【摘要】：由于雷暴沖擊風(fēng)引起的近地面強風(fēng)具有極強的破壞性,結(jié)構(gòu)風(fēng)工程領(lǐng)域較早就開始研究這種極端天氣現(xiàn)象。目前,大多學(xué)者更關(guān)注于雷暴沖擊風(fēng)所引起的近地面強風(fēng)場特征,而關(guān)于山地地區(qū)雷暴沖擊風(fēng)作用下高層建筑的風(fēng)荷載特性的研究比較少見,針對地形參數(shù)對建筑風(fēng)荷載特征的影響規(guī)律就更加少見。因此,本文考慮地形影響,以高層建筑為研究對象,基于風(fēng)洞試驗、雷諾平均法(RANS)和大渦模擬方法(LES)研究了平地和坡地地形高層建筑表面風(fēng)壓分布特性以及地形參數(shù)對建筑風(fēng)荷載特性的影響規(guī)律。主要研究工作包括:(1)平地與坡地地形下,高層建筑層風(fēng)荷載規(guī)律研究。平地地形建筑層阻力系數(shù)沿高度方向各工況變化規(guī)律類似:阻力系數(shù)最大值位于建筑的中下部約1/4高度處,此范圍之上隨著高度的增加,層阻力逐漸減小;最大層風(fēng)荷載出現(xiàn)在1.0~1.25D位置處,而后隨著徑向距離的增加,各層的阻力逐漸減小。對應(yīng)情況下,坡地地形各層阻力都要比平地小,最大層阻力所在的高度也有所降低。與層阻力系數(shù)相比,層升力系數(shù)相對較小。(2)坡地地形對高層建筑風(fēng)荷載影響規(guī)律研究�；赗ANS穩(wěn)態(tài)模擬和LES瞬態(tài)模擬均研究發(fā)現(xiàn)坡地地形高層建筑迎風(fēng)面的風(fēng)壓并沒有加速效應(yīng),地形參數(shù)對風(fēng)壓系數(shù)的大小有較大影響,相比平地地形而言,坡地地形高層建筑迎風(fēng)面的風(fēng)壓反而有所減小。分析迎風(fēng)面風(fēng)壓減小的原因大概有兩方面:一方面,由于地形的存在,垂直于建筑迎風(fēng)面的來流風(fēng)水平風(fēng)速分量有所減小,進而受到來流風(fēng)的撞擊力減小;另一方面,平行于建筑迎風(fēng)面大大增加的豎向風(fēng)速導(dǎo)致速壓增加,二者共同導(dǎo)致坡地地形下建筑迎風(fēng)面的風(fēng)壓系數(shù)有所減小。(3)基于LES瞬態(tài)模擬研究非穩(wěn)態(tài)雷暴風(fēng)作用下建筑物表面風(fēng)壓情況。風(fēng)洞試驗、RANS穩(wěn)態(tài)模擬和LES瞬態(tài)模擬得到的時均層阻力系數(shù)具有較高的吻合度,三種方法相互驗證了此研究結(jié)果的可靠性。而基于LES瞬態(tài)模擬得到的非穩(wěn)態(tài)雷暴風(fēng)風(fēng)荷載波動較大,與平均風(fēng)荷載相比,順風(fēng)向的極值阻力為平均風(fēng)荷載的2.2~2.5倍。因此,在進行工程結(jié)構(gòu)設(shè)計時,若是要考慮雷暴風(fēng)的影響,建議在雷暴風(fēng)平均風(fēng)荷載的基礎(chǔ)上考慮適當(dāng)?shù)姆糯蟆?br/>[Abstract]:Due to the strong wind near the ground caused by thunderstorm, the extreme weather phenomenon has been studied in the field of structural wind engineering. At present, most scholars pay more attention to the characteristics of strong wind field near the ground caused by thunderstorm, but the research on wind load characteristics of high-rise buildings under the impact of thunderstorm in mountainous area is rare. The influence of topographic parameters on the wind load characteristics of buildings is even less common. Therefore, considering the influence of terrain, this paper takes high-rise buildings as the research object, based on wind tunnel test, Reynolds average method (RANS) and large eddy simulation method (LES) are used to study the wind pressure distribution on the surface of high-rise buildings in flat and sloping terrain and the influence of topographic parameters on the wind load characteristics of buildings. The main research work includes: (1) the wind load law of high-rise building under flat and sloping terrain. The variation law of resistance coefficient along the height direction is similar: the maximum resistance coefficient is located at about 1 / 4 height of the middle and lower part of the building, and the layer resistance decreases gradually with the increase of height; The maximum wind load appears at 1.25D, and then decreases with the increase of radial distance. In the corresponding case, the resistance of each layer of slope terrain is smaller than that of flat land, and the height of maximum layer resistance is also reduced. Compared with the layer resistance coefficient, the layer lift coefficient is relatively small. (2) the influence of slope topography on the wind load of high-rise buildings is studied. Based on RANS steady state simulation and LES transient simulation, it is found that wind pressure on the upwind surface of high-rise building in slope terrain has no acceleration effect, and terrain parameters have great influence on wind pressure coefficient, compared with flat terrain. On the contrary, the windward wind pressure of high-rise buildings on slope terrain is reduced. There are two reasons for the reduction of windward wind pressure: on the one hand, due to the existence of topography, the horizontal wind speed component perpendicular to the building upwind surface decreases, and then the impact force of the incoming wind decreases; On the other hand, the vertical wind speed parallel to the increase in the upwind surface of the building results in an increase in the velocity of pressure, Both of them lead to the decrease of building upwind pressure coefficient in slope terrain. (3) based on the LES transient simulation, the wind pressure on the building surface under the unsteady thunderstorm is studied. The results of wind tunnel test, RANS steady state simulation and LES transient simulation show that the time-averaged resistance coefficient has a high consistency. The reliability of the results is verified by the three methods. The wind load fluctuation of unsteady thunderstorm based on LES transient simulation is larger than that of the average wind load, and the extreme resistance in the downwind direction is 2.2 ~ 2. 5 times of the average wind load. Therefore, if the influence of thunderstorm is to be taken into account in the design of engineering structure, it is suggested that appropriate magnification should be considered on the basis of the average wind load of thunderstorm.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TU973.213

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本文編號：2393426