板式高层建筑风荷载特性的CFD研究的开题报告.docx

板式高层建筑风荷载特性的CFD研究的开题报告
一、选题背景及意义
随着城市化进程的不断加速，人们对高层建筑的需求也不断增加。板式高层建筑由于其高度大、形状规则等优点被越来越多地应用于城市中，但这类建筑所受的风荷载存在许多独特的特性。由于板式高层建筑外立面的板材凹凸不平，并且常见的天空花园也会增加建筑物所受的风荷载，因此这种建筑的风荷载分布存在不规则性、非线性性和多方向性的特点，使得风荷载计算存在较大的误差。
基于传统的建筑设计方法，对于板式高层建筑风荷载的计算主要依赖于半经验的风洞试验，但试验结果不稳定、成本较高、处理不便等问题制约了这种方法的发展。而流体计算力学（CFD）作为一种实现风荷载计算的新方法，受到了越来越多的关注。CFD能够模拟复杂建筑物在不同气流条件下的风荷载计算，包括预测风荷载值、预测风荷载分布以及预测风荷载作用下的建筑物振动响应等，可以帮助设计师更好地了解风荷载的分布特征，优化设计方案从而提高建筑结构的可靠性和安全性。
因此，针对板式高层建筑的风荷载特性，应用CFD方法开展研究，将具有重要的理论和实际意义，具有较大的应用前景。
二、研究方案
1.研究对象及方案
本研究选取一座100米以上的板式高层建筑为研究对象。建筑风荷载计算采用CFD方法与风洞试验方法进行对比，通过对比结果分析CFD方法对于板式高层建筑风荷载的仿真计算能力和计算精度，验证其可靠性和适用范围，为后续的应用提供参考依据。
涵盖的问题：
1.基于CFD方法对于板式高层建筑不同高度风荷载特性的分析：通过建立数值计算模型，研究风荷载峰值和风速密度等参数随高度的变化规律。
2.基于CFD方法对于板式高层建筑风荷载波动特性的分析：采用FFT分析方法，计算风荷载的功率谱，探究风荷载波动特点、频率和幅值的变化规律。
3.基于CFD方法对于板式高层建筑风荷载分布特性的分析：定量分析风荷载在建筑表面的分布，揭示不同部位的风荷载差异，为优化设计方案提供依据。
4.基于CFD方法对于板式高层建筑受风振特性的分析：基于CFD方法，预测建筑结构受风振的响应，分析其强度和稳定性。
2.研究方法和技术路线
研究采用CFD方法，通过数值模拟预测板式高层建筑在不同气流条件下的风荷载特性，主要分为以下几个方面：
1.数据采集：根据研究对象进行数据的采集，包括建筑物立面的几何形状、风洞试验数据等。
2.数值模拟建模：根据采集的数据建立建筑物的数值模型，并定义模型的初始和边界条件。
3.求解：采用高性能计算软件平台对所建立的数值模型进行求解，预测建筑物在不同气流条件下的风荷载特性。
4.结果分析：根据模拟结果分析风荷载分布特性、风荷载峰值和风速密度等参数随高度的变化规律、风荷载波动特点、频率和幅值的变化规律以及板式高层建筑受风振响应等。
5.实验验证：通过对比CFD法和风洞试验法的结果，验证CFD方法的可靠性和适用范围。
三、研究经费和周期
1.研究经费：本研究的经费主要用于购买软件、硬件、实验所需设备以及其他相关费用，加起来大致需要500万左右。
2.研究周期：本研究预计需要4年左右，包括2年的软件开发和3年的实验验证和应用推广。
四、研究预期成果
本研究预期取得以下成果：
1.建立板式高层建筑CFD数值模型，并预测其在不同气流条件下的风荷载特性。
2.揭示板式高层建筑不同高度风荷载特性的分布规律和波动特点，分析建筑物在不同气流条件下的受力情况。
3.通过CFD方法预测建筑结构在风荷载作用下的受振响应，提高结构强度和稳定性。
4.通过实验验证分析CFD方法对于板式高层建筑风荷载计算的精度和可靠性，为后续的应用提供参考依据。
五、参考文献
[1]曾令华,王治明,王惠民.基于CFD的双层高层建筑风荷载研究[J].土木工程学报,2012,45(6):51-57.
[2]顾建球,马朝民.基于CFD的高层建筑风环境模拟与风荷载分析[J].高校建筑,2013,33(6):87-89.
[3]王婷,朱雪晴,尤炎祥.CFD技术在高层建筑风荷载计算中的应用[J].建筑科技,2014,45(3):255-257.