非传统形体超高层建筑近地流场特性及风环境评估准则

This project aims to establish the scientific assessment system of near ground wind environment around super-tall buildings with untraditional configurations by using the systematic wind tunnel tests and numerical simulations. For this purpose, PIV technique is developed to improve the measurement accuracy of near wall turbulence. Efficient numerical simulation algorithms will be proposed by investigating the influence of different turbulence models and boundary conditions. The regularity and mechanism of the near ground wind flow around single super-tall building with untraditional configurations are revealed by combing wind tunnel test and numerical simulation. The key parameters for interference effects will be identified and estimated by sensitivity analysis. The criteria for both wind comfort and safety considering interference effects will also be proposed. Besides, the influence of tall buildings on the wind pressure of nearby low-rise buildings will be investigated. The interference factor will be estimated for the wind-resistant design of low-rise buildings in the surrounding areas of super-tall buildings.

本项目旨在通过系统的风洞试验和数值模拟，构建非传统形体超高层建筑近地风环境的科学评价体系。为此，通过改进PIV技术在近壁面流场的测量精度，发展适用于近地流场测量的物理实验技术；通过研究湍流模型和边界条件等数值计算要素对流场预测精度的影响，开发高效的数值模拟算法；综合采用风洞试验和数值模拟，揭示非传统体型高层建筑单体近地流场分布规律和绕流机理；识别影响密集建筑群近地流场分布的关键参数，揭示各类干扰现象的物理成因，实现对干扰效应的定量评估；提出考虑密集群体效应的行人风环境舒适度和安全度评估准则；分析超高层建筑对邻近低矮建筑表面风压的影响规律，研究脉动风压极值的产生机理，提出超高层建筑周围低矮建筑的设计用干扰因子。

高层及超高层建筑所造成的局部强风常使行人活动、行走困难，甚至引起行人被吹倒跌伤等安全事故。目前，国内外研究者通过风洞试验、数值模拟及现场实测等技术手段，对方形、矩形等传统形体高层建筑周边行人高度处风速分布特性进行了大量的研究。然而，现有的研究对于更易引发局部强风的超高层建筑周边风速分布规律的分析仍存在明显不足，尤其对于锥化、旋转等非传统形体超高层建筑，其周边流场分布往往具有更为复杂的绕流特性，人们对于此类超高层建筑周边风速分布特性尚缺乏系统性的认知，亟待开展相关研究。.针对上述问题，本项目以超高层建筑为研究对象，系统分析了建筑的尺寸参数、形体参数及朝向对其周边行人风环境的影响。主要研究内容及结果如下：.(1) 系统研究了建筑尺寸参数及来流条件对行人风速分布特性的影响，细化了Downwash效应变化机理，揭示了建筑周边风速加速现象产生的物理原因及变化规律。.(2)基于对Downwash效应变化机理的量化分析，研究了尺寸参数与方形建筑周边行人风速分布的特性关系，提出了一种新型行人风速预测模型，可根据高度及高宽比计算方形建筑周边行人风速分布。.(3) 完成了40种非传统形体超高层建筑周边行人风速分布特性的风洞试验研究，分析了角部修饰、投影宽度等形体参数对行人风速分布特性的影响，确定了有利于改善行人风环境的建筑形体，扩展了超高层建筑行人风环境的优化方法。.(4) 基于生理等效温度模型、标准有效温度模型和多元线性模型，研究风对人的热学效应, 建立了考虑热舒适效应的行人风环境评判标准。.(5) 研究了建筑尺寸参数、形体参数及朝向对行人风环境的影响，建立了方形建筑行人风环境评估模型。.综上所述，本项目揭示了高层建筑绕流机理和干扰特征，提出了适用于我国的行人舒适度和安全度评估准则，实现对近地风环境的合理评估，为提高人民出行生活质量，确保出行安全提供有利保障。.