屋蓋開(kāi)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(huì)出現(xiàn)不同程度的開(kāi)孔，如體育場(chǎng)館的開(kāi)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(kāi)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(kāi)孔引起的風(fēng)荷載效應(yīng)的研究，主要針對(duì)立墻開(kāi)孔建筑。本文采用風(fēng)洞試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法，對(duì)屋蓋開(kāi)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(jìn)行了系統(tǒng)的研究。主要研究?jī)?nèi)容和成果如

2、下:
　　 1、在滿足內(nèi)壓的動(dòng)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?jī)煞N開(kāi)孔形式，以及不同的開(kāi)孔率，進(jìn)行了多工況的測(cè)壓風(fēng)洞試驗(yàn)。首先，以無(wú)開(kāi)孔工況的試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果及UWO風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，驗(yàn)證了HD-2號(hào)風(fēng)洞及風(fēng)壓測(cè)試系統(tǒng)的可靠性;其次，在3種屋蓋中心開(kāi)孔率和3種屋蓋角部開(kāi)孔率的試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，研究了屋蓋開(kāi)孔時(shí)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(jìn)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(kāi)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(kāi)孔近地空間建筑的風(fēng)致內(nèi)壓。首先，研究了屋蓋開(kāi)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(shí)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(kāi)孔工況的內(nèi)部負(fù)風(fēng)壓系數(shù)在立墻開(kāi)孔試驗(yàn)結(jié)果和規(guī)范值范圍內(nèi)，屋蓋角部開(kāi)孔時(shí)的內(nèi)部負(fù)風(fēng)壓則超

4、出已有的立墻開(kāi)孔結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，對(duì)屋蓋開(kāi)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(kāi)孔的近地空間建筑的風(fēng)致內(nèi)壓影響因素和脈動(dòng)機(jī)理，基于單開(kāi)孔的內(nèi)壓傳遞方程對(duì)屋蓋中心開(kāi)孔建筑的內(nèi)壓時(shí)程進(jìn)行仿真，對(duì)風(fēng)致內(nèi)壓的平均值和脈動(dòng)值進(jìn)行了理論估計(jì)，基于風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值仿真結(jié)果，給出了風(fēng)致脈動(dòng)內(nèi)壓與脈動(dòng)外壓之比、極值內(nèi)壓與極值外壓之比的關(guān)于無(wú)量綱開(kāi)孔參數(shù)的擬合表達(dá)式。
　　 3、系統(tǒng)地研究了屋蓋開(kāi)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(jì)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(jìn)Hermite級(jí)數(shù)分布。然后，基于最佳的Hermite級(jí)數(shù)分布，結(jié)合轉(zhuǎn)換過(guò)程法提出了改進(jìn)Hermite峰值因子法，考慮隨機(jī)信號(hào)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(duì)多次獨(dú)立采樣的經(jīng)典極值方法需耗費(fèi)大量人力物力的缺點(diǎn)，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(jī)過(guò)程仿真的峰值因子估計(jì)方法。對(duì)多種峰值因子估計(jì)方法對(duì)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(kāi)孔屋蓋的峰值因子，改進(jìn)Hermite峰值因子法可以最安全的估計(jì)開(kāi)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(jì)開(kāi)孔屋蓋的峰值因子。
　　 4、研究了屋蓋開(kāi)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(jī)動(dòng)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(jì)算風(fēng)致響應(yīng)及單目標(biāo)等效靜力風(fēng)荷載。將總脈動(dòng)響應(yīng)及脈動(dòng)等效靜力風(fēng)荷載劃分為三個(gè)分量:背景、共振以及背景共振耦合分量。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)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(jì)算程序WindResponse，利用WindResponse計(jì)算程序的完全三分量法對(duì)中心開(kāi)孔屋蓋的風(fēng)致響應(yīng)及等效靜力風(fēng)荷載進(jìn)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(jì)算方法，而傳統(tǒng)的三分