運(yùn)動(dòng)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(duì)象之一。近年來(lái)，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(shí)有發(fā)生，針對(duì)城市中高層建筑的龍卷風(fēng)災(zāi)害研究開(kāi)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(duì)龍卷風(fēng)動(dòng)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(jì)規(guī)范仍沒(méi)有針對(duì)龍卷風(fēng)給出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(kāi)展研究。
　　本文首先建立了動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)龍卷風(fēng)的數(shù)值風(fēng)場(chǎng)模型，應(yīng)用大渦

2、模擬(LES)方法開(kāi)展了龍卷風(fēng)動(dòng)態(tài)沖擊高層建筑的非定常過(guò)程模擬，對(duì)其漩渦演化及對(duì)高層建筑的沖擊風(fēng)荷載特性開(kāi)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(chǎng)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(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)的數(shù)值風(fēng)場(chǎng)模型中，簡(jiǎn)單采用動(dòng)態(tài)速度邊界條件較難保持龍卷風(fēng)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)區(qū)是一種較簡(jiǎn)便且高效的計(jì)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(dòng)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(shí)，沖擊荷載呈雙峰特征，沖擊效應(yīng)和時(shí)變效應(yīng)相對(duì)較小。相反，沖擊荷載呈多峰特征，時(shí)變性強(qiáng)，沖擊效應(yīng)明顯。同時(shí)，龍卷風(fēng)在沖擊較大尺度建筑時(shí)，主渦會(huì)發(fā)生破裂，形成多個(gè)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(guó)內(nèi)外龍卷風(fēng)研究中尚未發(fā)現(xiàn)類(lèi)似報(bào)道。
　　3)全尺寸龍卷風(fēng)沖擊高層建筑的載荷