《建筑风环境及风压场数值风洞试验标准》.docx

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1、CECSTCECSXXX-2024中国工程建设标准化协会标准建筑风环境及风压场数1【风洞试验标准Standardfornumerica1.windtunne1.testsonwindenvironmentandwindpressurefie1.dforbui1.dings（征求意见稿）XXXX出版社1.0.1为了规范建筑风环境及风用场数值风洞试验技术要求，获得准确的风环境及风压模拟场，确保数值模拟的数据更加具有规范性与适用性，特制定本标准。1.0.2本标准适用于孤立单体或群体建筑的风场模拟，根据研究或设计的需要,可以获得群体布局内部风环境或建筑风压信息。1.0.3建筑风环境模拟或风压模拟除应符

2、合本标准规定外，尚应符合国家及行业现行有关标准的规定.2术语和符号2.1 术语2.1.1 建筑风环境bui1.dingwindenvironment指室外自然风在城市地形地貌或自然地形地貌下受建筑布局干扰影响后形成的风场。2.1.2 建筑风荷载bui1.dingwind1.oad风场流动受到建筑阻碍后，将产生气流碰撞、分离、漩涡等一系列狂杂流动现象，由此在建筑表面产生压力作用。2.1.3 数值风洞试购computingwindengineeringtest基石计算流体动力学原理，选择合适的空气湍流数学模型，采用一定的数值算法计算获得风场物理量，并可利用图形显示技术，将“风洞”结果形象、直观地显

3、示出来。2.1.4 的诺平均模拟Fcynok1.saveragenumerica1.simu1.aiin雷诺平均模拟是应用湍流统计理论，对N-S方程做时间平均得到雷诺平均方程，用平均流动变量描述湍流流场瞬态的脉动量，从而计兑获得平均化的流场，该方法适用于解决工程豆杂湍流问题，是目前工程领域最常用的淌流数值模拟方法。2.1.5 大涡模拟1.argeeddysimu1.ation大涡模拟（1.ES）是通过某种滤波方法将湍流瞬时运动分解为大尺度涡和小尺度涡两部分，大尺度涡通过湍流运动控制方程直接求解，小尺度涡则通过亚网格尺度模型，建立与大尺度涡的关系对其进行模拟。2.1.6 阻塞比b1.ockage

4、ratio阻塞比是指所构建的所有几何模型在迎风断面上的投影面积与该断面上的计算区域投影面枳之比，2.1.7 单向阻塞比One-dimensiona1.bIOCkageratiO单向阻塞比是指某一方向的阻塞比，包括顶风方向单向阻塞比和横风方向单向阻塞比的雎向阻塞比，其计修方法是该方向的模型尺寸与同一方向计算区域长度之比。2.1.8 计匏区域computationa1.domain计算区域是流体计算所考虑的区域，包含时间区域和空间区域，空间区域是指求解计第的区域的长窕高等几何尺寸，时间区域是指求解器需要考虑的时间范围。2.1.9 边界条件boundarycondition对计算区域所设置的边界，通

5、常包含入流边界、出流边界及物体表面的壁面边界以及计算域其他边界。2.1.10 计算网格mesh由一组节点和单元相互连接而构成的网络，可以拥有多种几何形状和尺寸,其目的是将计算区域离散化，以便进行模拟分析。2.1.11 湍流模型turbu1.encemode1.指确定湍流输运项的一组代数或微分方程，通过这组方程使Reyno1.ds方程得以封闭，它基于对湍流过程的假设，借助经验常数或函数，建立高阶湍输运项与低阶湍输运项直至与平均流之间的某种关系。2.1.12 风荷载体里系数structura1.shapefactorofwind1.oad风作用在建筑物表面定面积范用内，所引起的平均压力(或吸力)与

6、来流风的速度压的比值，它主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。2.2 符号Vf模型测点的平均风速(m/s)：匕模型尺度相当于当地标准地貌IOm高度处未受扰动的平均风速(nVs),或者取相当于人行高度处未受建筑物扰动的平均风速(m/s)：匕从方向吹来引起的模型测点的平均风速：R1i风向卜的平均风速比：F1风从i风向吹来的比率，16个风向均须考虑:R模型测点的总体风速比：%现场中当地标准地貌IOm高度处的平均风速(nMs),或者为人行高度处未受建筑物扰动的平均风速(ns)：s人行高度h处的风速脉动系数：道峰值因子，取为2.5：h人行高度/1处的湍潦强度：0.51.361.42

7、1.692.170.51.301.351.581.985.3.6根据风环境模拟结果，通常选取地面或活动平台以上1.5m高度处，提取各风向下风速比云图、风速矢量图或流线图等结果，依据现有评价标准对建筑风环境进行评价。6建筑风荷载模拟试验6.1 一般规定6.1.1 数值风洞模拟适用于计算建筑的风荷载体型系数，并可有限制地用于计算动力风荷载。6.1.2 数值风洞模拟结果应用于设计时，应与规范:结果、前期风洞试验结果进行比较（以结构顺风向基底弯矩为比较对象），差别应不大于20%,且取值不应过低，必要时进行专项评审.6.1.3 对于未进行风洞试验的项目，可采用数值风洞模拟方法计算建筑体型系数，其结果用于

8、建筑工程设计时,体型系数取值不应低于现行规范中相近体型的806.2 对象建模6.2.1 几何模型应反映实际建筑的主要几何特征，时难以准确模拟的建筑细部或周边环境，可采用适当的数学物理模型近似模拟：建筑周边地形应通过几何建模实现，难以准确建模的地形、地貌等可采用多孔介质模型、附加源项等方法近似模拟“6.2.2 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。6.2.3 计算域要求：1常见的建筑物类型的计算流域尺寸设盥建议：表6.23建筑物计算流域的尺寸设计建筑类型计算域高度H计算域宽度B上游长度下游长度低矮房屋(4-5)(9-10)(5-6)(1I-12)工业厂

9、房IOhWb8(I1-I2)犊表623建筑物计算流域的尺寸设计16建筑类型计算域裔度H计算域宽度B上游长度下游长度大跨度建筑物IOA(78诂(7-8)(II-I2)离层建筑物(22.5)12b(I-1.5)A(22.5)h2缩尺模型阻塞比不应大F3%,足尺模型阻塞比不应大5%。6.3 计算方法63.1 对建筑风荷载模拟时，应针对预测是否需耍揭示脉动风荷特性，兼顾计兑硬件条件与模拟时效，可合理选择RANS方法或1.ES方法进行模拟。63.2 数值模拟中，应根据所要模拟的建筑外形和关注的风荷载特性，采用经过验证的适用于钝体建筑结构绕潦模拟的湍流模型及模型参数.633其它计算参数设置可参见4.363

10、.4 应通过附录A2规定的建筑风荷载标准模型对数值模拟结果的准确性进行验证。6.4 评价指标6.4.1 风载体型系数：1.HdA-r式中：A1第i测点附属面枳：A分区面积：人第i测点的体型系数，计算如下：(6.4.1-2)式中：Z1.)参考高度：Zi结构表面任一点离地高度：Cp第i测点的风压系数，计算如下:(6.4.1-3)p,0.5式中：%第，测点静风压力，为该点处测得的风压值与远前方参考i度处静压值之差：P为同等高度处来流风速：P空气质量密度，一般取1.225kgm附录A建筑风环境标准模型A.0.1标准模型如图A.O.I-I所示，中间较高建筑实际尺寸为25mx25mx1.00m,周围建筑实

11、际尺寸为40mx40mx0m,平面分布图如图A。1-2所示。WinddirectionSA.O.M标准模型轴测图A.0.2模里的几何缩尺比可根据实际情况选定，按图A.0.2在中心区域布置78个测点，测点之纵向与横向全尺度间距均为IonI,各测点平面坐标如表A.0.2所示，测点全尺度高度为2m,-20r-3012223034-38445262727678ff1.A.0.2标准模型制点分布留表A.0.2标准模型窝点坐标（单位Im）测点编号XY测点编号XY测点编号XYI-552527-1555125-352-55-2528-15-55425-453-452529-15-155535454-45-25

12、30-15-255635355-354531-5255735256-353532-5155835157-352533-5-15W3558-351534-5-256035-59-355355256135-1510-35-5365156235-25I1.-35-15375-156335-3512-35-25385-256435-4513-35-3539152565454514-35-4540151566453515-254541155674525续表A.0.2标准模型窝点坐标（单位，m）测点编号XY测点编号XY测点编号XY16-25354215-568451517-25254315-1569455

13、18-25154415-257045-519-2554525457145-1520-25-54625357245-2521-25-154725257345-3522-25-254825157445-4523-25-354925575552524-25-455025-57655-2525-15255125-1577652526-15155225-257865-25A.03风场来流风剖面按指数律分布，地面粗糙度指数为0.25,在100m高度处风速为6.6m,s0模拟后应测量标准模型周围的风速分布值，井将模拟值与风洞试验值进行对比，以判断数值方法的准确性。风向角应取。度，此时风洞试验结果见图A.0.

14、3,图中纵坐标风速比即测点风速与来流100米高度风速的比值。SA.0.3。度风向风洞试验结果附录B高层建筑风荷载标准模型B.0.1标准模型采用CAARC标准模,如图BOI所示，建筑实际尺寸为30.43m45.72mx182.88m。OW(4O.2W)ff1.B.0.1CAARC标准模型尺寸、窝点布置及风向角定义用词说明为便于在执行本规程条款时区别对待，对要求严格程度不同的用词说明如下:I表示很严格，非这样做不可的：正面词采用“必须”，反面词采用“严禁”：2表示严格，在正常情况下均应这样做的：正面词采用“应”，反面词采用“不应”或“不得”：3表示允许稍有选择，在条件许可时苜先应这样做的：正面词采

15、用“宜”,反而诃采用“不宜”：4表示有选择，在一定条件下可以这样做的，采用“可”。引用标准名录本标准引用下列标准。其中，注日期的，仅对该日期对应的版本适用本标准；不注日期的,其最新版适用于本标准。建筑工程风洞试效方法标准JGJ/T338-2014以建筑风环墙测试与评价标准DBJ/T15-154-2019民用建筑绿色性能计算标准JGJ.T449-2OI8中国工程建设标准化协会标准建筑风环境及风压场数值风洞试验标准T/CECS*-20XX条文说明制定说明本标准制定过程中，编制组进行了国内外建筑风环境及风压场数值风洞试验技术发展现状的调查研究，总结了我国建筑风环境及模拟、技术措施、评价方法，同时参考

16、了国外先进技术法规、技术标准，通过建筑风场模拟试验、风环境模拟忒验、风荷载模拟试验等进行研究，取得了阶段性成果。本标准编制原则为：（1）科学合理、具有可操作性：（2）实事求是，标准使用人应严格遵守标准有关规定。本标准为推荐性标准，用于建筑规划、结构抗风设计、风环境现场实测等相关环节，重点对建筑室外风环境和建筑表面风压的模拟做出细致规定，为建筑风环境及风压场模拟评估提供指导.为便于广大技术和管理人员在使用木标准时能正确理解和执行条款规定，*建筑风环境及风压场数值风洞试验技术标准编制组按章、节、条顺序编制了本标准的条文说明，对条款的规定的目的、依据以及执行中需注意的有关事项等进行了说明。木条文说明

17、不具备与标准正文及附录同等的法律效力，仅供使用者作为理解和把握标准规定的参考.1总则282术语和符号错误!未定义书签.2.1术语暂谈:未定义书签.3基本规定错误!未定义书签.4建筑风场模拟方法错误!未定义书签.4.1 一般规定借候:未定义书签.4.2 对象建模324.3 计算方法324.4 结果验证355建筑风环境模拟试验错误!未定义书筌.5.1 一股现定储谀:未定义书签.5.2 试验要求375.3 评价指标386建筑风荷载模拟试验406.1 一般规定406.2 对象建模406.3 计算方法40附录A建筑风环境标准模型41附录B高房建筑风荷载标准模型421.0.1从自然灾害U面，2021年3月

18、，中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要里提到“十四五”期间应尽快“提高防灾减灾抗灾救灾能力，实施公共基础设施安全加固和自然灾害防治能力提升工程，提升气象灾害、地震等自然灾害防御工程标准2022年6月，我国发布的“十四五”国家综合防灾减灾规划中强谢，“开展自然灾宙孕育机理、演变过程、防治技术等基础理论研究,加强灾害事故重大关键技术科研攻关与新技术、新材料、新装备产业化应用，并提供灾害事故实景模拟、实训演练、科普体效等服务支撑:从绿色建筑层面，2024年3月，国务院办公厅发布关于转发国家发展改革委、住房城乡建设部加快推动建筑领域节能降碳工作方案的通知。通知提到，

19、到2025年，城钝新建建筑全面执行绿色建筑标准。其中，绿色建筑和人居环境离不开对风环境的考虑，我国颁布的绿色建筑评价标准:(GBfr50378-2019)对室外风环境提出了具体评价方法，明确风环境设计是优化绿色建筑设计、营造舒适人居环境的重要因素之一。由于计鸵流体动力学技术的发展，以及计算硬件能力的提升，数值模拟试验(数值风洞)己成为研究建筑风效应的一种新方法，其核心理论是计算流体力学(COnIPUtatiOna1.F1.uidDynamics,荷称CFD),通过数值求解控制流体流动的微分方程，获得流体流动的流场在连续区域上的离散分布，从而近似模拟流体流动情况“目前，CFD技术逐渐成为解决分析

20、风工程问题的最有效工具之一。1.0.2数值风洞不受模型尺寸、雷诺数等因素的限制,按足尺模型模拟定体量的单体或群体建筑，采用一定方法可以灵活变换风向角，模拟的周期短、效率高，因此其涉及的计筑费用要远远小于现场实测和风洞试验，尤其结合丰富的后处理功能.可以形象地再现流动情景，并从中提取所需的流场物理量进行全面分析。2术语和符号2.1 术语2.1.1 风受到地面建筑物阻挡时，将形成较复杂的绕流风场，风速方向和大小发生变化，口在建筑周边分布呈现差异，构成室外风环境，对室外行人、空气流通产生影响。2.1.2 当风受到建筑阻碍时，将出现碰撞、分离、再附着、旋涡等复杂流动现象，并由此在建筑表面产生风压即风荷

21、载作用。2.1.4 自然界中的流体流动状态分为两种，可根据雷诺数大小判断，当雷诺数小于某临界值时，流体的流动平滑有序，该类流动状态为层流。当雷诺数大T某一临界值时，流体的流动混乱无序，这种流动状态为湍流，绝大部分流体在流动时都将呈现湍流。针对流体的数值模拟方法分为两种，即直接模拟法和非直接模拟法。直接模拟法是指直接对瞬态的Navicr-Stokcs方程进行求解，由于直接模拟法没有对湍流流动作任何假设与荷化，理论上可以得到精神的计鸵结果。但由于对空间和时间的分辨率需求很高，因此该方法的计算量大、耗时长，依赖计算机内存.非直接数值模拟法不直接计算湍潦的脉动特性，而是对湍流作近似处理，该方法又可分为

22、大涡模拟法(1.ES),和雷诺平均法(RANS)。2.1.10 网格质量对模拟计钵是否能够收敛、提高模拟结果的精度起若决定作用。开展数值风洞试验时，往往将数值模拟的核心区域，如建筑物本身进行加密网格处理，而对非重要的区域粗化网格，以此减少计算机负荷提高计算效率。目前网格类型主要分为两类，即结构化网格和非结构化网格。一般来说，结构化网格往往具有更高的精确度，但结构化网格适用条件较为苛刻，只有外形规则的流场中才能正常使用.非结构化网格不仅适用于外形规整的模型，而且对于外形不规整的模型也能够进行细致的划分。3基本规定3.0.1数值风洞忒验方法是目前风工程研究应用较为有效的预测方法，其主要堪于计免流体

23、动力学（CFD）理论，选择有效的空气湍流数学模型，再结合一定的数值算法和图形显示技术，将“风洞”结果形象、直观地显示出来。相比于传统的物理风洞试哙和实测方法，数值风洞试验具有计算周期短、价格低廉、数据信息丰宓，以及快捷模拟各种不同情况的特点。3.0.3数值风洞试验精度受多种因素,如计算域大小、网格质员、边界条件、湍流模型、而散格式以及收敛判断标准等的影响，因此应充分利用已有标准模型物理风洞试验结果，验证数值方法的准幽性，在此基础上深入开展数值模拟试验.3.0.5对体型复杂、受风荷载影响显著的至要建筑物，在条件允许的情况下，应结合物理风洞试收，确定建筑的风荷载.4建筑风场模拟方法4.1 一般规定

24、4.1.1 基于计算流体动力学(CFD)和计算风工程(CWE)的数值模拟方法(也称数值风洞经过近50年的发展,已成为包括建筑工程在内的诸多领域预测流动风场的求要方法。在建筑工程领域，目前，对风环境(含室外风环境、室内外通风传热、空气污染扩散、风驱雨/当/沙等)的数值模拟已得到国内外的普遍认可和广泛应用，并纳入到许多国家和地区的规范中，例如日本AIJ、欧洲CoST的CFD应用指南。建筑物和构筑物表面平均风压的数值模拟也得到较普遍认可件实际应用,并纳入到部分国家和地区的实用指南中。基于瞬态效应的极值风压的模拟尚未在工程应用中得到普遍认可，但1.ES及相关混合方法已得到越来越广泛的探索和应用，对于建

25、设工程领域的初步设计阶段，以及面向工程项目的规律性、趋势性变化的模拟及参考性和综合性借鉴应用，已日渐广泛。宜根据本条所列的几个方面对拟开展数值风洞试验的工程项目进行分析、评估，以便对数值模拟的目的、要求，以及对预期成果的有效利用有更充分的依据.4.1.2 由于钝体绕流的豆杂性，科学家至今仍无法给出一个适应于不同H的和条件的通用湍流模型和相应的模拟方法，因此福根据模拟目的和工程项目的实际流场特点选择合适的模拟方法.可通过分析对比,并依据己有经验做出决定.4.1.3对于钝体空气动力学问题，目前直接数值模拟尚难实现，因此可用的方法有两大类：基于雷诺平均方程(RANS)的模拟方法和大涡模拟方法(1.E

26、Sapproach),前者屈于非尺度解析法Nonsca1.e-reso1.vingapproach),后者属于尺度解析法，也即分辨一定尺度的涡并加以直接模拟。另外还有一些混合或变种的方法.由不同方法的适用条件，以及使用者的目的、要求等有所不同，本条给出的三种选择原则可供使用者酌情采纳。4.2 对象建模4.2.1 湍流均表现为一:维流动，因此一般情况下，针对钝体建筑物的流动风场应作为三维问题进行建模计算:。对一些特殊的、平均流动可筒化为二维的情况,可作为二维问题建模计算。4.2.2 为避免由几何缩尺带来的相似关系不完全匹配的问题，数值模拟宜按足尺模型进行。423除了需直接计算并提取计算结果的试验

27、对象外，周闱建筑物和障碍物也会对风场产生较大影响，对此也需进行建模计算，但可以不提取计算结果，4.2.4 试验对象的几何模型应反映实物的主要几何特征，并可忽略一些次要的局部细节，其原则是不影响主要流动特性的苒现，且对最终的风速、风压等计算结果不产生明显影响。其他建筑物和障碍物的细部构造只会对其自身的局部流场产生影响.因而对其模型精细度的要求可适当放宽。4.2.5 不直接建模的隙碍物一般仍会对风场形成累积性的综合影响，因此需采用一些简化方法进行近似模拟。所给出的两种方法是较常用的处理方法。4.3 计算方法4.3.1 参考日本AIJ、欧洲COST的CFD实践指南，并结合相关经验提出本条对计算区域的

28、尺寸要求。模型的明塞比是指所构建的所仃几何模型在迎风断面上的投影面积与该断面上的计算区域投影面积之比。过大的阻塞比会使边界面对计算区域内的风场形成不合理的挤压，造成计算结果不能真实再现实际流动特性，因而本标准从计算区域大小和阻塞比两方面出发做H1.限制，以便建立更趋合理的数值模拟计算模型。当几何模型的高度显著小于其水平方向的尺寸时，将模型边缘至计算区域边界的距离设为比模型水平尺寸还小，往往仍能满足阻塞比和边界距离的要求,但这显然并不合理。为避免这一问题，本条提出了需同时满足单向阻塞比的要求，其中的17.3%由迎风面R1.塞比限值3%开根号而来。4.3.2 二维问题的计算区域可作为三维问题的一个

29、纵向剖面，参照三维问即构建。4.3.3 瞬态问题的模拟时氏i殳置遵循了与空间网格设置相同的原则,也就是确保能够形成在空间和时间上均已充分发展的流动风场。4.3.4 网格分辨率和网格质量不仅关系到数值模拟的计算精度,还影响到迭代计算的收敛性和稳定性。尽管网格数量的选择还需考虑计算能力和项目要求等诸多因素，需要从多个方面进行综合权衡，再做出选择，但一些基本原则仍需遵循.本条以固体壁面、地面、几何形状改变处等重要部位为重点，对局部网格划分、网格质量和分批率等做出了一些原则规定。已仃研究和实践经验表明，网格离散应遵循的般原则有：I尽量采用结构网格或者混合网格：如使用非结构网格，建议在地面和建筑表面设置平行于地面和外墙壁的边界层网格，以提高近壁面模拟牯度。2在所关心的建筑或位置周围流场预期变化剧烈的区域采用小尺度网格，在流场预期变化相对较小的区域可采用较大尺度网格；粗