建筑仿真分析的案例
基于湍流模型的建筑復雜外流場CFD仿真分析
曾社銓
仿真應用工程師
對于建筑行業，在復雜的情況下，無法直接進行實體試驗及測量，而縮尺的實驗既昂貴也同樣有誤差的問題，因此CFD常用來作為建筑設計在做通風分析、建筑物外流場分析的工具。通過對建筑外流場CFD分析，能得到建筑物
表面的風
壓
、
建物對室外行人的影響
以及
為室外設備的位置設置
等提供指導和建議。
安世亞太自主開發的CAE軟件PERA SIM具有非常優秀的CFD仿真能力。針對復雜流體域，PERA SIM提供了多種湍流模型進行復雜流場的捕捉，提供了
全面的邊界條件應付各種復雜工況，并提供魯棒性強且高精度的流體求解器。
該案例應用PERA SIM模擬建筑群風環境，評估高層建筑風載及其分布規律，詳細介紹PERA SIM的建筑外流場CFD仿真流程。
一、網格導入
PERA SIM的網格導入接口可以導入多種網格格式，本案例導入的是msh格式的網格文件。
PERA SIM Fluid網格導入接口
導入的網格文件是某小區建筑，如圖所示。為了精準計算建筑物表面的壓力，建筑物表面和地面添加了5層的邊界層網格。
展開 基于LS-dyna建筑物爆破拆除的仿真分析
（3）在框架結構倒塌過程中，不同排的承重柱受力形式相差很大，采用整排柱子截面合軸力的分析方法，可以較為準確的分析結構倒塌過程立柱的受力情況。
如何使用湍流模型進行建筑復雜外流場CFD仿真分析？
作者：曾社銓，仿真應用工程師
來源：本文為安世亞太原創作品，上海安世亞太授權轉載
前言
對于建筑行業，在復雜的情況下，無法直接進行實體試驗及測量，而縮尺的實驗既昂貴也同樣有誤差的問題，因此CFD常用來作為建筑設計在做通風分析、建筑物外流場分析的工具。通過對建筑外流場CFD分析，能得到建筑物表面的風壓、建物對室外行人的影響以及為室外設備的位置設置等提供指導和建議。安世亞太自主開發的CAE軟件PERA SIM具有非常優秀的CFD仿真能力。針對復雜流體域，PERA SIM提供了多種湍流模型進行復雜流場的捕捉，提供了全面的邊界條件應付各種復雜工況，并提供魯棒性強且高精度的流體求解器。該案例應用PERA SIM模擬建筑群風環境，評估高層建筑風載及其分布規律，詳細介紹PERA SIM的建筑外流場CFD仿真流程。
一、網格導入
PERA SIM的網格導入接口可以導入多種網格格式，本案例導入的是msh格式的網格文件。
PERA SIM Fluid網格導入接口
導入的網格文件是某小區建筑，如圖所示。為了精準計算建筑物表面的壓力，建筑物表面和地面添加了5層的邊界層網格。
PERA SIM顯示建筑物外流場網格模型
二、材料賦予
建筑外流場的流體材料是空氣，PERA SIM提供材料創建界面，輸入空氣的密度和粘度。
PERA SIM材料創建
將創建好的空氣材料，賦予計算域。
材料賦予計算域
三、分析類型
PERA SIM對于CFD分析，提供了穩態分析和瞬態分析，對于本案例的建筑外流場，采用穩態分析即可。參考壓力設置為一個大氣壓。由于建筑外流場屬于強迫流動，不需要考慮重力的影響。
展開 基于Abaqus的建筑結構隔震分析 附ABAQUS建筑結構分析應用下載
本文通過時程分析的方法，考察隔震結構在大震作用下的性能，結果顯示，在大震作用下，結構的整體響應，無論是位移角還是結構的剪力，與小震結果都有明顯差異，隔震支座對結構性能的改善，主要體現在結構的上部，對結構的中下部則較小，且不再滿足規范中對剪力降低50%的要求。另一方面，非線性的影響會對結構的計算結果起到放大作用，使微小差異的結構方案在大震作用中表現出明顯不同的抗震性能。
下載地址 ：ABAQUS建筑結構分析應用
使用 CFD 仿真優化建筑設計 附精通CFD工程仿真與案例實戰下載
聚碳酸酯雨幕系統的 CFD 仿真，其中竣工條件導致意想不到的太陽輻射得熱量。產生的問題包括面板變形和 XPS 隔熱層的表面熔化。對雨幕改造的 CFD 分析成功地確定了允許的最大太陽輻射得熱量和最低的通風要求。圖片由 Steven Doggett 提供。
通過 CFD 分析，Built Environments 團隊能夠確定重新設計所需的最低通風要求和允許的最大太陽輻射得熱量。現場的數據驗證了仿真結果的正確性。最后，Doggett 指出，團隊成員發現他們“準確計算了他們在現場看到的情況”。
應對建筑仿真挑戰
建筑是一個非常實用且“腳踏實地”的行業。因此，Doggett 強調了在建筑物理和整個建筑行業中使用仿真時，對實際物理測試進行基準測試的重要性。我們需要進行基準測試來增加對仿真結果的信心。
Built Environments 團隊成員在 CFD 仿真中使用現場收集的真實數據。這樣，他們可以立即驗證條件，并確認不同的條件如何影響建筑設計。Doggett 表示，這讓他能夠“看到仿真的力量”，因為他可以“立即看到基準”。
仿真在建筑領域的應用也帶來了另一個挑戰：建筑分析中需要的大規模變化。以建筑物的小規模特征為例，正如前面提到的雨幕，它會影響整個建筑物的熱效率。Doggett 評論道，你可以通過使用二維和三維建模以及 COMSOL Multiphysics 的網格劃分功能來應對這種規模的變化。
盡管存在不少挑戰，但仿真仍能夠滿足各種建筑設計、施工和評估需求，有助于為未來的建筑設計奠定基礎。
下載地址：精通CFD工程仿真與案例實戰
展開 城市區域建筑抗震分析實例及應用
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1.研究背景
城市重要建筑的地震安全水平及韌性水平由于現代抗震及減震控制技術的大量應用正在獲得實質性提高，但其水平到底如何，最終提高到什么水平才能滿足經濟發展對于地震安全性的訴求，需要一個客觀的評價標準和技術體系。因此，基于韌性的抗震設計可以進一步指導工程結構的利益相關者采取更加合適的措施，去改進或提高其韌性能力，或者采取其它的防災備災預案，從而達到更加有效的減災目標。而本實例主要從多尺度下進行拋磚引玉，給出區域建筑地震仿真分析的實例。本貼僅探究城市區域性建筑的建筑結構系統抗震分析，暫不討論地震后城市引發的次生災害及非結構構件等其他評估。旨在對于區域地震進行可用于韌性評估較準確的精細化分析。
由于土木工程的研究對象是材料、構件、結構、建筑、社區、城市等多尺度的范圍，地震災害會對各類受災體造成損傷，因此無論是小到一種材料、一個個體，還是大到一座城市區域，都存在韌性的問題。從多尺度角度進行問題的拆分層次看，將區域建筑拆分成單體建筑，進而拆分成構件，進而研究材料本構。從該帖的驗證研究思路將從本構模型驗證到構件驗證，進而到單體建筑最后到區域建筑模擬分析。
展開 仿真科普｜駕馭風場，筑風為友：CAE風環境仿真技術驅動建筑可持續設計
[4]
01 建筑風環境仿真的關鍵技術
1.流體力學仿真
計算流體動力學（CFD）技術通過求解控制流體運動的納維-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations），在計算機上對建筑物周圍風流動所遵循的動力學方程進行數值模擬。[5]在輸入精確的地理環境模型、建筑設計模型（BIM）、邊界層風速風向數據后，CFD可計算整個三維流場內所有點的關鍵物理量（壓力、速度、湍流動能），輸出建筑物表面的風壓分布、區域內通風狀況、行人高度的風速舒適度等關鍵設計參數。
CFD揭示了風力如何與建筑形態產生交互的最基本物理圖像，是風環境仿真的基石。
Ansys Fluent 模擬描繪了格拉斯哥建筑環境周圍的風向和氣流
2.流-固耦合仿真
風不僅作用于建筑表面產生壓力，更會引發結構振動（如高層建筑的擺動、幕墻的變形、橋梁的顫振）。流體力學仿真（CFD）僅能計算風力載荷，但要評估結構在這些時變載荷下的動態響應（應力、變形、穩定性、振動頻率），則需要在CFD基礎上耦合結構力學分析模塊（如FEA有限元分析），這種多物理場仿真技術稱之為流-固耦合仿真（FSI）。
流-固耦合仿真（FSI）：計算流體域的流場壓力實時作用于固體結構網格上，結構的變形或振動也反過來影響流體邊界的形狀及流動狀況。
即在CFD模擬風荷載的基礎上，將荷載數據傳遞至結構力學求解器，計算建筑結構（尤其是柔性構件如幕墻、屋頂、索結構）的變形與振動響應；結構變形反過來又影響周圍流場形態，形成雙向反饋循環。這種閉環反饋對于準確分析風致結構變形、振動疲勞乃至極端風荷載下的結構安全性至關重要。[6]
3.噪聲仿真
氣流經過鈍體如建筑物、橋塔、風電機組時，會產生顯著的空氣動力學噪聲（氣動噪聲或風噪聲）。此類噪聲源于復雜的流動現象，尤其是湍流及其相互作用（渦脫落、撞擊等）。
展開 仿真科普｜駕馭風場，筑風為友：CAE風環境仿真技術驅動建筑可持續設計
，到營造健康舒適環境、降低運營能耗，CAE建筑風環境仿真技術為建筑師與工程師提供了駕馭風場、實現“人-建筑-氣候”和諧共生的科學手段。
山體碎石滑坡沖擊建筑模擬仿真 ￥2500
<p>本案例建立了一二維簡化山體碎石滑坡模型，基于COMSOL軟件模擬山體碎石滑坡后對山下建筑進行沖擊，導致建筑發生破壞和變形的過程，仿真結果如圖所示：</p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202208/41f4dfb541eb44c598c1671758d703cd.gif" title="Untitled2.gif" alt="Untitled2.gif" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202208/41f4dfb541eb44c598c1671758d703cd.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40/resize,w_400" data-pc-src="https://img.jishulink.com/upload/202208/41f4dfb541eb44c598c1671758d703cd.gif?image_process=/format,webp/quality,q_40" data-initial-src="https://img.jishulink.com/upload/202208/41f4dfb541eb44c598c1671758d703cd.gif"></p><p style="text-align: center;"><strong>圖1 綠色部分為建筑結構，藍色部分為邊坡，咖啡色部分為碎石顆粒。
展開 VirtualFlow | 水利工程泄水建筑物仿真應用與實踐
<p>泄水建筑物作為保障水利樞紐安全、減免洪澇災害的核心水工結構，其水力特性的精準把控直接決定工程安全與運行效率。溢洪道作為泄水建筑物中應用最廣泛的類型，在當前水電工程規模持續擴大的背景下，其泄流能力優化與安全運行分析的重要性愈發凸顯。</p><p>積鼎計算流體力學CFD軟件 VirtualFlow 憑借獨特的技術優勢，是泄水建筑物，包括溢洪道、底孔、泄洪洞、水閘、水庫等水力特性模擬、設計優化的關鍵工具，為水利工程設計提供科學、高效的技術支撐。</p><p><br></p><h3><strong>一、VirtualFlow 技術優勢：適配泄水建筑物仿真需求</strong></h3><p>泄水建筑物的水力模擬需面對復雜幾何結構、瞬態界面流（水-氣兩相流）及高精度數據輸出等需求，VirtualFlow的核心技術特性可針對性解決這些痛點：</p><p><strong>1.高效前處理，縮短設計周期</strong>：采用獨特的 IST 網格技術，支持泄水建筑物復雜幾何模型，如溢洪道進口引渠、控制堰、漸變段泄槽等<strong>高質量六面體網格自動快速生成，</strong>無需大量人工干預，大幅節約前處理時間。</p><p><strong>2.精準界面捕捉，還原真實流態</strong>：針對溢洪道內水-氣兩相流動的核心問題，軟件可實現<strong>界面精確捕捉</strong>，對液面形態、流速分布進行精細的瞬態模擬，避免傳統計算中界面模糊導致的誤差，確保流場數據的真實性。
展開 仿真APP助力建筑設計更高效、更安全、更耐久
對于較復雜的仿真結果，還可以在線咨詢仿真APP開發者，獲取專業的仿真結果分析指導。</span></p><p><br></p><p><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">推薦</span><strong style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">9</strong><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">款</span><strong style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">建筑工程領域仿真APP</strong><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">，供大家體驗。不符合要求，還可以</span><strong style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">個性化定制</strong><span style="color: rgb(25, 27, 31); background-color: rgb(255, 255, 255);">。
展開 
【分析】建筑電氣設計中的變壓器節能分析
在確定好房屋建筑物基本負荷數值之后，配電變壓器總裝機的容量=建筑物有功計算負荷/（變壓器負荷率×變壓器補償后的平均功率因數）。在變電器使用的過程中，如果最大負荷統計數值低于30mim，變壓器負荷容量會增加，與此相關的用戶初期投資數額也會增加。由此證明，按照變壓器最理想負荷率來確定變壓器容量的做法是不科學的。
第二，按照變壓器節能負荷率選擇變壓器的容量。考慮到變壓器容量負荷始終處于變化的過程中，無法精準地計算出變壓器的電能損耗。為此，想要計算最大負荷時間，可以參考最大負荷消耗時間下用戶的統計數據信息。對于高層建筑物，受到工作制的影響，在員工下班之后的時間段會處于輕載的狀態，這個時期電力負荷的運行和工業企業的單班制生產存在密切的關聯，變壓器的節能負荷率基本控制在0.85～0.95之間。對于一些以商業為主的建筑物，它的用電負荷相當于工業企業兩班制，變壓器的節能負荷率在0.71～0.85之間。
第三，按照變壓器經濟負荷來計算變壓器的容量。經過上文的分析我們發現，按照年有功率能耗損耗最小時的節能負荷率計算，變壓器的容量設置更加有利于實現節能環保的發展目標。但是對于兩班制商業建筑中的配電變壓器使用來說，如果按照以上的計算方式，最終所得到的容量數值還會偏大，無形中加大了用戶的投資。
展開 建筑工程多媒體仿真系統的研制與應用
5 結 論
本文探索了多媒體仿真技術在建筑工程領域應用的理論方法和技術實現,并建立一個建筑工程多媒體仿真系統原型,同時以高聳結構的風振響應這一具有典型性的和綜合性的熱點課題作為仿真實例,建造了一個集建筑建模-結構分析-仿真演示于一體的高聳結構風振響應多媒體仿真系統,為充分發揮多媒體仿真技術在建筑工程設計與研究中的作用提供了一條有效的途徑。
在總結原型系統的設計與研制經驗中,認為多媒體仿真支持的新型建筑設計分析系統在系統建模、過程控制和結果表現等方面能夠更好的適應建筑工程的設計和研究的需要。因此,多媒體仿真在建筑工程領域具有廣闊的發展空間和應用前景。
展開 Abaqus培訓｜2022年達索系統建筑工程行業仿真技術培訓
建筑、交通、水利水電、風力發電等基礎設施在服務經濟社會高質量發展的同時，自身也在不斷創新和發展。仿真是借助計算機技術，通過數值計算，完成虛擬設計和驗證，為工程建設和技術進步發揮了重要推動作用。
達索系統旗下SIMULIA品牌 具有結構、流體、電磁等多專業的仿真能力，其中Abaqus以其出色的有限元求解技術，在巖土工程、結構工程等專業得到廣泛應用；XFlow是基于格子玻爾茲曼法的新一代CFD仿真產品，可以進行風荷載計算、污染物擴散、自由液面流動等方面的分析。
為幫助相關從業人員提高仿真技術應用水平，達索系統計劃開啟“2022年達索系統建筑工程行業仿真技術名師面對面”系列培訓活動。
培訓安排
建筑工程行業仿真技術培訓：共3站
目標參訓學員
巖土結構、路橋隧工程、建筑等領域
相關從業人員
培訓師資隊伍
行業專家
曹舒瀚 博士
漢諾威萊布尼茲大學
巖土工程研究所研究員
德國漢諾威萊布尼茲大學巖土工程研究所研究員，主要研究方向包括海上風機基礎、巖土工程的數值模擬以及土-結構相互作用等；講授課程有基礎工程、土動力學、巖土工程數值方法以及地下特種結構及填埋場技術；作為Abaqus高級用戶，精通使用Abaqus/CAE及Input Files結合建模及子程序二次開發等。
培訓內容簡介：培訓內容包括巖土工程問題簡介及數值模擬方法、Abaqus在巖土工程中應用技術、案例和操作演示，涉及Abaqus/CAE與Input Files相結合的建模技術、淺基礎、樁基礎、土動力學以及基坑開挖等。
展開 COMSOL 應用案例：CFD 仿真優化建筑結構設計
通過 CFD 分析，Built Environments 團隊能夠確定重新設計所需的最低通風要求和允許的最大太陽輻射得熱量。現場的數據驗證了仿真結果的正確性。最后，Doggett 指出，團隊成員發現他們“準確計算了他們在現場看到的情況”。
應對建筑仿真挑戰
建筑是一個非常實用且“腳踏實地”的行業。因此，Doggett 強調了在建筑物理和整個建筑行業中使用仿真時，對實際物理測試進行基準測試的重要性。我們需要進行基準測試來增加對仿真結果的信心。
Built Environments 團隊成員在 CFD 仿真中使用現場收集的真實數據。這樣，他們可以立即驗證條件，并確認不同的條件如何影響建筑設計。Doggett 表示，這讓他能夠“看到仿真的力量”，因為他可以“立即看到基準”。
仿真在建筑領域的應用也帶來了另一個挑戰：建筑分析中需要的大規模變化。以建筑物的小規模特征為例，正如前面提到的雨幕，它會影響整個建筑物的熱效率。Doggett 評論道，你可以通過使用二維和三維建模以及 COMSOL Multiphysics 的網格劃分功能來應對這種規模的變化。
盡管存在不少挑戰，但仿真仍能夠滿足各種建筑設計、施工和評估需求，有助于為未來的建筑設計奠定基礎。
來源：COMSOL
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