用对称边界条件。
④地面和房屋表面边界条件：此为固体和流体的区分边界。
采用无滑移的壁面条件。
⑤壁面函数：固体周边的流场非常复杂，包括撞击、分离，附和、漩涡和环绕等因素，壁面对湍流的影响很大。
对于建筑物周围的流场，一般属于高雷诺数流动，可以选用非平衡壁面函数来模拟房屋周边气流的复杂流动，并有较高的计算精度[2]。
2.3求解器各项参数设置
湍流模型选用Realizble k-ε进行数值模拟。
离散后的控制方程采用分离式解法求解，为了提高计算的精度，控制方程中的对流选项中选用二阶迎风格式离散。
由于不考虑热量交换，关闭能量方程。
采用SIMPLEC 解法并配合较小的欠松弛系数进行速度压力耦合。
模拟过程中收敛标准采用残差收敛，设定收敛值为10- 5，并且监测房屋表面风压基本不变化时，计算流场一般可以认为已进入稳定状态，得到最终收敛解。
2.4规范值与计算结果的对比
根据Flunet计算给出的房屋表面的风压，可以转换成规范的风压系数Cp，转换公式如下：
式中ρ为气体的密度；v0为参考高度处风速；p为计算得出的房屋表面的绝对压力。
本文采用上面介绍的数值模拟方法，对一典型双坡屋面（，，）计算其各个表面的风压系数，并将各个表面的平均风压系数与各国规范建议的值进行对比，结果如下表。
表1典型双坡屋面Fluent计算结果同各国规范中风压系数对比
根据上表的对比，可以看出，在迎风面上用Fluent数值模拟计算取得的结果比较符合各国规范给出的值，在背风面和侧风面，各国的规范给出的值本身差距较大，而Fluent的计算结果同各国规范的平均值基本较为接近。
可以认为，采用Fluent数值模拟计算建筑风压系数的结构有较大的可靠性，在实际工程应用中可提供一定的参考和借鉴价值。
结语：
本文简单介绍了风荷载数值模拟在实际工程中的应用，然后结合计算风工程的相关理论采用流体计算软件Fluent对一双坡屋面房屋进行实例试算，将计算得出的建筑风压系数同各国设计规范的推荐值对比，计算结果基本上与各国规范的平均值较接近，可为工程设计人员在实际应用中提供参考。
参考文献：
[1]FLTTENT 6.1 User’s Guide[M]. Fluent Inc，.
[2]杨伟，顾明.高层建筑三维定常风场数值模拟[J].同济大学学报：自然科学版.2003，31，（6）：647-651.。