復雜樹狀結構與樹木擋風效應的數(shù)值模擬研究.pdf

1、為了創(chuàng)造更為舒適的生活居住環(huán)境，一般會通過種植綠色植被或者樹木來改善房屋周邊的風環(huán)境以及熱環(huán)境。當近地風流經樹木的過程中，其下游區(qū)域氣流的能量逐步損失，來流風速會逐步減小，同時其湍流強度會有所增加。在結構風工程以往的研究中一般都忽略建筑物附近樹木對其所受風荷載的影響，而是將這種擋風效應劃分到不同的場地類別加以考慮，這點針對超高層建筑和大跨度屋蓋結構是合理的，但對于低矮房屋，尤其是當其與附近樹木植被距離較近，高度相當?shù)臅r候，樹木對低矮房屋

2、的影響就不應被忽視了。同樣，樹木的存在也會對群體建筑的風環(huán)境情況產生一定的影響。鑒于此，研究人員有必要采用某種恰當?shù)氖侄螌嶋H樹木的擋風性能進行研究。首先，本文主要采用CFD數(shù)值模擬方法對一新型的復雜樹狀結構進行了數(shù)值模擬，探討了數(shù)值模擬方法模擬實際工程的可行性與精確性。同時，對樹木的擋風性能在結構風工程中的應用進行了系統(tǒng)的研究。
　　(1)以珠海市華發(fā)藝術館為工程背景，對工程中的復雜樹狀結構進行了風洞試驗與CFD數(shù)值模擬對比研究

3、。數(shù)值模擬中著重對其中兩個典型樹狀結構樹冠部分的平均風壓分布進行了研究分析，研究結果表明:數(shù)值模擬計算方法能夠較為準確地預測復雜結構平均風壓的分布，且單體與群體工況的風洞試驗與數(shù)值模擬結果都顯示各樹樹冠部分的風壓分布受附近樹狀結構以及藝術館的干擾較大。同時，結合珠海市多年氣象資料對藝術館主樓的風環(huán)境進行了研究，結果可知:藝術館整體風環(huán)境情況較好，僅在部分區(qū)域由于“狹管效應”出現(xiàn)了風速比較大的情況。
　　(2)為了研究樹木對低矮房屋

4、擋風性能的影響，采用編譯UDF的方法修改了動量、湍動能和湍流耗散率方程中的附加源項來模擬風經過樹木后的繞流情況，結果表明:附加源項方法可以較好地預測近地風流經樹木后的繞流情況，雖然在樹木下游區(qū)域的某些位置模擬值與實測值存在一定的差異，所得結果的精度已經能夠滿足實際要求。同時，通過控制樹木與房屋的距離、樹木的高度和樹木的透孔率等參數(shù)，系統(tǒng)地研究了樹木對一低矮房屋擋風性能的影響，結果顯示:樹木對低矮房屋屋面迎風區(qū)域所受風荷載的影響較大，背風

5、區(qū)域的影響較小;從屋面的劃分情況來看，低矮房屋的屋脊區(qū)域較屋面其他區(qū)域而言，受附近樹木的影響較小?？傮w而言，樹木對低矮房屋的擋風效應是較為顯著的，對減小屋面風荷載具有積極的意義。
　　(3)對某高層住宅小區(qū)的風環(huán)境情況進行了數(shù)值模擬研究，采用合理種植樹木的方法對該住宅小區(qū)的風環(huán)境情況進行優(yōu)化設計研究，模擬過程中將樹木定義為多孔介質域，以此來解決劃分網格的難度問題，結果表明:植被的存在合理地增加了小區(qū)內部的氣流流動的復雜程度，有效地