運(yùn)動龍卷風(fēng)沖擊高層建筑數(shù)值模擬.pdf

1、龍卷風(fēng)具有較強(qiáng)的破壞力，是抗風(fēng)減災(zāi)工程重要的防范對象之一。近年來，隨著地球環(huán)境的惡化，龍卷風(fēng)襲擊大型城市的災(zāi)害時有發(fā)生，針對城市中高層建筑的龍卷風(fēng)災(zāi)害研究開始受到重視。已有的研究多集中于實(shí)驗(yàn)尺度模型和準(zhǔn)靜態(tài)荷載，而對龍卷風(fēng)動態(tài)沖擊全尺寸高層的研究還比較少，特別是現(xiàn)行建筑設(shè)計規(guī)范仍沒有針對龍卷風(fēng)給出結(jié)構(gòu)設(shè)計及安全方面的具體要求和方法，迫切需要從理論模擬及實(shí)驗(yàn)等多方面開展研究。
　　本文首先建立了動態(tài)運(yùn)動龍卷風(fēng)的數(shù)值風(fēng)場模型，應(yīng)用大渦

2、模擬(LES)方法開展了龍卷風(fēng)動態(tài)沖擊高層建筑的非定常過程模擬，對其漩渦演化及對高層建筑的沖擊風(fēng)荷載特性開展了初步研究，并與實(shí)驗(yàn)室尺度下的荷載特征進(jìn)行了比較研究，進(jìn)一步搞清了龍卷風(fēng)沖擊不同尺度和形狀的高層建筑流場差異和荷載產(chǎn)生機(jī)理，主要獲得如下結(jié)論:
　　1)在模擬龍卷風(fēng)動態(tài)運(yùn)動的數(shù)值風(fēng)場模型中，簡單采用動態(tài)速度邊界條件較難保持龍卷風(fēng)在運(yùn)動過程中的形態(tài)和強(qiáng)度不變，采用預(yù)設(shè)旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度和速度保持恒定的數(shù)值驅(qū)動區(qū)是一種較簡便且高效的計算方

3、法。
　　2)實(shí)驗(yàn)室尺度下的數(shù)值模擬結(jié)果表明:龍卷風(fēng)動態(tài)沖擊高層建筑，其荷載響應(yīng)特性與建筑尺度有關(guān)。建筑尺度較小時，沖擊荷載呈雙峰特征，沖擊效應(yīng)和時變效應(yīng)相對較小。相反，沖擊荷載呈多峰特征，時變性強(qiáng)，沖擊效應(yīng)明顯。同時，龍卷風(fēng)在沖擊較大尺度建筑時，主渦會發(fā)生破裂，形成多個漩渦。多漩渦之間以及與建筑尾渦相互作用和耦合將導(dǎo)致更大的沖擊荷載。這種力學(xué)現(xiàn)象在國內(nèi)外龍卷風(fēng)研究中尚未發(fā)現(xiàn)類似報道。
　　3)全尺寸龍卷風(fēng)沖擊高層建筑的載荷