屋蓋開孔的近地空間建筑的風(fēng)效應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載研究.pdf

1、由于使用功能和風(fēng)致破壞的原因，近地空間建筑在屋蓋的中心和角部會出現(xiàn)不同程度的開孔，如體育場館的開合屋蓋、民居和工業(yè)廠房屋蓋角部的風(fēng)致破壞，等等。近地空間建筑的屋蓋開孔后，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載特性將明顯不同于完全封閉建筑，已有的關(guān)于結(jié)構(gòu)開孔引起的風(fēng)荷載效應(yīng)的研究，主要針對立墻開孔建筑。本文采用風(fēng)洞試驗和理論分析相結(jié)合的方法，對屋蓋開孔的近地空間建筑的風(fēng)荷載、風(fēng)致內(nèi)壓、極值風(fēng)荷載特性、風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載等進行了系統(tǒng)的研究。主要研究內(nèi)容和成果如

2、下:
　　 1、在滿足內(nèi)壓的動力特性相似的基礎(chǔ)上，以TTU建筑為原型，制作了縮尺比為1∶50的剛性模型，考慮了屋蓋中心和角部兩種開孔形式，以及不同的開孔率，進行了多工況的測壓風(fēng)洞試驗。首先，以無開孔工況的試驗結(jié)果與現(xiàn)場實測結(jié)果及UWO風(fēng)洞試驗結(jié)果進行比較，驗證了HD-2號風(fēng)洞及風(fēng)壓測試系統(tǒng)的可靠性;其次，在3種屋蓋中心開孔率和3種屋蓋角部開孔率的試驗結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究了屋蓋開孔時風(fēng)壓系數(shù)、屋蓋中線縱向和橫向體型系數(shù)、立墻體型系數(shù)

3、的分布規(guī)律，研究了屋蓋局部體型系數(shù)的量值范圍，并與規(guī)范值進行了比較。研究結(jié)果表明:現(xiàn)有的規(guī)范值高估了屋蓋開孔近地空間建筑的風(fēng)吸力，低估了風(fēng)壓力。
　　 2、系統(tǒng)地研究了屋蓋開孔近地空間建筑的風(fēng)致內(nèi)壓。首先，研究了屋蓋開孔近地空間建筑內(nèi)部風(fēng)壓系數(shù)的相干特性，確定了建筑內(nèi)部風(fēng)壓采用統(tǒng)一時程描述的方法;研究了內(nèi)部風(fēng)壓系數(shù)分布規(guī)律，結(jié)果表明:屋蓋中心開孔工況的內(nèi)部負(fù)風(fēng)壓系數(shù)在立墻開孔試驗結(jié)果和規(guī)范值范圍內(nèi)，屋蓋角部開孔時的內(nèi)部負(fù)風(fēng)壓則超

4、出已有的立墻開孔結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對屋蓋開孔近地空間建筑的風(fēng)致內(nèi)壓系數(shù)取值提出了建議。其次，研究了屋蓋開孔的近地空間建筑的風(fēng)致內(nèi)壓影響因素和脈動機理，基于單開孔的內(nèi)壓傳遞方程對屋蓋中心開孔建筑的內(nèi)壓時程進行仿真，對風(fēng)致內(nèi)壓的平均值和脈動值進行了理論估計，基于風(fēng)洞試驗結(jié)果和數(shù)值仿真結(jié)果，給出了風(fēng)致脈動內(nèi)壓與脈動外壓之比、極值內(nèi)壓與極值外壓之比的關(guān)于無量綱開孔參數(shù)的擬合表達式。
　　 3、系統(tǒng)地研究了屋蓋開孔近地空間建筑的極值風(fēng)壓特

5、性。首先，研究了屋蓋上、下表面風(fēng)壓和凈風(fēng)壓的高階統(tǒng)計量分布規(guī)律和概率密度函數(shù)特征，結(jié)果表明:屋蓋風(fēng)壓明顯偏離高斯分布，確定擬合屋蓋表面風(fēng)壓的最佳概率密度函數(shù)為改進Hermite級數(shù)分布。然后，基于最佳的Hermite級數(shù)分布，結(jié)合轉(zhuǎn)換過程法提出了改進Hermite峰值因子法，考慮隨機信號的帶寬大小，使得單次采樣的極值方法適應(yīng)于任意帶寬的結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓。最后，針對多次獨立采樣的經(jīng)典極值方法需耗費大量人力物力的缺點，提出了一種基于單次采樣結(jié)合

6、多變量相關(guān)非高斯隨機過程仿真的峰值因子估計方法。對多種峰值因子估計方法對比研究表明，Davenport峰值因子法和Sadek-Simiu峰值因子法在一定程度上低估了開孔屋蓋的峰值因子，改進Hermite峰值因子法可以最安全的估計開孔屋蓋的峰值因子，非高斯仿真峰值因子法可以最為準(zhǔn)確的估計開孔屋蓋的峰值因子。
　　 4、研究了屋蓋開孔近地空間建筑的風(fēng)致響應(yīng)及其等效靜力風(fēng)荷載?？紤]背景和共振分量之間的相關(guān)性，結(jié)合隨機動力學(xué)的雙輸入單輸

7、出系統(tǒng)原理推導(dǎo)了考慮背景和共振分量耦合的完全三分量方法計算風(fēng)致響應(yīng)及單目標(biāo)等效靜力風(fēng)荷載。將總脈動響應(yīng)及脈動等效靜力風(fēng)荷載劃分為三個分量:背景、共振以及背景共振耦合分量。在此基礎(chǔ)上，開發(fā)了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載計算程序WindResponse，利用WindResponse計算程序的完全三分量法對中心開孔屋蓋的風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載進行研究，研究結(jié)果表明:完全三分量法為與CQC法具有一致的理論意義的精確計算方法，而傳統(tǒng)的三分