復(fù)雜樹狀結(jié)構(gòu)與樹木擋風(fēng)效應(yīng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了創(chuàng)造更為舒適的生活居住環(huán)境，一般會通過種植綠色植被或者樹木來改善房屋周邊的風(fēng)環(huán)境以及熱環(huán)境。當(dāng)近地風(fēng)流經(jīng)樹木的過程中，其下游區(qū)域氣流的能量逐步損失，來流風(fēng)速會逐步減小，同時其湍流強(qiáng)度會有所增加。在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程以往的研究中一般都忽略建筑物附近樹木對其所受風(fēng)荷載的影響，而是將這種擋風(fēng)效應(yīng)劃分到不同的場地類別加以考慮，這點針對超高層建筑和大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)是合理的，但對于低矮房屋，尤其是當(dāng)其與附近樹木植被距離較近，高度相當(dāng)?shù)臅r候，樹木對低矮房屋

2、的影響就不應(yīng)被忽視了。同樣，樹木的存在也會對群體建筑的風(fēng)環(huán)境情況產(chǎn)生一定的影響。鑒于此，研究人員有必要采用某種恰當(dāng)?shù)氖侄螌嶋H樹木的擋風(fēng)性能進(jìn)行研究。首先，本文主要采用CFD數(shù)值模擬方法對一新型的復(fù)雜樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了數(shù)值模擬，探討了數(shù)值模擬方法模擬實際工程的可行性與精確性。同時，對樹木的擋風(fēng)性能在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　(1)以珠海市華發(fā)藝術(shù)館為工程背景，對工程中的復(fù)雜樹狀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了風(fēng)洞試驗與CFD數(shù)值模擬對比研究

3、。數(shù)值模擬中著重對其中兩個典型樹狀結(jié)構(gòu)樹冠部分的平均風(fēng)壓分布進(jìn)行了研究分析，研究結(jié)果表明:數(shù)值模擬計算方法能夠較為準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)雜結(jié)構(gòu)平均風(fēng)壓的分布，且單體與群體工況的風(fēng)洞試驗與數(shù)值模擬結(jié)果都顯示各樹樹冠部分的風(fēng)壓分布受附近樹狀結(jié)構(gòu)以及藝術(shù)館的干擾較大。同時，結(jié)合珠海市多年氣象資料對藝術(shù)館主樓的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了研究，結(jié)果可知:藝術(shù)館整體風(fēng)環(huán)境情況較好，僅在部分區(qū)域由于“狹管效應(yīng)”出現(xiàn)了風(fēng)速比較大的情況。
　　(2)為了研究樹木對低矮房屋

4、擋風(fēng)性能的影響，采用編譯UDF的方法修改了動量、湍動能和湍流耗散率方程中的附加源項來模擬風(fēng)經(jīng)過樹木后的繞流情況，結(jié)果表明:附加源項方法可以較好地預(yù)測近地風(fēng)流經(jīng)樹木后的繞流情況，雖然在樹木下游區(qū)域的某些位置模擬值與實測值存在一定的差異，所得結(jié)果的精度已經(jīng)能夠滿足實際要求。同時，通過控制樹木與房屋的距離、樹木的高度和樹木的透孔率等參數(shù)，系統(tǒng)地研究了樹木對一低矮房屋擋風(fēng)性能的影響，結(jié)果顯示:樹木對低矮房屋屋面迎風(fēng)區(qū)域所受風(fēng)荷載的影響較大，背風(fēng)

5、區(qū)域的影響較小;從屋面的劃分情況來看，低矮房屋的屋脊區(qū)域較屋面其他區(qū)域而言，受附近樹木的影響較小?？傮w而言，樹木對低矮房屋的擋風(fēng)效應(yīng)是較為顯著的，對減小屋面風(fēng)荷載具有積極的意義。
　　(3)對某高層住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境情況進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，采用合理種植樹木的方法對該住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計研究，模擬過程中將樹木定義為多孔介質(zhì)域，以此來解決劃分網(wǎng)格的難度問題，結(jié)果表明:植被的存在合理地增加了小區(qū)內(nèi)部的氣流流動的復(fù)雜程度，有效地