重慶地區(qū)風速極值分布研究及不同風速譜下高層建筑順風效應(yīng)分析.pdf

1、近年來，隨高層、高聳建筑的不斷興起，風荷載成為與地震作用同樣重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要荷載。因而，對風的特性的研究，包括平均風效應(yīng)(極值風速的分布、大小及其重現(xiàn)期的確定)和脈動風效應(yīng)(與建筑物的自振周期接近，屬隨機動力問題)作用分析成為保障結(jié)構(gòu)設(shè)計安全和經(jīng)濟的重要依據(jù)。 結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計風速是以年最大風速為依據(jù)的，通常采用極值分布。本文以重慶地區(qū)為例，選取1990－1999年的原始風速資料研究了年最大風速的極值漸進分布以及風速風向的聯(lián)合

2、分布。首先，為克服統(tǒng)計樣本容量過少可能造成的統(tǒng)計誤差，采用月最大風速的分析方法來擬合年最大風速的極值漸進分布。對三種極值分布函數(shù)(極值I型Gumbel、極值II型Frechet、極值III型reverse Weibull分布)及廣義Parato分布(GPD)進行擬合對比分析，得出短期風速資料下重慶年最大風速的最佳極值漸進分布是極值III型分布；其次，運用了推廣的貝葉斯方法來彌補樣本容量不足的問題。利用它具有而古典統(tǒng)計方法所沒有的優(yōu)勢(將

3、參數(shù)視為隨機變量及將對問題的判斷和觀測數(shù)據(jù)結(jié)合起來考慮)，對由傳統(tǒng)的概率統(tǒng)計方法得來的年最大風速的極值漸進分布進行更新修正，修正后的概率分布函數(shù)比更新前函數(shù)有了明顯改進，對基準期的設(shè)計風速值的估計也更合理；最后，現(xiàn)行荷載規(guī)范的風速極值概率模型鑒于風速資料的缺乏以及統(tǒng)計工作量大等原因，并沒有考慮風向的影響。又研究表明雖然不同風向的風速相關(guān)性很小，但結(jié)構(gòu)風效應(yīng)受風向影響較大，用不考慮風速風向聯(lián)合分布的全方向基本風速來含糊地代替各方向的基本風

4、速是相對保守的。居于此，文中參考相關(guān)文獻在風速極值分布函數(shù)中引入風向頻度系數(shù)，分析計算了考慮風速風向聯(lián)合分布的平均風在設(shè)計基準期的設(shè)計風速值，驗證了在計算基本風速時考慮風速風向聯(lián)合分布的必要性。 結(jié)構(gòu)脈動風效應(yīng)是隨機動力問題，一般的研究方法有時域法和頻域法，對工程應(yīng)用來說，結(jié)構(gòu)抗風分析大多只在頻域內(nèi)進行。脈動風速功率譜是頻域分析的關(guān)鍵。本文針對目前常用的風速譜，編制不同風速譜下的高層建筑順風向響應(yīng)的分析程序，分析比較了湍流尺度

5、沿高度變化的風速譜(Von Karman譜及Simiu譜)和湍流尺度沿高度不變的風速譜(Davenport譜及西安熱工所實測的譜)在結(jié)構(gòu)的抗風響應(yīng)分析時的差異。運用此程序，先對國內(nèi)兩棟已修建的高層建筑進行計算，將已知的工程設(shè)計值與程序計算值作了比較分析，表明了程序的可靠性和有效性。而后，對某一高層建筑的順風響應(yīng)進行了較為詳細的分析、討論。程序計算結(jié)果表明， Davenport譜計算的結(jié)構(gòu)響應(yīng)偏大，Von Karman譜及Simiu譜計算