屋蓋開孔的近地空間建筑的風效應及等效靜力風荷載研究.pdf

1、由于使用功能和風致破壞的原因，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)廠房屋蓋角部的風致破壞，等等。近地空間建筑的屋蓋開孔后，結構的風荷載特性將明顯不同于完全封閉建筑，已有的關于結構開孔引起的風荷載效應的研究，主要針對立墻開孔建筑。本文采用風洞試驗和理論分析相結合的方法，對屋蓋開孔的近地空間建筑的風荷載、風致內(nèi)壓、極值風荷載特性、風致響應及等效靜力風荷載等進行了系統(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洞試驗。首先，以無開孔工況的試驗結果與現(xiàn)場實測結果及UWO風洞試驗結果進行比較，驗證了HD-2號風洞及風壓測試系統(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果的基礎上，研究了屋蓋開孔時風壓系數(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吸力，低估了風壓力。
　　 2、系統(tǒng)地研究了屋蓋開孔近地空間建筑的風致內(nèi)壓。首先，研究了屋蓋開孔近地空間建筑內(nèi)部風壓系數(shù)的相干特性，確定了建筑內(nèi)部風壓采用統(tǒng)一時程描述的方法;研究了內(nèi)部風壓系數(shù)分布規(guī)律，結果表明:屋蓋中心開孔工況的內(nèi)部負風壓系數(shù)在立墻開孔試驗結果和規(guī)范值范圍內(nèi)，屋蓋角部開孔時的內(nèi)部負風壓則超

4、出已有的立墻開孔結果。在此基礎上，對屋蓋開孔近地空間建筑的風致內(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，對風致內(nèi)壓的平均值和脈動值進行了理論估計，基于風洞試驗結果和數(shù)值仿真結果，給出了風致脈動內(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壓特

5、性。首先，研究了屋蓋上、下表面風壓和凈風壓的高階統(tǒng)計量分布規(guī)律和概率密度函數(shù)特征，結果表明:屋蓋風壓明顯偏離高斯分布，確定擬合屋蓋表面風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于任意帶寬的結構表面風壓。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合

6、多變量相關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致響應及其等效靜力風荷載?？紤]背景和共振分量之間的相關性，結合隨機動力學的雙輸入單輸

7、出系統(tǒng)原理推導了考慮背景和共振分量耦合的完全三分量方法計算風致響應及單目標等效靜力風荷載。將總脈動響應及脈動等效靜力風荷載劃分為三個分量:背景、共振以及背景共振耦合分量。在此基礎上，開發(fā)了相應的結構風致響應及等效靜力風荷載計算程序WindResponse，利用WindResponse計算程序的完全三分量法對中心開孔屋蓋的風致響應及等效靜力風荷載進行研究，研究結果表明: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