低矮建筑主体结构风荷载的风向折减效应

发布时间：2020-06-21 12:17

【摘要】：依据我国荷载规范规定的设计风荷载计算方法,可知该方法得出的设计风荷载使得结构在抗风设计过程中偏于保守;在边界层风洞试验中,利用全风向统计极值风速和极值风压系数计算风荷载,这同样使得设计风荷载偏于保守。为了准确进行低矮建筑主体结构的抗风设计,得到更加经济合理的结构设计方案,并为将来的结构抗风设计优化提供参考,需要在抗风设计过程中考虑风向效应,本文以风洞试验中的低矮建筑模型为研究对象,以北京地区的母体风速样本为依据,针对模型屋盖表面的风向折减因子进行系统研究,包含以下几个方面:(1)对目前考虑风向效应的两大类理论分析方法进行介绍,包括基于定向极值风速数据的Simiu法、分区法(Sector-by-sector method)、过境风暴法(Storm passage method);基于连续的风速记录和风速母体分布的超越概率法(The up-crossings method)和改进的超越概率法(Refined up-crossings method)。分析各种方法的优缺点,并决定使用Simiu法作为本文计算风向折减因子的理论分析方法。(2)以北京气象塔实测风速记录为基础,采用改进过程超越概率法的混合分布和月最大风速分布估计50年平均重现期的基本风速,对比两种分布的计算结果发现改进的过程超越概率法中的混合分布拟合年最大风速分布的效果很好,得到的极值风速估计值也更加准确,此外得知改进的过程超越概率法的混合分布和基于小容量样本的越界峰值法(POT)法的本质相同,这导致风速阈值成为混合分布是否有效的关键因素。此外,基于中国气象数据网得到的年最大风速数据,采用极值Ⅰ型分布(Gumbel disribution)估计50年一遇的基本风速,对比两种方法的分析结果发现采用改进的超越概率法分析所得的极值风速普遍偏小。(3)结合北京地区50年平均重现期的极值风速和风洞试验得到的低矮建筑模型表面的风压数据,使用Simiu法求解风向折减因子,考虑到用混合分布拟合风速分布效果较好的情况下,同样使用混合分布拟合年最大风荷载分布,分析耿贝尔分布、威布尔分布和混合分布拟合效果优劣,对比发现混合分布的拟合效果最好,得到的极值风荷载也更加准确,对比发现通过三种分布计算得到的风向折减因子差异较小,即使用Simiu法计算风向折减因子时可以采用任意一种分布拟合年最大风荷载分布,在考虑整个屋盖的风向折减系数时建议采用所有建筑朝向风向折减因子的均值对设计风荷载进行折减。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU312.1
【图文】：

考虑风向效应影响的条件下，不同建筑物的结构特征和空气动力影响的综合效应逡逑将导致结构响应减小。此外，不同地区气象站的风速记录表明，各地区８个风向上逡逑的风速差异性较大，图１－１给出了北京、济南、武汉和哈尔冰８个风向上的基本风速。逡逑Ｎ逦，逦逦逡逑Ｎ逦逦逦逦邋２５邋－Ｉ逦逦逦逦逦逦逦逦邋逦逦邋５０－ＭＲＩ逡逑＿咖逡逑：：：：逡逑２。］逦２５逦ｓ逡逑ａ）北京逦ｂ）济南逡逑２０－｜逦Ｒ－邋５０－ＭＲＩ邋１逦４０邋ｎ逦［＾ ５０－ＭＲｌ｜逡逑Ｈ）逦＿逡逑１５－逦３０＿逦ｓｗ＾＼逦－－－逡逑２０」逦＾一ｉ一＾＾４０」逦一Ｉ—逡逑Ｓ逦Ｓ逡逑ｃ）武汉逦ｄ）哈尔冰逡逑图１－１不同地区各风向下基本风速逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑从风洞试验中可以知道，不同方向上的风压系数差异性较大，见图１－２所示，逡逑以往的研究表明风压系数是与风向相关的随机变量［２］。逡逑１逦ｌ。逡逑ＳＢｉ＾ｒｒ邋＿邋邋■■邋■＂邋＊邋■■．逦■■■■？ｎ邋ｉｆ■零淲逦＃邋－＊＜逦贪逡逑ａ）０°风向角逦ｂ）邋９０°风向角逡逑图１－２邋０°和９０°风向角下屋盖表面风压分布逡逑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

考虑风向效应影响的条件下，不同建筑物的结构特征和空气动力影响的综合效应逡逑将导致结构响应减小。此外，不同地区气象站的风速记录表明，各地区８个风向上逡逑的风速差异性较大，图１－１给出了北京、济南、武汉和哈尔冰８个风向上的基本风速。逡逑Ｎ逦，逦逦逡逑Ｎ逦逦逦逦邋２５邋－Ｉ逦逦逦逦逦逦逦逦邋逦逦邋５０－ＭＲＩ逡逑＿咖逡逑：：：：逡逑２。］逦２５逦ｓ逡逑ａ）北京逦ｂ）济南逡逑２０－｜逦Ｒ－邋５０－ＭＲＩ邋１逦４０邋ｎ逦［＾ ５０－ＭＲｌ｜逡逑Ｈ）逦＿逡逑１５－逦３０＿逦ｓｗ＾＼逦－－－逡逑２０」逦＾一ｉ一＾＾４０」逦一Ｉ—逡逑Ｓ逦Ｓ逡逑ｃ）武汉逦ｄ）哈尔冰逡逑图１－１不同地区各风向下基本风速逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｂａｓｉｃ邋ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｄｉｒｅｃｔｉｏｎｓ邋ｉｎ邋ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ邋ｒｅｇｉｏｎｓ逡逑从风洞试验中可以知道，不同方向上的风压系数差异性较大，见图１－２所示，逡逑以往的研究表明风压系数是与风向相关的随机变量［２］。逡逑１逦ｌ。逡逑ＳＢｉ＾ｒｒ邋＿邋邋■■邋■＂邋＊邋■■．逦■■■■？ｎ邋ｉｆ■零淲逦＃邋－＊＜逦贪逡逑ａ）０°风向角逦ｂ）邋９０°风向角逡逑图１－２邋０°和９０°风向角下屋盖表面风压分布逡逑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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本文编号：2724055