基于CFD数值模拟的古建筑群风场特性研究——以北京故宫建筑群为例

摘要

为研究我国古建筑群风场特性评估方法，基于计算流体动力学方法(Computational Fluids Dynamics, CFD),以北京故宫建筑群为例，通过对不同风向角工况下的故宫建筑群进行CFD数值模拟，获得全域流场信息，包括故宫中轴线主要建筑的表面风压分布情况、以及故宫建筑群环境风速分布情况.研究揭示了故宫建筑群内不同风向角下主要建筑表面的风压分布规律、中轴线建筑的不利风向角，并基于风环境评估理论对故宫建筑群内的行人风环境舒适性和安全性进行评估.研究结果表明：风压分布大致呈东西和南北对称分布形态；迎风面受较大正风压，侧风和背风面受较大负风压，负风压主要集中在靠近屋脊和墙面转角等气流分离区；主要建筑表面的正风压系数最值达1.0,负风压系数最值达2.2;六座大殿所受竖直方向的升力系数极值接近8,是水平方向的2倍；在水平和竖直方向上风压合力在斜风向下较大，其中在120°时的三向风压合力均达到极值；环境最大风速比在3～6之间，斜风向的最大风速比较大；垂直风向下，风速放大效应较弱，其中正南和正北风放大效应最弱，北京地区的主导风向是故宫建筑群的最优风向.研究成果可以为故宫建筑群的结构抗风保护以及行人防风措施提供科学依据和指导.

关键词

CFD数值模拟 / 故宫建筑群 / 平均风压系数 / 风环境模拟