大宽高比建筑屋盖围护结构设计风荷载研究

发布时间：2017-12-16 19:16

  本文关键词：大宽高比建筑屋盖围护结构设计风荷载研究

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【摘要】：随着科技水平的不断提高,产业功能的升级,大宽高比建筑得到越来越多的应用。与此同时,在全球气候变化的背景下,灾害性风气候频发,其造成的损失有着加剧的趋势。历次风灾调查结果显示,虽然大宽高比建筑的整体破坏案例并不多见,但其屋盖围护结构的破坏现象却时有发生。其中一个主要原因是,目前对于这类屋盖围护结构的设计风荷载没有很好地建立系统的计算方法。针对现有研究的不足之处,基于涡理论、经典极值理论、多元分析理论、无监督学习方法、多元极值分布理论等理论,结合风洞试验技术,研究有关围护结构设计风荷载计算方法的问题,总结共性规律,规范设计方法。(1)大宽高比建筑的风压分布特点与形成机理研究对典型的大宽高比建筑进行了风洞试验,采用涡理论分析了小宽高比与大宽高比建筑风压分布表现不同的原因及风压形成机理。结合风压物理分布特征,采用统计学理论分析了脉动风压的相关性与风压母体分布的非高斯性等统计特征。定量分析了屋盖表面若干列测点的风压随风向的变化,指出就目前的数据量而言,建立风压分布与建筑几何形状的定量关系比较困难。(2)少量时程样本的单测点极值风压估计方法采用少量风压时程样本估计极值风压是比较实用的方法。对少量时程样本进行分段,从各个分段中抽取极值作为子极值样本,基于极值理论估计极值风压是比较常见的思路。但只有在保证分段时程之间、极值样本之间相互独立的前提下才有效。但这两个独立性问题一直没有得到较好的解决。引入重标极差分析法确定长期相关性消失点和分段时程长度,以保证分段时程的独立性。采用除串技术剔除有可能含在同一串内的极值,以获得相互独立的子极值样本。在此基础上,基于区间极大值模型,建立了以子极值样本估计极值风压的方法。结合平屋盖刚性模型风洞试验数据,验证了方法的有效性与实用性。(3)基于改进K-means聚类的风压分区方法基于改进K-means聚类方法提出了一种风压分区方法。针对传统K-means聚类要求事先给出聚类数目K值,在应用中存在的局限性,采取两种措施进行改进。一是预先限制K值范围,实现所有K值下的极值风压快速聚类;二是采用有效性指标确定最佳K值。总结并比选了近20个左右的聚类有效性指标。分别以单一风向和全风向下平屋盖表面的最不利压力、吸力的风压分区为例,说明和验证了风压分区方法。结果表明,方法能很好地完成不同风向、不同类型风压的风压分区。(4)考虑多测点极值风压相关性的分区极值风压估计方法基于多元极值分布理论,提出了可以直接由单测点极值风压分布以及测点间极值风压任意相关程度计算大面积分区的分区极值风压计算方法。包括多元极值法-直接方法和多元极值法-组合方法。该类方法不仅可以计算任意面积大小的面积极值风压,还可以给出相应面积的极端破坏概率。分别采用现有面积极值风压计算方法和本文所提方法计算了 0°风向和-45°风向下的最不利压力、吸力的分区极值风压。结果表明本文所提多元极值法-组合方法具有更好的安全性。(5)围护结构的极值风压面积折减效应研究研究了屋盖表面不同位置的面积极值风压随从属面积大小改变发生的变化,结合风压分布物理特点及风压分区结果主要分为角部、边缘、中部来考察,包含了最不利压力与最不利吸力两种压力类型。采用面积平均压力法计算了各个面积大小的面积极值风压。采用统一的对数线性形式公式描述了各个面积折线效应曲线。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TU312.1

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本文编号：1297151