بررسی عددی رفتار آئروالاستیک ساختمان‌های بلند با لحاظ اندرکنش سازه و باد

کاربرد دینامیک سیالات محاسباتی به منظور ارزیابی عددی آثار باد بر ساختمان های بلند با توجه به افزایش توان محاسباتی رایانه ها در سال های اخیر در حال توسعه است. با توجه به ریزش های گردبادی پیرامون ساختمان های انعطاف پذیر، لاغر و بلند ناشی از جریان باد با اعداد رینولدز نسبتاً بالا، بررسی رفتار آئروالاستیک ساختمان های بلند امری ضروری است. در این مقاله، جریان آشفته باد با 4 سرعت متفاوت پیرامون ساختمان بلند استاندارد caarc به صورت عددی شبیه سازی شده است. از مدل شبیه سازی گردابه های بزرگ برای لحاظ اثر آشفتگی در حل معادلات جریان استفاده شده و پاسخ ساختمان های بلند به نیروهای حاصل از باد با حل معادله دیفرانسیل حرکت تعیین شده است. به منظور انتقال داده ها بین دو حوزه حل سیالاتی و سازه ای در هر گام زمانی، از روش کوپل شدگی دوطرفه استفاده شده است. طبق نتایج حاصل از شبیه سازی عددی، ضرایب فشار، خطوط جریان و میدان فشار لحظه ای پیرامون ساختمان بلند مطابقت خوبی با مشخصه های متداول جریان پیرامون اجسام هوابند دارد. سرعت بحرانی متناظر با پدیده قفل شدگی در این مساله با استفاده از عدد استروهال، برابر با 100متر بر ثانیه محاسبه شده است. همچنین تاریخچه زمانی جابه جایی بام ساختمان در جهت باد و عمود بر امتداد آن به ازای سرعت های متفاوت وزش باد استخراج شده و به ترتیب میانگین و انحراف معیار آنها محاسبه شده است. افزایش مداوم دامنه نوسان های عرضی ساختمان تحت وزش باد با سرعت 100متر بر ثانیه مشاهده شده است. این نکته بیانگر کارآیی و قابلیت فرآیند عددی حاضر در تشخیص ناپایداری آئروالاستیک به ازای سرعت پیش بینی شده است.

Numerical Investigation of Aeroelastic Behavior of Tall Buildings Considering Wind-Structure Interaction

The application of computational fluid dynamics is being developed in recent years in order to evaluate the numerical impact of wind damage on highrise buildings due to the increasing computing power of computers. With regard to the turbulent downturns around flexible, slender and longwinded buildings with relatively high Reynolds numbers, the study of aeroelastic behavior of tall buildings is essential. In this paper, the turbulent wind flow is simulated numerically with four different velocities around the high standard CAARC building. Large Eddy Simulation has been used to solve the turbulence effect in solving fluid flow equations and the response of tall buildings to wind forces is determined by solving the differential equation of motion. A twoway coupling method is used to transfer data between two areas of fluid and structural solution in each step of time. According to the results of the numerical simulation, the pressure coefficients, streamlines and instantaneous pressure field around the tall building are in good agreement with the common characteristics of the flow around the airborne objects. The critical speed corresponding to the lock in phenomenon in this problem is calculated using a Strouhal number equal to 100m/s. Also, the history of displacement of the roof of the building in the direction of the wind and perpendicular to its length have been extracted for different wind velocities and the mean and their standard deviations respectively have been calculated. The continuous increase in the range of the fluctuations of the building under the wind blowing at 100m/s is observed. This point indicates the efficiency and capability of the numerical process in detecting aeroelastic instability with a predicted speed.