混合气候极值风速估计和高层建筑风致响应分析模型研究

发布时间：2020-05-22 13:16

【摘要】：现代高层建筑的发展趋势是向超高、超柔和体型复杂的方向发展,导致新一代高层建筑对风荷载更加敏感。风荷载在此类结构设计中往往起控制作用,而建筑物所在地区的极值风速是决定风荷载大小的重要参数。因此,针对此类风敏感结构开展混合气候极值风速估计以及高层建筑风致响应分析模型研究对解决实际设计问题具有重要工程意义及经济价值。本文以具有三维耦合非线性模态振型的复杂体型高层建筑为研究对象,结合气象站.实测、风洞试验、数值模拟与理论分析等技术手段,开展了以下几个方面的研究:1.考虑长期变化因素的极值风速估计:针对杭州地区的原始风速序列进行了时间趋势检验,对可能受地貌变迁影响的风速序列进行了地貌修正,以获得对应于荷载规范标准地貌下的地面风速序列(即空旷平坦地面10米高度处的10 min平均风速)。考虑气候变化的影响,评估了杭州地区极值风速序列的非平稳性。将时间参数作为协变量,采用协变量方法对极值分布参数进行了非平稳建模。采用广义最大似然法估计了极值分布参数。根据地貌修正后的日/年最大风速序列,估算了杭州地区非平稳重现期极值风速,并与对应重现期下的平稳极值风速值进行了对比。2.考虑风速风向相关性的极值风速估计:以杭州地区日最大风速风向为统计样本,采用核密度-广义帕累托混合模型来描述各风向下的极值风速边缘分布,提高了 Up-crossings法估计极值风速的准确性。基于严格选择的Copula函数建立了杭州地区风速风向联合分布模型。采用该联合分布模型计算得到了不同重现期下考虑风向相关性的多风向极值风速,并与不考虑风向相关性的极值风速估计值进行了对比。3.基于Monte Carlo模拟的台风极值风速估计:以中国东南沿海地区为研究对象,基于CMA-STI热带气旋历史样本统计资料,采用Vickery经验回归模型建立了适用于西北太平洋海域的热带气旋全路径模型,对整个西北太平洋海域热带气旋起始点生成、路径演化、强度发展以及终止判别进行了系统随机模拟,并针对西北太平洋局部区域进行了模型参数修正,生成了符合历史样本特征的100000年热带气旋路径及强度随机样本。分别采用YanMeng模型和改进的Thompson and Cardone模型进行风场模拟并通过极值统计分析确定了中国东南沿海10座重点城市的重现期台风极值风速。结合杭州地区的近地良态风实测数据,估计得到了杭州地区混合气候重现期极值风速。4.基于高频天平模型试验的高层建筑三维风致响应分析:回顾了 6种基于高频天平测试技术的广义风力估计方法/模型,用于估计结构三维风致动力响应。针对某狭长体型并且具有竖向镂空的多塔连体超高层建筑,开展了同步多点测压风洞试验并测得了建筑表面风压时程。基于动力响应频域计算方法估计得到了结构基准风效应结果。基于“等效”高频天平基底反力数据,重点考察了不同的高频天平分析模型在该复杂体型高层建筑广义风力和结构动力响应估计中的差异。5.高层建筑风致动力响应不确定性评价:结合贝叶斯模型平均法与修正系数法的各自优点,提出了一套用于评估基于高频天平风致响应分析的模型选取不确定性概率评价框架。以多塔连体超高层建筑为例,针对现有的6种高频天平分析模型开展了模型选取以及响应预测不确定性分析。基于模型优选结果,从6种备选分析模型中选取得到了最优模型,可精确估计该复杂体型高层建筑的三维风致动力响应。
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进入二十一世纪以后，高层建筑的高度世界纪录频频被刷新，从第一个突破５００米关逡逑口的台北１０１大厦到现如今的８２８米的哈利法塔，高层建筑逐渐成为展示城市实力的符号逡逑标志。图１．１给出了截至２０１７年４月的全球高度前十名的超高层建筑结构［１］，从左至右依逡逑次为迪拜哈利法塔（８２８米），上海中心大厦（６３２米），麦加皇家钟塔饭店（６０１米），深逡逑圳平安金融中心（邋５９９米），首尔乐天世界大厦（邋５５５米），纽约世贸中心一号大厦（５４１逡逑米），广州周大福金融中心（邋５３０米），台北１０１大厦（邋５０８米），上海环球金融中心（４９２逡逑米），香港环球贸易广场（４８４米）。通过观察这些地标建筑的地域分布和竣工时间可以发逡逑现，自二十一世纪以来，除以美国为代表的发达国家外，以中国为代表的发展中国家及地逡逑区的超高层建筑建设也进入了快速发展时期，这些超级工程展示了大国的实力，彰显了时逡逑代的风采。逡逑８００邋ｔ逡逑Ｎｉｌ逡逑Ｓ２８？／２．７１７＇．逦６３２邋＊邋／２．０Ｊｉ逦６０ｔ邋？逦ＳＷ？／１．９６Ｓ逦ＳＳＳ邋？邋Ｍ．８ＩＶ逦Ｓ４Ｉ邋？邋／邋＞．７７６逦ＳＪＯ邋？邋１．７３９邋ＳＯＳ，／１．６６７．．逦４９２邋？邋／１．６１４逦？邋／１邋？？逡逑＾■．２０１０逦ｊ邋＾．２０ＩＳ逦？邋．２０１？逦

“苏拉”、“达维”和“海葵”这三个台风在一周内连续登陆中国大陆，，共导致５０人死亡，逡逑３０８５万人受灾，经济损失高达６５５亿元人民币；２０１６年１４号台风“莫兰蒂”登陆厦门翔逡逑安，如图１．２所示，登陆时中心最大风速５２ｍ／ｓ，造成浙闽两省共３０４．３２万人受灾，死亡逡逑２８人，失踪１５人，直接经济损失达２１０．７３亿元人民币。逡逑晒逡逑图１．２邋１６１４号台风“莫兰蒂”云图逡逑２逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU973.213


本文编号：2676052