高层居住建筑的建筑洞口及建筑间洞口对风环境的影响

摘要

随着城市化的发展，由于人居生活及建筑功能的需求，大量高层居住建筑中设置了休息平台、连廊、通廊、观光走廊、架空连接体、消防连廊、通道等各种形式的建筑洞口及建筑间洞口。这些建筑洞口及建筑间洞口的出现将会改变建筑物周围的风场，对建筑物周围风环境产生很大的影响。本文利用数值模拟方法对高层居住建筑的建筑洞口及建筑间洞口对风环境的影响进行研究。研究结果表明:
　　(1)建筑物底部开洞后减少了风影区的面积，在洞口的通道内形成气流加速，流速与来流相比明显增加。随着洞口宽度的增加，洞口内各位置风速比的平均值先增加后下降。洞口较窄时，洞壁对风的“迟滞效应”明显，当洞口较宽时，在洞口里的风随着洞口宽度的增加，风速下降且风的流动更加均匀。
　　(2)在相同的洞口宽度下，增加洞口高度对人行高度区风速影响不大。当建筑物开洞高度不大于2倍的洞宽时，建筑洞口内上部和下部的风速未见明显的区别，建筑物表面风压差分布与未开洞的情况相似，当建筑物开洞高度进一步增加，建筑洞口内上部的风速明显大于下部的风速，风速最大的部位是洞口上部靠近出风口的位置，随着开洞高度的增加，洞口内风速的最大值变大，建筑物周围涡流减少，风影区面积降低，建筑物表面的风压差值交小。
　　(3)随着建筑洞口面与来流风向夹角的增加，即洞口的迎风面积增加，人行高度区风速比的平均值先增加再减小，洞口通道内的风速更加平稳、均匀，当夹角为67.5°时，风速比的平均值1.71为最大值，当夹角继续增加到90°，风速比的平均值下降了约34％。当夹角较小时，洞口通道内风速变化较大，风流不均匀。
　　(4)随着建筑间洞口的变宽，洞口内的风速变小，最大风速的位置离迎风面洞口越远，洞口两侧的建筑物相互之间的影响变弱。建筑间洞口的通道内气流的组成由单侧为主的绕流风变化为两侧的绕流风，进一步变化为两侧绕流风和来流风的穿堂风汇合成的复杂气流。
　　(5)基于以上研究成果，提出了高层居住建筑的建筑洞口宽度、高度、朝向及建筑间洞口的设计策略，可用于指导高层居住建筑的开洞设计，优化建筑设计，改善室外风环境。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 CFD的发展及其在风环境中的应用

1．2．2 建筑风环境的数值模拟

1．2．3 高层建筑开洞的数值模拟

1．3 本文的主要内容

2 高层居住建筑风环境数值模拟的基本原理

2．1 建筑风环境数值模拟的理论

2．1．1 控制方程

2．1．2 湍流模型

2．2 建筑风环境模拟的常用软件简介

2．3 基于PHOENICS的高层居住建筑风环境模拟计算模型

2．3．1 几何模型

2．3．2 计算域的确定

2．3．3 网格划分

2．3．4 边界条件的设置

2．4 本章小结

3 建筑洞口对高层居住建筑风环境影响的模拟研究

3．1 建筑洞口宽度对高层居住建筑风环境的影响

3．1．1 人行高度区风速场

3．1．2 涡流分析

3．1．3 风压分析

3．2 建筑洞口高度对高层建筑风环境的影响

3．2．1 人行高度区风速比和涡流分析

3．2．2 建筑洞口竖直方向的风速场分析

3．2．3 风压分析

3．3 建筑洞口面与来流风向的夹角对高层建筑风环境的影响

3．3．1 人行高度区的风速场

3．3．2 风压分析

3．4 本章小结

4 建筑间洞口对风环境影响的模拟研究

4．1 研究对象及模型定义

4．2 建筑间洞口宽度对人行高度区风速场的影响

4．3 涡流分析

4．4 风压分析

4．5 本章小结

5 高层居住建筑开洞设计探讨

5．1 建筑洞口设计策略

5．2 建筑洞口面朝向设计策略

5．3 建筑间洞口设计策略

6 总结和展望

6．1 本文研究工作总结

6．2 展望

参考文献

作者简历