两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟

胡涛; 阳富强; 张一夫

doi:10.13409/j.cnki.jdpme.20220413002

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两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟

论文 | 更新时间：2025-09-25

- 两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟
- Numerical Simulation of Wind‑induced Vibration Safety Characteristics of Two High‑rise Buildings with Different Structures
- 防灾减灾工程学报 2023年43卷第5期页码：1067-1075
- 作者机构：
  
  1.福州大学环境与安全工程学院，福建福州 350116
  2.湖南工学院安全与管理工程学院，湖南衡阳 421200
- 作者简介：
  
  胡涛（1998—），男，硕士研究生。主要从事机器学习与数值模拟方面的研究。E-mail：taohu668@163.com
  阳富强（1982—），男，教授，博士。主要从事安全科学与工程方面的研究。E-mail：fqouyang82@163.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51874100);湖南省自然科学基金面上项目(2021JJ30206)
- DOI：10.13409/j.cnki.jdpme.20220413002
  中图分类号： TU973
- 收稿：2022-04-13，
  
  修回：2022-05-25，
  
  纸质出版：2023-10-15
- 稿件说明：
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胡涛,阳富强,张一夫.两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2023,43(05):1067-1075.

HU Tao,YANG Fuqiang,ZHANG Yifu.Numerical Simulation of Wind‑induced Vibration Safety Characteristics of Two High‑rise Buildings with Different Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(05):1067-1075.
胡涛,阳富强,张一夫.两类不同结构高层建筑风振安全特性数值模拟[J].防灾减灾工程学报,2023,43(05):1067-1075. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220413002.

HU Tao,YANG Fuqiang,ZHANG Yifu.Numerical Simulation of Wind‑induced Vibration Safety Characteristics of Two High‑rise Buildings with Different Structures[J].Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering,2023,43(05):1067-1075. DOI： 10.13409/j.cnki.jdpme.20220413002.

摘要

为揭示不同高层建筑在多种风场作业下的涡激振动规律，开展了圆柱形与矩形两类高层建筑的风振安全特性模拟。通过结合高层建筑的实际参数，运用数值模拟方法，获取涡激共振的锁定区间及旋涡脱落频率等参数的变化规律，拟合出不同结构建筑物的尾涡脱落频率随雷诺数变化的函数方程，进一步剖析影响高层建筑安全性的风险因素。研究结果表明：（1）高雷诺数下的风场模拟选择剪切应力运输（Shear Stress Transport，SST）k‑ω湍流模型可取得较为准确的结果；（2）涡激振动存在发展、共振、逃逸三个阶段；（3）经常处于中强风袭扰的环境下，矩形建筑较圆柱形建筑更为安全。

Abstract

In order to reveal the vortex-induced vibration of different high-rise buildings in different wind fields， the safety characteristics of cylindrical and rectangular high-rise buildings were simulated. By combining the actual parameters of high-rise buildings and using numerical simulation method， the variation rules of parameters such as the locking interval of vortex-induced resonance and vortex shedding frequency were obtained. The function equation of the variation of trailing vortex shedding frequency with Reynolds number of buildings of different structures was also fitted， so as to further analyze the risk factors affecting the safety of high-rise buildings. The results show that：（1） The SST k-ω turbulence model for wind field simulation at high Reynolds number can yield more accurate results. （2） Vortex-induced vibration exhibits three stages： development， resonance and escape. （3） Rectangular buildings are safer than cylindrical ones.

关键词

Keywords

references

邵韦平，马泷，解立婕 . 高层建筑的现状与未来［J］. 建筑学报， 2019 （ 3 ）： 1 - 5 .

Shao W P ， Ma L ， Xie L J . The present situation and future of high-rise buildings ［J］. Architectural Journal ， 2019 （ 3 ）： 1 - 5 . （in Chinese）

贾进章，陈怡诺 . 基于网络层次分析-灰色聚类法的高层建筑火灾风险分析［J］. 安全与环境学报， 2020 ， 20 （ 4 ）： 1228 - 1235 .

Jia J Z ， Chen Y N . Based on network analytic hierarchy process-Fire risk analysis of high-rise building based on grey clustering method ［J］. Journal of Safety and Environment ， 2020 ， 20 （ 4 ）： 1228 - 1235 . （in Chinese）

赵慧明，张伟伟，赵玉成，等 . 简议塔科马大桥坍塌的原因与启示［J］. 力学与实践， 2021 ， 43 （ 6 ）： 1012 - 1018 .

Zhao H M ， Zhang W W ， Zhao Y C ， et al . A brief discussion on the causes and enlightenment of the Tacoma Bridge collapse ［J］. Mechanics in Engineering ， 2021 ， 43 （ 6 ）： 1012 - 1018 . （in Chinese）

颜大椿 . 湍流、风工程和虎门大桥的风振［J］. 力学与实践， 2020 ， 42 （ 4 ）： 523 - 525 .

Yan D C . Turbulence， wind engineering and wind vibration of humen bridge ［J］. Mechanics in Engineering ， 2020 ， 42 （ 4 ）： 523 - 525 . （in Chinese）

杨易，麻福贤，谭健成，等 . 赛格大厦振动事件中的大气边界层风场实测与分析［J］. 建筑结构学报， 2021 ， 42 （ 10 ）： 122 - 129 .

Yang Y ， Ma F X ， Tan J C ， et al . Measurement and analysis of atmospheric boundary layer wind field in vibration event of Seger Tower ［J］. Journal of Building Structures ， 2021 ， 42 （ 10 ）： 122 - 129 . （in Chinese）

卢莹，赵海坤，赵丹，等 . 1984-2017年影响中国热带气旋灾害的时空特征分析［J］. 海洋学报， 2021 ， 43 （ 6 ）： 45 - 61 .

Lu Y ， Zhao H K ， Zhao D ， et al . Spatio-temporal characteristics of tropical cyclone disasters affecting China from 1984 to 2017 ［J］. Haiyang Xuebao ， 2021 ， 43 （ 6 ）： 45 - 61 . （in Chinese）

刘钢，李永贵，肖翅翔，等 . 风场类型对高层建筑风致响应的影响研究［J］. 自然灾害学报， 2021 ， 30 （ 1 ）： 124 - 131 .

Liu G ， Li Y G ， Xiao C C ， et al . Influence of wind field types on wind-induced response of high-rise buildings ［J］. Journal of Natural Disasters ， 2021 ， 30 （ 1 ）： 124 - 131 . （in Chinese）

Zhang J ， Dalton C . Interactions of vortex-induced vibrations of a circular cylinder and a steady approach flow at a Reynolds number of 13，000 ［J］. Computers & Fluids ， 1996 ， 25 （ 3 ）： 283 - 294 .

Oviedo-Tolentino F ， Pérez-Gutierrez F G ， Romero-Méndez R ， et al . Vortex-induced vibration of a bottom fixed flexible circular beam ［J］. Ocean Engineering ， 2014 ， 88 ： 463 - 471 .

任彤煜，王秋波，张筱璐，等 . 不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟［J］. 应用科技， 2021 ， 48 （ 4 ）： 8 - 13 .

Ren T Y ， Wang Q B ， Zhang Y L ， et al . Numerical simulation of vortex-induced vibration of cylindrical structures at different Reynolds numbers ［J］. Applied Science and Technology ， 2021 ， 48 （ 4 ）： 8 - 13 . （in Chinese）

桂洪斌，卢腾超 . 海洋立管涡激振动的数值模拟研究［J］. 船舶力学， 2016 ， 20 （ 1 ）： 93 - 98 .

Gui H B ， Lu T C . Numerical simulation of vortex-induced vibration of Marine riser ［J］. Journal of Ship Mechanics ， 2016 ， 20 （ 1 ）： 93 - 98 . （in Chinese）

曹坤 . 天津双街镇半湾大厦项目高层建筑CFD数值模拟［D］. 吉林：东北电力大学， 2020 .

Cao K . CFD Numerical simulation of high-rise building in Banwan Building Project， Shuangjie Town， Tianjin ［D］. Jilin ： Northeast Dianli University ， 2020 . （in Chinese）

涂佳黄，曹波，洪荣华，等 . 某带钢塔高层建筑结构风致动力特性分析［J］. 防灾减灾工程学报， 2017 ， 37 （ 1 ）： 169 - 176 .

Tu J H ， Cao B ， Hong R H ， et al . Analysis of wind-induced dynamic characteristics of a high-rise building with steel tower ［J］. Journal of Disaster Prevention and Mitigation Engineering ， 2017 ， 37 （ 1 ）： 169 - 176 . （in Chinese）

Zdravkovich M M . Flow around circular cylinders ［M］. Oxford ： Oxford University Press ， 1997 .

赵国智，孔凡让，占惊春，等 . 基于SIMPLE算法的湍流场数值模拟［J］. 水电能源科学， 2007 （ 3 ）： 100 - 102 .

Zhao G Z ， Kong F R ， Zhan J C ， et al . Numerical simulation of turbulent field based on SIMPLE algorithm ［J］. Water Resources and Power ， 2007 （ 3 ）： 100 - 102 . （in Chinese）

苏万林 . 湍流对高层建筑风效应影响的风洞试验研究［D］. 长沙：湖南大学， 2017 .

Su W L . Wind tunnel test study on wind effect of turbulence on high-rise building ［D］. Changsha ： Hunan university ， 2017 . （in Chinese）

卢旦 . 基于FFD变换的高层建筑风致流固耦合数值模拟研究［J］. 土木工程学报， 2012 ， 45 （ 7 ）： 17 - 23 .

Lu D . Numerical simulation of wind-induced fluid-structure interaction in high-rise buildings based on FFD transform ［J］. China Civil Engineering Journal ， 2012 ， 45 （ 7 ）： 17 - 23 . （in Chinese）

唐卫国，陈威，吴轶钢，等 . 不同流动状态下旋转圆柱扰流数值模拟研究［J］. 武汉理工大学学报（交通科学与工程版）， 2021 ， 2 （ 2 ）： 247 - 253 .

Tang W G ， Chen W ， Wu Y G ， et al . Numerical simulation of rotating cylinder turbulence under different flow states ［J］. Journal of Wuhan University of Technology（Transportation Science & Engineering）， 2021 ， 2 （ 2 ）： 247 - 253 . （in Chinese）

王晓凯，娄敏 . 尾流干涉下串联圆柱涡激振动数值模拟研究［J］. 石油机械， 2021 ， 49 （ 1 ）： 72 - 79 .

Wang X K ， Lou M . Numerical simulation of vortex-induced vibration of a series cylinder under wake interference ［J］. China Petroleum Machinery ， 2021 ， 49 （ 1 ）： 72 - 79 . （in Chinese）

门向南，吕秀文，徐勇，等 . 铝合金盒形零件充液拉深工艺参数优化研究［J］. 航空制造技术， 2021 ， 64 （ 17 ）： 41 - 52 .

Men X N ， Lyu X W ， Xu Y ， et al . Optimization of parameters of liquid - filled deep drawing process for aluminum alloy box parts ［J］. Aeronautical Manufacturing Technology ， 2021 ， 64 （ 17 ）： 41 - 52 . （in Chinese）

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