建筑物對(duì)屋頂風(fēng)場(chǎng)的影響

李正農(nóng),耿　燕

(湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南長(zhǎng)沙410082)

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建筑物對(duì)屋頂風(fēng)場(chǎng)的影響

李正農(nóng),耿燕

(湖南大學(xué)建筑安全與節(jié)能教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 湖南長(zhǎng)沙410082)

目前，高層建筑臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)的主要方法是在其頂部上架設(shè)風(fēng)速儀獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，但高層建筑物頂部的風(fēng)場(chǎng)將受到其本身的影響，而且其影響程度會(huì)隨著風(fēng)速儀架設(shè)的位置和來(lái)流方向的不同而發(fā)生變化。通過(guò)數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)M實(shí)測(cè)時(shí)的邊界層風(fēng)場(chǎng)，分析高層建筑對(duì)周邊風(fēng)場(chǎng)的影響，對(duì)比風(fēng)向角變化時(shí)建筑物頂面風(fēng)場(chǎng)在兩種方式的吻合情況。研究得出建筑物頂面的風(fēng)速隨高度增加影響逐漸減小，確定了高層建筑風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)風(fēng)速儀架設(shè)的高度和最佳位置。通過(guò)譜合成法生成入口條件，進(jìn)行大渦模擬并研究了高層建筑對(duì)于本身風(fēng)場(chǎng)的影響及與未受干擾的來(lái)流風(fēng)場(chǎng)之間差別，為相似建筑的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)提供參考。

高層建筑;風(fēng)場(chǎng);風(fēng)洞試驗(yàn);數(shù)值模擬

0　引　言

在我國(guó)東南沿海區(qū)域，強(qiáng)臺(tái)風(fēng)登陸常常造成人員傷亡和很大的財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失。但是，關(guān)于沿海區(qū)域不同的地貌類(lèi)型、測(cè)點(diǎn)高度上的大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)特征的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)資料還不太完善，特別是強(qiáng)臺(tái)風(fēng)特征的實(shí)測(cè)還有些缺少。近年來(lái)，隨著結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究的深化，大氣邊界層的風(fēng)場(chǎng)特性的實(shí)測(cè)研究也受到更多的重視[1-3]。目前，對(duì)于臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)比較理想的方法是在建筑物附近設(shè)立獨(dú)立桅桿，再通過(guò)桅桿上安裝的相應(yīng)風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量?jī)x器獲得建筑物附近的來(lái)流風(fēng)場(chǎng)信息[2]。然而，要在建筑前面建立與建筑物有相當(dāng)高度的獨(dú)立桅桿顯然難以實(shí)現(xiàn)。目前高層建筑風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)，主要通過(guò)在高層建筑物頂部上架設(shè)的風(fēng)速儀采集，雖然其實(shí)測(cè)的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)基本上沒(méi)有受到周?chē)h(huán)境的影響，但不可否認(rèn)的是其測(cè)得的風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)將受到其建筑物本身的干擾，而風(fēng)速儀在建筑頂面架設(shè)的位置和高度及來(lái)流方向的不同會(huì)對(duì)風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集產(chǎn)生一定程度的影響。

實(shí)測(cè)表明，高層建筑附近的邊界層風(fēng)場(chǎng)為非定常的，建筑本身的阻流作用增加了來(lái)流的脈動(dòng)效應(yīng)，大尺度脈動(dòng)特征與鈍體結(jié)構(gòu)的建筑外形有關(guān)，比如流體在建筑物邊緣的分離、附著、停滯以及漩渦等。常用的數(shù)值模擬方法[4-6]是模擬定常的大氣邊界層，分析建筑的平均風(fēng)速風(fēng)壓特性，無(wú)法確定脈動(dòng)風(fēng)速和脈動(dòng)風(fēng)壓特性；風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的數(shù)據(jù)[5-9]說(shuō)明，建筑物周?chē)拿}動(dòng)風(fēng)壓的極值可能是平均風(fēng)壓值的幾倍。因此，采用大渦模擬(LES)研究繞流風(fēng)場(chǎng)的脈動(dòng)信息對(duì)于建筑物抗風(fēng)有重要意義。在建筑物流場(chǎng)非定常模擬中，常用的脈動(dòng)入口的合成方法分別為預(yù)前模擬法[10]、旋渦法和譜合成法[11-13]。

本文通過(guò)使用擋板、粗糙元和格柵的設(shè)置,在HD-3風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室中模擬大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)的平均風(fēng)速度剖面、湍流強(qiáng)度剖面和脈動(dòng)風(fēng)特征，并通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬方法進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)和非穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)下的大氣邊界層風(fēng)場(chǎng)特性分析。研究了建筑物頂面的風(fēng)速隨測(cè)點(diǎn)高度變化規(guī)律，確定了高層建筑風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)風(fēng)速儀架設(shè)的最小高度和最佳位置，并分析了高層建筑屋頂架設(shè)的風(fēng)速儀采集的風(fēng)場(chǎng)信息與未受干擾的來(lái)流之間差異,為相似建筑的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)提供參考。本課題組開(kāi)展了某高層建筑的臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)致響應(yīng)的研究，故本次將以某高層建筑來(lái)進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬[1]的研究工作。

圖1　平均風(fēng)速剖面和湍流強(qiáng)度Fig.1　Vertical value of wind speed and turbulence intensity

1　風(fēng)洞試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)是在湖南大學(xué)的HD-3大氣邊界層風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室操作，風(fēng)洞試驗(yàn)段的長(zhǎng)度為12 m、寬度為3.5 m，高度為2.5 m，試驗(yàn)段的平均風(fēng)速0～20 m/s 連續(xù)可調(diào)?？紤]到建筑的尺寸和風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸，試驗(yàn)以某高層建筑為中心進(jìn)行，其尺寸為30.4 m×61.28 m×146.7 m，模型幾何縮尺比為1∶200,截面尺寸為310 mm×154 mm×750 mm。分析高層建筑所處的位置，屬于A類(lèi)地貌,取α=0.12。選用劈尖、粗糙元的設(shè)模擬高層建筑所處的大氣邊界層，測(cè)得平均風(fēng)速剖面和湍流強(qiáng)度如圖1。

選用指數(shù)律形式的表達(dá)式描述平均風(fēng)速剖面為：

(1)

依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行建筑荷載規(guī)范，湍流強(qiáng)度隨高度的分布規(guī)律采用式(2)和式(3)計(jì)算：

(2)

(3)

式中，Iu(z)為z高度處的湍流度；I10為距離地面10 m高度的名義湍流度，此時(shí)A類(lèi)地面粗糙度指數(shù)選用 0.12；z為離地高度；α為地面粗糙度指數(shù)，同式(1)。

1.2試驗(yàn)工況定義

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)風(fēng)速儀架設(shè)在建筑頂面東面位置A處，如圖2所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)用眼鏡蛇測(cè)量模型位置A處實(shí)際距建筑頂面4、8、14和20 m高度處的風(fēng)速值。采用順時(shí)針?lè)较蛟隽慷x風(fēng)向角，每15°采集一次相應(yīng)數(shù)值，總共進(jìn)行了風(fēng)向角為0°～180°的風(fēng)洞試驗(yàn)(圖3)。

圖2風(fēng)洞試驗(yàn)的風(fēng)向角

Fig.2Wind direction angles in the wind tunnel test

圖3風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/p>

Fig.3Wind tunnel test model

2　數(shù)值模型

2.1控制方程

模擬建筑物周?chē)鲌?chǎng)時(shí)，可將選用不可壓縮的粘性牛頓流體，鈍體繞流的控制方程為粘性不可壓連續(xù)方程和Navier-Stokes方程，RANS方法的連續(xù)性方程和動(dòng)量方程為:

(4)

(5)

式中：ui為流體微元體速度場(chǎng)在i方向的分量值；ρ為流體密度；p為風(fēng)壓；Si為ui的源項(xiàng)。

而對(duì)于非定常風(fēng)場(chǎng)，需要采用大渦模擬(LES)。大渦模擬是通過(guò)直接模擬大尺度脈動(dòng)的湍流情況，對(duì)于受流動(dòng)邊界的影響較小的小尺度脈動(dòng)湍流情況，采用亞格子模型描述其動(dòng)量和能量傳遞對(duì)大尺度湍流脈動(dòng)的作用。相對(duì)于RANS方法，LES模擬中沒(méi)有對(duì)時(shí)間取平均，因此能夠真實(shí)描述隨時(shí)間變化的瞬時(shí)流場(chǎng)的詳細(xì)特征。

2.2計(jì)算模型及網(wǎng)格劃分

某高層建筑尺寸為30.4 m×61.28 m×146.7 m，采用足尺建模，計(jì)算流域?yàn)? 070 m(長(zhǎng)) ×600 m(寬) ×450 m(高)，模型放于入口50 m處，數(shù)值模擬時(shí)流場(chǎng)滿(mǎn)足阻塞率小于3%。

劃分網(wǎng)格時(shí)，為達(dá)到高效且不影響計(jì)算精確性要求，決定采用混合離散網(wǎng)格劃分方式。計(jì)算域總體選用六面體網(wǎng)格，建筑物周?chē)男∑瑓^(qū)域選用四面體網(wǎng)格，在離建筑物較遠(yuǎn)的邊緣區(qū)域選用較為稀疏的網(wǎng)格，減小網(wǎng)格數(shù)量。由于流體易在建筑物細(xì)部形狀的拐角區(qū)處產(chǎn)生分離，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，為了正確模擬拐角部位分離特性，在建筑物表面采用10層正交網(wǎng)格從而準(zhǔn)確的描述建筑物的復(fù)雜邊界。不同風(fēng)向角下劃分的網(wǎng)格的最小尺寸是0.1 m，網(wǎng)格數(shù)量總數(shù)約為200萬(wàn)左右。0°風(fēng)向?qū)?yīng)的計(jì)算域網(wǎng)格分塊見(jiàn)圖4和圖5。

圖4外部流場(chǎng)網(wǎng)格

Fig.4Grid distributions of wind field

圖5建筑附近網(wǎng)格

Fig.5Grid distributions near the building surfaces

2.3邊界條件的設(shè)定

首先分析高層建筑在定常邊界條件下的風(fēng)場(chǎng)特性，選用雷諾平均數(shù)值模擬方法(RANS)進(jìn)行數(shù)值模擬。

(6)

②出口條件：選取充分發(fā)展出流邊界條件。

③流域頂部及兩側(cè)：選用自由滑移的壁面。

④建筑物表面和地面：選用無(wú)滑移的壁面條件。

非定常數(shù)值模擬入口采用譜合成(Spectral Synthesizer)法，在考慮脈動(dòng)風(fēng)場(chǎng)的功率譜、相關(guān)性、風(fēng)剖面等參數(shù)的前提下，生成滿(mǎn)足目標(biāo)風(fēng)場(chǎng)湍流特性的隨機(jī)序列數(shù)，準(zhǔn)確的模擬大渦模擬入口處的脈動(dòng)信息。風(fēng)速譜合成法[14]是先對(duì)目標(biāo)譜做傅里葉變換(FFT)后求和來(lái)模擬點(diǎn)的脈動(dòng)風(fēng)速。脈動(dòng)風(fēng)速的公式：

(7)

入口風(fēng)速時(shí)程的平均風(fēng)速剖面采用指數(shù)分布風(fēng)剖面公式，與定常數(shù)值模擬的參數(shù)一致。將平均風(fēng)速條件和脈動(dòng)風(fēng)速相加即為非定常風(fēng)速入口。

u(y,t)=U(y)+u′(y,t)，

(8)

其中:u為風(fēng)速,U是平均風(fēng)速,u′為脈動(dòng)風(fēng)速。

采用大渦模擬A類(lèi)風(fēng)場(chǎng)，在計(jì)算域進(jìn)口處沿高度方向設(shè)置監(jiān)控點(diǎn)，平均風(fēng)速度剖面和湍流強(qiáng)度剖面見(jiàn)圖6。

圖6　入口風(fēng)速、湍流強(qiáng)度剖面

圖7　大渦模擬的風(fēng)速功率譜Fig.7　Spectrum generated by LES

大渦模擬的風(fēng)速譜及Von Karman譜見(jiàn)圖7，可知大渦模擬的風(fēng)速譜和Von Karman譜基本吻合，即入口邊界處的湍流脈動(dòng)特性能夠真實(shí)地模擬大氣邊界層的脈動(dòng)特性。

在大渦模擬中，亞格子模型選用Smagorinsky-Lilly模型，近壁面的繞流特征選擇非平衡壁面函數(shù)模擬。選用3D單精度、分離式求解器, 氣體模型采用不可壓縮的常密度空氣,選擇二階迎風(fēng)格式模擬對(duì)流項(xiàng)的離散, 選擇SIMPLEC 算法求解速度和壓力場(chǎng)。初場(chǎng)計(jì)算選取RANS湍流模型的定常計(jì)算結(jié)果，并且進(jìn)行瞬態(tài)化處理，選取的非定常的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)為0.005 s，全部控制方程的相對(duì)迭代殘差值都小于1×10-4, 并且建筑物表面的壓力系數(shù)不再發(fā)生改變時(shí),可認(rèn)定為流場(chǎng)達(dá)到了穩(wěn)態(tài)，迭代計(jì)算完成。

3　數(shù)值模擬結(jié)果及其同風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的比較與分析

3.1數(shù)值模擬獲得的建筑物頂面流速及流線

圖8為0°和90°時(shí)的流線圖的風(fēng)速儀所在的ZX平面的風(fēng)速矢量圖，由圖8發(fā)現(xiàn)，流線在建筑頂部和兩側(cè)都出現(xiàn)了明顯的分離繞流現(xiàn)象，由于繞流，建筑頂面都出現(xiàn)的局部風(fēng)速較來(lái)流增大的情況。同時(shí)可以看出由于繞流，在距離建筑頂面較低的位置風(fēng)速明顯會(huì)下降，即在距離建筑頂面較低區(qū)域處于繞流的下部，風(fēng)速會(huì)較來(lái)流明顯減小。

(a) 0°風(fēng)向角

(b) 90°風(fēng)向角

圖8風(fēng)速矢量圖

Fig.8Figure of streamline and velocity contour

圖9　各風(fēng)向角下測(cè)點(diǎn)不同高度的風(fēng)速值Fig.9　Measuring point velocity value at vary wind angle

由圖9可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)風(fēng)速儀位于來(lái)流方向離建筑邊緣較近的部位時(shí)，如風(fēng)向角為60°、90°、120°時(shí)，數(shù)值模擬下的風(fēng)速值接近理論值，繞流的影響較?。划?dāng)風(fēng)速儀位于來(lái)流方向離建筑邊緣較遠(yuǎn)的部位時(shí)，如風(fēng)向角為0°、180°時(shí)，風(fēng)速隨高度變化較大，繞流的影響較大，此時(shí)風(fēng)速儀應(yīng)架設(shè)在較高部位。

3.2數(shù)值模擬結(jié)果與風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比

風(fēng)洞試驗(yàn)將風(fēng)場(chǎng)調(diào)試好后先測(cè)量出有模型時(shí)其位置A處實(shí)際為4、8、14和20 m高度處的風(fēng)速。然后測(cè)量位置A處相應(yīng)高度無(wú)模型，即未受建筑影響的來(lái)流相應(yīng)高度風(fēng)速，下文中的高度為風(fēng)速儀實(shí)際距離建筑頂面的高度。選取了離建筑物頂面14 m和20 m處的不同風(fēng)向角下風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬的風(fēng)速值分析，從圖10和圖11中得知隨著風(fēng)向角的增大，數(shù)值模擬下的風(fēng)速有先減小后逐漸增大的趨勢(shì)，而且與風(fēng)洞試驗(yàn)隨風(fēng)向角的變化一致；并隨著高度增加兩種情況下風(fēng)速差值減小，可以認(rèn)為數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)吻合較好，都能反應(yīng)來(lái)流受建筑本身影響后屋頂風(fēng)場(chǎng)的擾動(dòng)情況。

由圖11可以看出，在離建筑物頂面20 m高度處，當(dāng)風(fēng)速儀位于來(lái)流方向離建筑邊緣較遠(yuǎn)的部位時(shí)，如風(fēng)向角為60°、90°、120°時(shí)，數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)的風(fēng)速值都與無(wú)模型工況的風(fēng)速值接近，繞流的影響較?。划?dāng)風(fēng)速儀位于來(lái)流方向離建筑邊緣較遠(yuǎn)的部位時(shí)，如風(fēng)向角為0°、180°時(shí)，風(fēng)速隨高度變化較大，繞流的影響較大，開(kāi)展實(shí)測(cè)研究時(shí)風(fēng)速儀應(yīng)架設(shè)在較高部位。

圖10屋頂14 m處風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬的風(fēng)速

Fig.10The velocity of wind tunnel test and numerical simulation at 14 m

圖11屋頂20 m處風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬的風(fēng)速

Fig.11The velocity of wind tunnel test and numerical simulation at 20 m

3.3建筑物自身影響

為了方便風(fēng)洞試驗(yàn)和數(shù)值模擬對(duì)比，采用受建筑模型影響后相應(yīng)高度風(fēng)速與來(lái)流相應(yīng)高度處風(fēng)速增大系數(shù)C表示，具體計(jì)算公式如下；

(9)

圖12　風(fēng)洞試驗(yàn)的C值Fig.12　C value of wind tunnel test

其中v為受建筑模型影響時(shí)相應(yīng)高度的風(fēng)速，v0為無(wú)模型時(shí)的相應(yīng)高度的風(fēng)速即未受建筑影響的來(lái)流風(fēng)速。由圖12可知，在4 m到20 m這段范圍內(nèi)，其增大系數(shù)C都出現(xiàn)了先增大后減小的情況，這可能是來(lái)流受建筑影響出現(xiàn)繞流引起的。值得注意的是風(fēng)洞試驗(yàn)系數(shù)C在高度較低時(shí)出現(xiàn)了負(fù)值，說(shuō)明屋頂風(fēng)場(chǎng)在離建筑物頂面附近處風(fēng)速出現(xiàn)了比來(lái)流小的情況。任何角度下，隨著距離建筑頂面的距離的增大，位置A處的風(fēng)速將會(huì)逐漸與來(lái)流風(fēng)速接近，即隨著距離的增大，建筑對(duì)來(lái)流的影響會(huì)下降。

系數(shù)C的數(shù)值上看，在60°到120°風(fēng)向角范圍內(nèi)，系數(shù)C的絕對(duì)值都不會(huì)大于5%，說(shuō)明在這種風(fēng)向角范圍內(nèi)，該位置處建筑頂面風(fēng)速與來(lái)流不會(huì)產(chǎn)生較大的差異；而在0°和180°時(shí)，風(fēng)速儀距離來(lái)流方向建筑邊緣較遠(yuǎn)，系數(shù)C的絕對(duì)值基本在10%以上，即使在距離建筑頂面20 m時(shí)，系數(shù)C也在10%左右，所以在架設(shè)風(fēng)速儀時(shí)應(yīng)注意來(lái)流風(fēng)向，減少測(cè)量過(guò)程中建筑物的阻擾對(duì)來(lái)流風(fēng)速的影響。

3.4大渦模擬分析屋頂風(fēng)場(chǎng)

在建筑頂部實(shí)測(cè)點(diǎn)A處沿高度方向布置40個(gè)測(cè)點(diǎn)，共監(jiān)測(cè)建筑頂面至40 m高度的風(fēng)速時(shí)程。對(duì)比圖13和圖14可知，由于建筑物自身的干擾作用，距離建筑頂部高度較近處平均風(fēng)速較?。浑S高度逐漸增加測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速值先變大后減小。當(dāng)距建筑頂面的高度大于30 m時(shí)，建筑物自身對(duì)來(lái)流的平均風(fēng)速值的影響較小。風(fēng)向角為0°和180°時(shí)，由于建筑局部外形影響，距離建筑頂部高度較近處風(fēng)速變化較大，隨著高度增加風(fēng)速變化逐漸減小；定常模擬結(jié)果和大渦模擬的平均風(fēng)速計(jì)算結(jié)果一致。

圖13定常模擬A點(diǎn)平均風(fēng)速

Fig.13Mean wind velocity of steady state simulation at pointA

圖14大渦模擬A點(diǎn)平均風(fēng)速

Fig.14Mean wind velocity by LES at pointA

圖15　建筑頂部A點(diǎn)湍流強(qiáng)度Fig.15　Turbulence intensity at point A

由圖15可看出，距離建筑頂部高度較近處湍流強(qiáng)度較大；隨高度增加，湍流強(qiáng)度逐漸減小。風(fēng)向角為0°和180°時(shí)，由于建筑局部高度的影響，距離建筑頂部高度較近處湍流強(qiáng)度較大，隨高度增加，湍流強(qiáng)度逐漸減小。

4　結(jié)　語(yǔ)

本文通過(guò)數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)找到高層建筑風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)時(shí)風(fēng)速儀架設(shè)的最佳位置和高度，并期待為相似建筑的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)提供參考，主要得出了以下結(jié)論：

①數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果能夠較好的吻合，說(shuō)明數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗(yàn)都能用于研究建筑屋頂部風(fēng)場(chǎng)受其本身影響。

②當(dāng)風(fēng)速儀安裝位置位于來(lái)流方向建筑邊緣處時(shí)，只要將風(fēng)速儀安裝在距離建筑頂面14 m以上，就能獲得與來(lái)流相同高度較為接近的風(fēng)速。

③當(dāng)風(fēng)速儀安裝位置距離來(lái)流風(fēng)向建筑邊緣較遠(yuǎn)時(shí)，受建筑物自身影響，測(cè)得的風(fēng)速與來(lái)流風(fēng)速有較大的差異。應(yīng)考慮來(lái)流風(fēng)向角的影響，在風(fēng)向角為60°到120°范圍內(nèi)，可以降低建筑物自身對(duì)來(lái)流的作用，減少對(duì)屋頂風(fēng)場(chǎng)的影響。

④由于建筑物頂部測(cè)點(diǎn)高度增大，頂部風(fēng)場(chǎng)的平均風(fēng)速值先變大后減??；而湍流強(qiáng)度在建筑物頂部附近較大，隨高度增加逐漸減小，建筑物對(duì)風(fēng)場(chǎng)的影響逐漸減弱。

[1]李正農(nóng), 羅疊峰, 史文海,等.臺(tái)風(fēng)“鲇魚(yú)”作用下廈門(mén)沿海某超高層建筑風(fēng)壓特性的風(fēng)洞試驗(yàn)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)對(duì)比研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2012, 33(1):10-17.

[2]羅疊峰,李正農(nóng),回憶.海邊三棟相鄰高層建筑頂部臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2014,35(12):133-139.

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[4]李正農(nóng),王尚雨.某體育館屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)及風(fēng)振系數(shù)研究[J]. 廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2016,41(1):29-35.

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(責(zé)任編輯唐漢民梁碧芬)

Influence of building roof on its wind field

LI Zheng-nong, GENG Yan

(Key Laboratory of Building Safety and Energy Efficiency of the China Ministry of Education， Hunan University，Changsha 410082, China)

Currently, typhoon fields of high-rise buildings are mainly measured by the anemometers erected on the roofs of the buildings. However, the wind field on the roof of high-rise building is affected by the building itself, and the influence changes when the location of anemometer or the direction of incoming flow are different. Numerical simulation and wind tunnel test are used to simulate the wind filed of atmospheric boundary layer in site and to analyze nearby wind field influenced by the building itself, and the agreement of the wind fields on the building’s roof obtained by the two means hereinbefore are also analyzed. It is concluded that the effect of wind speed on the roof of high-rise buildings is gradually decreased with the height. The height and best location of the anemometer are confirmed. By the means of spectrum synthesis method which aims at creating an entrance condition, large eddy simulation (LES) is carried out to explore the effect of high-rise building on its own wind field and compare the differences with and without incoming wind flow, which acts as a reference for similar buildings in the aspect of field measurement.

high-rise buildings; wind field; wind tunnel test; numerical simulation

2016-04-20；

2016-05-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(91215302,51478179)

李正農(nóng)(1962—),男，湖北武漢人，湖南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師;E-mail：zhn88@263.net。

10.13624/j.cnki.issn.1001-7445.2016.0930

TU317

A

1001-7445(2016)04-0930-09

引文格式：李正農(nóng),耿燕.建筑物對(duì)屋頂風(fēng)場(chǎng)的影響[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2016，41(4)：930-938.