【摘要】：依據(jù)我國荷載規(guī)范規(guī)定的設計風荷載計算方法,可知該方法得出的設計風荷載使得結(jié)構(gòu)在抗風設計過程中偏于保守;在邊界層風洞試驗中,利用全風向統(tǒng)計極值風速和極值風壓系數(shù)計算風荷載,這同樣使得設計風荷載偏于保守。為了準確進行低矮建筑主體結(jié)構(gòu)的抗風設計,得到更加經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)設計方案,并為將來的結(jié)構(gòu)抗風設計優(yōu)化提供參考,需要在抗風設計過程中考慮風向效應,本文以風洞試驗中的低矮建筑模型為研究對象,以北京地區(qū)的母體風速樣本為依據(jù),針對模型屋蓋表面的風向折減因子進行系統(tǒng)研究,包含以下幾個方面:(1)對目前考慮風向效應的兩大類理論分析方法進行介紹,包括基于定向極值風速數(shù)據(jù)的Simiu法、分區(qū)法(Sector-by-sector method)、過境風暴法(Storm passage method);基于連續(xù)的風速記錄和風速母體分布的超越概率法(The up-crossings method)和改進的超越概率法(Refined up-crossings method)。分析各種方法的優(yōu)缺點,并決定使用Simiu法作為本文計算風向折減因子的理論分析方法。(2)以北京氣象塔實測風速記錄為基礎,采用改進過程超越概率法的混合分布和月最大風速分布估計50年平均重現(xiàn)期的基本風速,對比兩種分布的計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)改進的過程超越概率法中的混合分布擬合年最大風速分布的效果很好,得到的極值風速估計值也更加準確,此外得知改進的過程超越概率法的混合分布和基于小容量樣本的越界峰值法(POT)法的本質(zhì)相同,這導致風速閾值成為混合分布是否有效的關鍵因素。此外,基于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)得到的年最大風速數(shù)據(jù),采用極值Ⅰ型分布(Gumbel disribution)估計50年一遇的基本風速,對比兩種方法的分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用改進的超越概率法分析所得的極值風速普遍偏小。(3)結(jié)合北京地區(qū)50年平均重現(xiàn)期的極值風速和風洞試驗得到的低矮建筑模型表面的風壓數(shù)據(jù),使用Simiu法求解風向折減因子,考慮到用混合分布擬合風速分布效果較好的情況下,同樣使用混合分布擬合年最大風荷載分布,分析耿貝爾分布、威布爾分布和混合分布擬合效果優(yōu)劣,對比發(fā)現(xiàn)混合分布的擬合效果最好,得到的極值風荷載也更加準確,對比發(fā)現(xiàn)通過三種分布計算得到的風向折減因子差異較小,即使用Simiu法計算風向折減因子時可以采用任意一種分布擬合年最大風荷載分布,在考慮整個屋蓋的風向折減系數(shù)時建議采用所有建筑朝向風向折減因子的均值對設計風荷載進行折減。
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TU312.1
【圖文】：

考慮風向效應影響的條件下，不同建筑物的結(jié)構(gòu)特征和空氣動力影響的綜合效應逡逑將導致結(jié)構(gòu)響應減小。此外，不同地區(qū)氣象站的風速記錄表明，各地區(qū)８個風向上逡逑的風速差異性較大，圖１－１給出了北京、濟南、武漢和哈爾冰８個風向上的基本風速。逡逑Ｎ邐，邐邐逡逑Ｎ邐邐邐邐邋２５邋－Ｉ邐邐邐邐邐邐邐邐邋邐邐邋５０－ＭＲＩ逡逑＿咖逡逑：：：：逡逑２。］邐２５邐ｓ逡逑ａ）北京邐ｂ）濟南逡逑２０－｜邐Ｒ－邋５０－ＭＲＩ邋１邐４０邋ｎ邐［＾ ５０－ＭＲｌ｜逡逑Ｈ）邐＿逡逑１５－邐３０＿邐ｓｗ＾＼邐－－－逡逑２０」邐＾一ｉ一＾＾４０」邐一Ｉ—逡逑Ｓ邐Ｓ逡逑ｃ）武漢邐ｄ）哈爾冰逡逑圖１－１不同地區(qū)各風向下基本風速逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑從風洞試驗中可以知道，不同方向上的風壓系數(shù)差異性較大，見圖１－２所示，逡逑以往的研究表明風壓系數(shù)是與風向相關的隨機變量［２］。逡逑１邐ｌ。逡逑ＳＢｉ＾ｒｒ邋＿邋邋■■邋■＂邋＊邋■■．邐■■■■？ｎ邋ｉｆ■零淲邐＃邋－＊＜邐貪逡逑ａ）０°風向角邐ｂ）邋９０°風向角逡逑圖１－２邋０°和９０°風向角下屋蓋表面風壓分布逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｗｉｎｄ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｔ邋０°邋ａｎｄ邋９０°邋ｗｉｎｄ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑２逡逑

考慮風向效應影響的條件下，不同建筑物的結(jié)構(gòu)特征和空氣動力影響的綜合效應逡逑將導致結(jié)構(gòu)響應減小。此外，不同地區(qū)氣象站的風速記錄表明，各地區(qū)８個風向上逡逑的風速差異性較大，圖１－１給出了北京、濟南、武漢和哈爾冰８個風向上的基本風速。逡逑Ｎ邐，邐邐逡逑Ｎ邐邐邐邐邋２５邋－Ｉ邐邐邐邐邐邐邐邐邋邐邐邋５０－ＭＲＩ逡逑＿咖逡逑：：：：逡逑２。］邐２５邐ｓ逡逑ａ）北京邐ｂ）濟南逡逑２０－｜邐Ｒ－邋５０－ＭＲＩ邋１邐４０邋ｎ邐［＾ ５０－ＭＲｌ｜逡逑Ｈ）邐＿逡逑１５－邐３０＿邐ｓｗ＾＼邐－－－逡逑２０」邐＾一ｉ一＾＾４０」邐一Ｉ—逡逑Ｓ邐Ｓ逡逑ｃ）武漢邐ｄ）哈爾冰逡逑圖１－１不同地區(qū)各風向下基本風速逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑從風洞試驗中可以知道，不同方向上的風壓系數(shù)差異性較大，見圖１－２所示，逡逑以往的研究表明風壓系數(shù)是與風向相關的隨機變量［２］。逡逑１邐ｌ。逡逑ＳＢｉ＾ｒｒ邋＿邋邋■■邋■＂邋＊邋■■．邐■■■■？ｎ邋ｉｆ■零淲邐＃邋－＊＜邐貪逡逑ａ）０°風向角邐ｂ）邋９０°風向角逡逑圖１－２邋０°和９０°風向角下屋蓋表面風壓分布逡逑Ｆｉｇ．邋１－２邋Ｗｉｎｄ邋ｐｒｅｓｓｕｒｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ａｔ邋０°邋ａｎｄ邋９０°邋ｗｉｎｄ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ逡逑２逡逑

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本文編號：2724055