下?lián)舯┝鲿r空分布統(tǒng)計與風場特性和結(jié)構(gòu)風荷載實驗研究.pdf

1、下?lián)舯┝魇前殡S雷暴發(fā)生的一種局部強對流天氣現(xiàn)象。獨特的風場結(jié)構(gòu)和風剖面特征，使下?lián)舯┝鞯淖饔眯c大氣邊界層常態(tài)風差異顯著。作為極端風荷載，下?lián)舯┝鲗旊娋€塔、大跨空間與懸挑屋蓋等多種建筑結(jié)構(gòu)造成了十分驚人的破壞，給社會帶來了嚴重的人員傷亡和巨大的財產(chǎn)損失。下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載已成為當今結(jié)構(gòu)風工程領域的熱點問題之一，但下?lián)舯┝靼l(fā)生的空間隨機性強且區(qū)域性顯著、突發(fā)性和流動性強且持續(xù)時間短等多種客觀因素，制約著該研究方向的快速發(fā)展?；趯嶋H觀

2、測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析下?lián)舯┝鞯臅r空分布，是了解其發(fā)生特性的重要方法和加速該研究進程的關(guān)鍵所在，亟待解決。此外，計算機技術(shù)的進步也把部分研究人員的精力吸引到了應用數(shù)值模擬探討下?lián)舯┝髯饔玫膬?nèi)容上去。雖然計算流體動力學技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，但由于下?lián)舯┝黠L場較為復雜，單純的數(shù)值仿真很難得到令人滿意的結(jié)果。相比而言，實驗模擬則是揭示下?lián)舯┝髯饔锰卣鞯母鼮樾兄行У耐緩?。最后，以常態(tài)風為主要研究對象的現(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)抗風設計理論顯然不適用于下?lián)舯┝?，?/p>

3、筑結(jié)構(gòu)在下?lián)舯┝髯饔孟碌娘L荷載計算方法等方面還有很多工作需要完成。
　　針對以上提出的問題，本文首先統(tǒng)計分析了我國大陸地區(qū)下?lián)舯┝靼l(fā)生的時間和空間分布特性，然后實驗模擬了考慮地表粗糙度的下?lián)舯┝黠L場，并在此實驗平臺上觀測得到了棱柱型建筑結(jié)構(gòu)和開敞式屋蓋結(jié)構(gòu)的下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載，進一步研究了下?lián)舯┝靼l(fā)生距離和發(fā)生方位角對風壓分布的影響，最后提出了基于風荷載特征系數(shù)的下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖY(jié)構(gòu)風荷載的計算方法。本文主要研究內(nèi)容包括以下幾個

4、方面：
　?。?）以大連地區(qū)四座氣象基站的觀測數(shù)據(jù)為例，分析了下?lián)舯┝靼l(fā)生的時間分布特性。根據(jù)我國182座數(shù)據(jù)可公開的地面國際交換站的資料，計算并繪制了下?lián)舯┝髂臧l(fā)生天數(shù)和年初終時段的空間分布。依據(jù)年發(fā)生天數(shù)累年平均值提出了我國下?lián)舯┝髯饔孟陆ㄖY(jié)構(gòu)抗風設計的分區(qū)方法，并根據(jù)我國707座氣象基站1971年~2000年的觀測資料，統(tǒng)計得到了各分區(qū)的下?lián)舯┝髂臧l(fā)生天數(shù)平均值、年初終時段平均值、發(fā)生頻率和發(fā)生周期。
　?。?）基于

5、壁面射流理論并考慮地表粗糙度，實驗模擬了下?lián)舯┝黠L場，觀測了B類地貌條件下的風場徑向斷面風速分布，分別繪制了水平風速和豎向風速的徑向剖面和豎向剖面，對水平風速的近地風場進行了細部描述，并得到了下?lián)舯┝黠L場腳部的渦漩區(qū)位置。依據(jù)下?lián)舯┝黠L場的風速剖面并結(jié)合風場流線圖，提出將下?lián)舯┝黠L場分為內(nèi)部核心區(qū)域、中部發(fā)展區(qū)域和外部外圍區(qū)域等三個分區(qū)。
　?。?）選擇實際工程常用的棱柱型作為模型外形，根據(jù)下?lián)舯┝黠L場的影響高度確定模型高度，在實

6、驗平臺上對三座不同高度的棱柱型建筑結(jié)構(gòu)模型進行了下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載模擬。通過改變模型在風場中的位置和轉(zhuǎn)角，實現(xiàn)了觀測下?lián)舯┝髟诓煌l(fā)生距離或方位角時表面風壓分布的變化，獲取了最大風效應和平均風壓系數(shù)，進而得到了建筑結(jié)構(gòu)在移動型下?lián)舯┝黠L場中某些瞬態(tài)位置的風致荷載效應。
　?。?）選擇受下?lián)舯┝髯饔米蠲黠@的開敞式屋蓋結(jié)構(gòu)作為建筑模型進行了下?lián)舯┝黠L致荷載效應的實驗模擬。獲得了模型上下表面的風壓分布，并進一步計算得到了整體屋蓋結(jié)構(gòu)所承

7、受的下?lián)舯┝黠L荷載?？紤]模型在下?lián)舯┝黠L場中的不同位置和轉(zhuǎn)角，分析了在不同下?lián)舯┝靼l(fā)生距離和發(fā)生方位角時，開敞式屋蓋結(jié)構(gòu)上下表面和整體屋蓋結(jié)構(gòu)下?lián)舯┝髯饔蔑L荷載的變化情況。
　?。?）通過數(shù)據(jù)擬合分析，建立了考慮地貌條件、沿高度變化的下?lián)舯┝魉斤L速近似符合高斯函數(shù)的經(jīng)驗模型，據(jù)此推導并計算了下?lián)舯┝黠L場的水平風壓高度變化系數(shù)?；诂F(xiàn)行建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中關(guān)于結(jié)構(gòu)風荷載的計算思路，考慮風場特殊性引入了風荷載特征系數(shù)，建立了下?lián)舯┝髯?/p>