[发明专利]基于气候分析和数值模拟的建筑表面抗风等级设计方法

摘要

本发明公开了一种基于气候分析和数值模拟的建筑表面抗风等级设计方法，其主要分为两个部分，一是建筑区域不同重现期的大风模拟，二是CFD数值模拟。在利用极值分布模型模拟建筑区域的极端大风时，通过对不同的极值分布模型、参数估计方案的模拟结果进行检验，最终确定与实际值更接近的极值模型，这样比用单一的极值模型模拟的结果更可信。在CFD数值模拟中，将初始场的极端大风划分为16个风向，不同的风向对应不同的风速值，这样所得的模拟结果要比只有一个风向的极大风模拟更全面，在建筑设计中也比16个风向对应同样的风速值更节约成本。

主权项

1.一种基于气候分析和数值模拟的建筑表面抗风等级设计方法，其特征在于：按以下流程进行，一、建筑区域不同重现期的大风模拟，具体步骤为：1）建立国家台站年最大风速和年极大风速序列；2）用多种极值概率分布模型拟合国家台站年最大风速和年极大风速序列，找出拟合效果最佳的模型，利用该模型得出若干个风向的不同重现期的年最大风速，并基于阵风因子给出若干个风向的不同重现期的年极大风速；3）利用地方气象站资料将其向建筑区域位置订正；4）利用机值概率分布模型Gumbel、Frecht、Weibull、GEV或GPD模拟国家台站年最大风速和年极大风速拟合效果最优的极值分布模型；二、CFD数值模拟：1）在得出建筑区域不同高度、不同风向下的重现期风速后，对建筑表面风速进行模拟，将各个风向的模拟结果综合起来，最终得出建筑表面抗风等级；2）模拟之前，先将目前建筑进行三维建模，并模拟前进行参数设置；3）选用k‑ε模型对建筑附近风场进行模拟，k‑ε模型所有的控制微分方程包括连续性方程、动量方程、k方程和ε方程，具体计算公式为：连续性方程：，动量方程：，K方程：，ε方程：，其中湍流粘性系数为，模型常量，，，，；4）风场类型选择为WIND，入口边界层速度界面设置为高于地面的幂指数函数，幂指数为0.3，而出流面上假定风的流动已经恢复到了没有建筑物阻挡时的状态，出口压力设为大气压，设置模拟迭代次数，将各个风向和对应的风速作为初始风场，开始进行模拟；最后，在得出了若干个情景的模拟结果后，建筑表面取若干个情景模拟结果的最大值，综合得出建筑表面的抗风等级，具体公式如下：分别为16个情景模拟的风速，其中为直角坐标系中建筑位置。