台风作用特性与单体建筑物风压分布模拟分析

论文摘要

我国是台风灾害十分严重的国家之一。每年都有多次台风登陆东南沿海地区,造成了严重的人员伤亡和财产损失。建筑结构的抗台风设计一直是土木工程学界十分关注的课题。目前,大多数建筑物主要依据相关设计规范进行抗风设计。然而现行的结构设计规范中关于风作用的相关规定主要是依据季候风条件下得到的相关数据制定的,依此来进行抗台风设计显然是不尽合理的。本文基于实测得到的台风数据资料,研究台风的风场特性,计算了台风的特征参数,应用FLUENT软件对某单体建筑物进行了三维建模和风压分布的数值模拟分析,为台风影响地区建筑结构的抗台风设计提供参考。主要研究内容如下:首先,提出了10mins平均风速的改进算法。以往算法根据时间分段选取数据样本进行计算,所得结果低估了台风作用;本文提出的改进算法基于记录数据的连续性选取数据样本进行计算,所得结果更加真实可靠;其次,基于2005年第18号台风“Damrey”的实测数据,详细分析了台风作用特性。根据台风资料,在应用改进算法计算10mins平均风速的基础上,分析台风过程中平均风速和风向、湍流强度、湍流积分长度和脉动风速谱等特性;最后,研究了单体建筑物的台风效应数值模拟分析计算与结果比较。应用FLUENT软件对三维单体建筑物在台风作用下的风压力分布进行数值模拟,并将其与我国建筑结构规范中给出的相关规定进行了比较。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的与意义
• 1.3 台风作用国内外发展状况
• 1.3.1 平均风速和风向
• 1.3.2 湍流强度和峰值因子
• 1.3.3 湍流积分长度
• 1.3.4 脉动风速谱
• 1.4 单体建筑物台风效应分析国内外发展状况
• 1.4.1 灾后统计调查
• 1.4.2 现场实际观测
• 1.4.3 风洞模型试验
• 1.4.4 数值模拟研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 10mins 平均风速的改进算法
• 2.1 引言
• 2.2 平均风速的计算方法
• 2.3 改进算法的理论分析
• 2.4 改进算法的算例分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 台风作用特性分析
• 3.1 引言
• 3.2 台风作用观测
• 3.2.1 台风特性观测的仪器设备——螺旋桨式风速仪
• 3.2.2 台风“Damrey”及观测过程介绍
• 3.3 平均风速和风向
• 3.3.1 平均风速和风向的计算方法
• 3.3.2 实测数据平均风速和风向分析
• 3.4 湍流强度
• 3.4.1 湍流强度的定义及计算方法
• 3.4.2 实测数据湍流强度分析
• 3.5 湍流积分长度
• 3.5.1 湍流积分长度的定义及计算方法
• 3.5.2 实测数据湍流积分长度分析
• 3.6 脉动风速谱
• 3.6.1 Kolmogrove 理论
• 3.6.2 常用的脉动风速谱模型
• 3.6.3 实测数据脉动风速谱分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 单体建筑物台风效应数值模拟分析
• 4.1 引言
• 4.2 CFD 理论基础引述
• 4.2.1 计算流体动力学概述
• 4.2.2 流体流动问题的控制方程
• 4.2.3 CFD 的求解过程
• 4.2.4 控制方程的离散方法
• 4.2.5 流场数值计算方法
• 4.2.6 湍流数值计算方法
• 4.3 单体建筑物台风效应数值模拟分析
• 4.3.1 几何模型及计算区域
• 4.3.2 湍流模型的选取
• 4.3.3 网格生成
• 4.3.4 边界条件处理
• 4.3.5 计算和求解
• 4.3.6 计算结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢