基于數(shù)值模擬的東南沿海臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性分析及輕鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)易損性研究.pdf

1、全球因臺(tái)風(fēng)造成的災(zāi)害和損失日益嚴(yán)重，增強(qiáng)工程設(shè)施的抗風(fēng)能力是減少臺(tái)風(fēng)災(zāi)害的技術(shù)手段。工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)或區(qū)域抗臺(tái)風(fēng)防災(zāi)規(guī)劃需要進(jìn)行臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)性分析，同時(shí)，保險(xiǎn)業(yè)界對(duì)臺(tái)風(fēng)災(zāi)害損失的保險(xiǎn)（如巨災(zāi)債券）也需要對(duì)臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性及承災(zāi)體的易損性是臺(tái)風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)分析的兩個(gè)重要部分?？紤]到臺(tái)風(fēng)低頻度、小尺度的特征以及臺(tái)風(fēng)條件下觀測(cè)儀器的破壞導(dǎo)致觀測(cè)數(shù)據(jù)質(zhì)量無法保證和數(shù)據(jù)丟失，直接基于觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性分析難度很大，目前國(guó)際上普遍采用基于隨機(jī)數(shù)值模

2、擬的方法。
　　我國(guó)東南沿海是臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，然而對(duì)這一地區(qū)的臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性還缺乏有效的分析手段和數(shù)據(jù)；在臺(tái)風(fēng)損失方面，低矮輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房是臺(tái)風(fēng)易損結(jié)構(gòu)。國(guó)內(nèi)外關(guān)于輕鋼結(jié)構(gòu)的臺(tái)風(fēng)易損性方面的研究還很少，目前的研究還沒有定量分析結(jié)果。本文針對(duì)我國(guó)東南沿海地區(qū)，在臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型、臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)概率模型和臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性數(shù)值模擬，以及輕鋼廠房結(jié)構(gòu)的易損性分析方面開展了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容及結(jié)論如下。
　　基于Thompson和Cardone提出的臺(tái)

3、風(fēng)風(fēng)場(chǎng)模型（簡(jiǎn)寫為Thompson和Cardone風(fēng)場(chǎng)模型），利用2008年和2010年登陸廣東的三個(gè)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)和若干個(gè)近地觀測(cè)站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究了Thompson和Cardone風(fēng)場(chǎng)模型在華南沿海地區(qū)的適用性。提出了通過天氣圖回歸得到Holland氣壓剖面參數(shù)（通常表示為B）模型的方法，并對(duì)風(fēng)場(chǎng)驗(yàn)證過程涉及的幾個(gè)關(guān)鍵問題，即陸地站點(diǎn)邊界層的處理及參數(shù)敏感性分析等問題進(jìn)行了討論。研究表明，基于不同B模型模擬后報(bào)的風(fēng)速和風(fēng)向整

4、體趨勢(shì)與觀測(cè)結(jié)果吻合較好；對(duì)風(fēng)速而言，利用四站點(diǎn)天氣圖數(shù)據(jù)回歸B模型得到的風(fēng)速誤差最??；在沒有天氣圖數(shù)據(jù)的條件下，當(dāng)B取值為1時(shí)，三個(gè)海島觀測(cè)塔模擬后報(bào)風(fēng)速誤差最小。建議在有天氣圖數(shù)據(jù)的條件下，由測(cè)得的氣壓剖面擬合得到B。
　　基于臺(tái)風(fēng)年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得到了沿海十一個(gè)主要城市遭遇臺(tái)風(fēng)的關(guān)鍵參數(shù)概率分布。研究表明，臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的分布具有區(qū)域性特點(diǎn)，經(jīng)緯度較接近的地區(qū)參數(shù)估計(jì)值較接近；臺(tái)風(fēng)歷史記錄數(shù)據(jù)表明，最大風(fēng)速半徑（Rmax）分別與中

5、心壓差、Holland氣壓剖面參數(shù)之間存在負(fù)相關(guān)，與緯度的相關(guān)性可以忽略不計(jì)，最大風(fēng)速半徑取自然對(duì)數(shù)后與中心壓差之間滿足線性關(guān)系。
　　基于Thompson和Cardone風(fēng)場(chǎng)模型及臺(tái)風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的概率分布對(duì)東南沿海進(jìn)行了系統(tǒng)的臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性分析，并對(duì)比分析了兩種隨機(jī)模擬思路和Holland氣壓剖面參數(shù)對(duì)預(yù)測(cè)極值風(fēng)速的影響。研究表明，基于模擬年最大風(fēng)速抽樣的極值風(fēng)速預(yù)測(cè)思路邏輯清楚，預(yù)測(cè)結(jié)果與歷史觀測(cè)資料結(jié)果吻合較好；采用Harper和

6、Holland提出的參數(shù) B模型得到的香港臺(tái)風(fēng)年極值風(fēng)速結(jié)果與歷史觀測(cè)資料得到的極值風(fēng)速誤差小于5％。在上述分析基礎(chǔ)上，采用推薦的隨機(jī)模擬方案模擬得到了東南沿海十一個(gè)主要城市的臺(tái)風(fēng)危險(xiǎn)性分析結(jié)果。
　　以廠房結(jié)構(gòu)縮尺模型的風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，用構(gòu)件可靠度理論中的Rackwitz-Fiessler方法對(duì)輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)的構(gòu)件易損性進(jìn)行了研究。研究表明，面積平均后的風(fēng)壓系數(shù)多數(shù)服從移軸 Gamma分布；不同屋面分區(qū)的最危險(xiǎn)風(fēng)向不