重慶地區(qū)風(fēng)速極值分布研究及不同風(fēng)速譜下高層建筑順風(fēng)效應(yīng)分析.pdf

1、近年來(lái)，隨高層、高聳建筑的不斷興起，風(fēng)荷載成為與地震作用同樣重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要荷載。因而，對(duì)風(fēng)的特性的研究，包括平均風(fēng)效應(yīng)(極值風(fēng)速的分布、大小及其重現(xiàn)期的確定)和脈動(dòng)風(fēng)效應(yīng)(與建筑物的自振周期接近，屬隨機(jī)動(dòng)力問(wèn)題)作用分析成為保障結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全和經(jīng)濟(jì)的重要依據(jù)。 結(jié)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)風(fēng)速是以年最大風(fēng)速為依據(jù)的，通常采用極值分布。本文以重慶地區(qū)為例，選取1990－1999年的原始風(fēng)速資料研究了年最大風(fēng)速的極值漸進(jìn)分布以及風(fēng)速風(fēng)向的聯(lián)合

2、分布。首先，為克服統(tǒng)計(jì)樣本容量過(guò)少可能造成的統(tǒng)計(jì)誤差，采用月最大風(fēng)速的分析方法來(lái)擬合年最大風(fēng)速的極值漸進(jìn)分布。對(duì)三種極值分布函數(shù)(極值I型Gumbel、極值II型Frechet、極值III型reverse Weibull分布)及廣義Parato分布(GPD)進(jìn)行擬合對(duì)比分析，得出短期風(fēng)速資料下重慶年最大風(fēng)速的最佳極值漸進(jìn)分布是極值III型分布；其次，運(yùn)用了推廣的貝葉斯方法來(lái)彌補(bǔ)樣本容量不足的問(wèn)題。利用它具有而古典統(tǒng)計(jì)方法所沒(méi)有的優(yōu)勢(shì)(將

3、參數(shù)視為隨機(jī)變量及將對(duì)問(wèn)題的判斷和觀測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)考慮)，對(duì)由傳統(tǒng)的概率統(tǒng)計(jì)方法得來(lái)的年最大風(fēng)速的極值漸進(jìn)分布進(jìn)行更新修正，修正后的概率分布函數(shù)比更新前函數(shù)有了明顯改進(jìn)，對(duì)基準(zhǔn)期的設(shè)計(jì)風(fēng)速值的估計(jì)也更合理；最后，現(xiàn)行荷載規(guī)范的風(fēng)速極值概率模型鑒于風(fēng)速資料的缺乏以及統(tǒng)計(jì)工作量大等原因，并沒(méi)有考慮風(fēng)向的影響。又研究表明雖然不同風(fēng)向的風(fēng)速相關(guān)性很小，但結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)受風(fēng)向影響較大，用不考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的全方向基本風(fēng)速來(lái)含糊地代替各方向的基本風(fēng)

4、速是相對(duì)保守的。居于此，文中參考相關(guān)文獻(xiàn)在風(fēng)速極值分布函數(shù)中引入風(fēng)向頻度系數(shù)，分析計(jì)算了考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的平均風(fēng)在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期的設(shè)計(jì)風(fēng)速值，驗(yàn)證了在計(jì)算基本風(fēng)速時(shí)考慮風(fēng)速風(fēng)向聯(lián)合分布的必要性。 結(jié)構(gòu)脈動(dòng)風(fēng)效應(yīng)是隨機(jī)動(dòng)力問(wèn)題，一般的研究方法有時(shí)域法和頻域法，對(duì)工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析大多只在頻域內(nèi)進(jìn)行。脈動(dòng)風(fēng)速功率譜是頻域分析的關(guān)鍵。本文針對(duì)目前常用的風(fēng)速譜，編制不同風(fēng)速譜下的高層建筑順風(fēng)向響應(yīng)的分析程序，分析比較了湍流尺度

5、沿高度變化的風(fēng)速譜(Von Karman譜及Simiu譜)和湍流尺度沿高度不變的風(fēng)速譜(Davenport譜及西安熱工所實(shí)測(cè)的譜)在結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)響應(yīng)分析時(shí)的差異。運(yùn)用此程序，先對(duì)國(guó)內(nèi)兩棟已修建的高層建筑進(jìn)行計(jì)算，將已知的工程設(shè)計(jì)值與程序計(jì)算值作了比較分析，表明了程序的可靠性和有效性。而后，對(duì)某一高層建筑的順風(fēng)響應(yīng)進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析、討論。程序計(jì)算結(jié)果表明， Davenport譜計(jì)算的結(jié)構(gòu)響應(yīng)偏大，Von Karman譜及Simiu譜計(jì)算