【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及建筑，特别涉及一种建筑风压模拟等效数值方法及模拟装置。
技术介绍
1、随着全球气候变暖，极端天气、重大自然灾害的频繁出现，温室气体减排已形成全球共识。推广绿色建筑正变得刻不容缓，是建筑产业从源头到终端全方位实现双碳目标绿色可持续发展的长远之计。
2、作为绿色建筑的一种形式，第四代建筑的阳台上布满了绿植，植被不仅具有美感，而且可以作为绿色过滤器，吸收城市交通产生的细颗粒物；植被还可以保护阳台和室内免受噪音污染，并减少城市热岛效应。
3、但是，由于阳台上种植了大量绿植，显著改变了建筑外形，使得建筑结构表面风压、体型系数等参数受到显著影响；树的种类、树冠大小及树的密度都会引起树后流场的改变以及树干传递到建筑结构上的力的大小，导致作用在建筑结构上的风荷载和建筑结构的风致振动响应发生改变。由于数值模拟的复杂性，现有的研究还没有提出较为成熟的冠层绿植风场等效模型。现有技术中，使用三维结构模拟时，结构的网格量大、网格划分十分复杂、计算复杂且效率低，需要进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对上述
技术介绍
中存在的不足，提供一种网格划分速度快、计算效率高的第四代建筑风压模拟方案。
2、为了达到上述目的，本专利技术提供了一种建筑风压模拟等效数值方法，包括如下步骤：
3、s1，设计正交试验，研究绿植高度、形状、透孔率、数量及种类对风场特性的影响；
4、s2，将绿植放入风洞中，启动风洞试验，获得不同绿植参数影响下的风
5、s3，将绿植阻力参数化，根据数据库拟合不同影响因素下绿植阻力系数，获得经验公式，构建绿植阻力等效模型；
6、s4，在网格划分软件中建立绿植与建筑结构的几何模型并划分网格，将计算域离散化后导入流体仿真软件中进行迭代计算，将绿植布置区域设置为多孔介质，引入压力损失项对动量方程进行修正，获得气流流经多孔介质后的流动参数；
7、s5，设置目标监测点，迭代计算完成后提取流场及建筑结构表面任意一点风压、风速数据，根据建筑结构荷载规范，通过加权平均风压与面积的乘积，得到不同绿植参数影响下建筑外立面风荷载。
8、进一步地，风场特性试验数据包括树后风压、风速和绿植参数。
9、进一步地，根据试验时间缩尺比换算到足尺模型采样时间，同一风向角采集多个标准时距试验数据，并采集全风向角下不同工况试验数据，建立多参数绿植树后风场特性数据库，减小试验的随机误差。
10、进一步地，s3中绿植阻力系数为：
11、cd＝f(u,s,β)(1)
12、其中，f为经验函数，u为来流风速，s为绿植迎风面积，β为绿植透孔率。
13、进一步地，s4中动量方程修正式为：
14、
15、其中，u代表速度，p为压力，ρ为空气密度，di阻力源项用d(z)表示：
16、
17、其中，af为单元内植被的平均迎风面积，dz为绿植单位高度，u为平均风速，h为绿植平均高度，cd为绿植阻力系数。
18、本专利技术还提供了一种建筑风压模拟装置，包括用于风洞试验的风洞，设置于所述风洞内的尖劈、粗糙元、绿植模型、测力天平、激光位移计、风速仪、侧移架组件；
19、所述尖劈、所述粗糙元依次设置在所述绿植模型的前方，用于模拟风场地貌，所述测力天平用于获取所述绿植模型所受风荷载，所述激光位移计用于获取所述绿植模型的树冠位移，所述风速仪设置在所述绿植模型的后方，用于测量风速，所述风速仪与所述侧移架组件连接，所述侧移架组件用于调整所述风速仪的位置。
20、进一步地，所述绿植模型包括待测绿植模型和用于干扰的干扰绿植模型，所述干扰绿植模型设置在所述待测绿植模型的外侧，所述测力天平与所述待测绿植模型连接。
21、本专利技术的上述方案有如下的有益效果：
22、本专利技术提供的建筑风压模拟等效数值方法及其模拟装置，通过风洞试验获得不同因素影响下的风场特性试验数据，根据获得的风场特性试验数据设计正交试验，建立数据库，根据数据库拟合不同因素下绿植阻力系数，给出了树后风场的等效计算方法，通过在网格划分软件中建立绿植与建筑结构的几何模型并划分网格，解决了数值模拟中网格划分困难、网格划分效率低的问题，通过将计算域离散化后导入到流体仿真软件中进行迭代计算，提高了计算效率，通过引入压力损失项对动量方程进行修正，获得气流流经多孔介质后的流动参数，关联了风洞试验数据库与数值模拟参数，为不同绿植工况对建筑表面风压影响模拟研究奠定了理论基础，最后提取流场及建筑结构表面任意一点风压、风速等数据，通过加权平均风压与面积的乘积，得到不同绿植参数影响下建筑外立面风荷载，解决了迭代效率低、计算量大、不易重复的问题，节约了计算资源，便于开展不同绿植参数、不同风向角工况下建筑结构表面风压研究；
23、本专利技术的其它有益效果将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
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1.一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，风场特性试验数据包括树后风压、风速和绿植参数。
3.根据权利要求2所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，根据试验时间缩尺比换算到足尺模型采样时间，同一风向角采集多个标准时距试验数据，减小试验的随机误差，并采集全风向角下不同工况试验数据，建立多参数绿植树后风场特性数据库。
4.根据权利要求1所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，S3中绿植阻力系数为：
5.根据权利要求4所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，S4中动量方程修正式为：
6.一种建筑风压模拟装置，其特征在于，包括用于风洞试验的风洞，设置于所述风洞内的尖劈、粗糙元、绿植模型、测力天平、激光位移计、风速仪、侧移架组件；
7.根据权利要求6所述的一种建筑风压模拟装置，其特征在于，所述绿植模型包括待测绿植模型和用于干扰的干扰绿植模型，所述干扰绿植模型设置在所述待测绿植模型的外侧，所述测力天平与所述待测绿
...【技术特征摘要】
1.一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，风场特性试验数据包括树后风压、风速和绿植参数。
3.根据权利要求2所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特征在于，根据试验时间缩尺比换算到足尺模型采样时间，同一风向角采集多个标准时距试验数据，减小试验的随机误差，并采集全风向角下不同工况试验数据，建立多参数绿植树后风场特性数据库。
4.根据权利要求1所述的一种建筑风压模拟等效数值方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：沈炼，王胜德，田泽龙，潘小旺，周品涵，许家陆，卢克才，韩艳，雷旭，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：
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