超大跨度多肢屋蓋風荷載隨機特性研究.pdf

1、大跨度屋蓋結構因其新穎創(chuàng)新的豐富形態(tài)和大空間優(yōu)勢，被廣泛應用于大型公共建筑。目前《建筑結構荷載規(guī)范》明確規(guī)定大跨度空間結構需要開展風洞試驗獲得結構表面的風荷載特性，從而進行結構抗風設計。大跨度多肢屋蓋因其弧度大、轉角多以及分肢狹窄等外形特點，其周邊具有撞擊、分離和再附等復雜的空氣流動特征，因此大跨屋蓋的表面風壓表現(xiàn)出典型的非高斯特性。同時，通過現(xiàn)場實測發(fā)現(xiàn)，非高斯特性風壓的脈沖現(xiàn)象是造成結構局部破壞的主要原因。而且由于目前規(guī)范采用風壓服

2、從高斯分布的假設估計建筑結構表面風壓極值，通常低估了風壓極值，這也為大跨屋蓋抗風設計帶來了嚴重的安全隱患，因此，有必要深入研究服從非高斯分布的風壓極值的估算方法。另一方面，在進行大跨度屋蓋結構的抗風設計時，通常需要對屋蓋結構進行風荷載分區(qū)以簡化設計工作，目前荷載分區(qū)工作通常是依據(jù)經(jīng)驗人為確定，這具有很強的主觀性和不確定性。為了解決在人為荷載分區(qū)帶來的主觀性強的弊端，也亟需通過研究發(fā)展客觀可靠的方法確定多測點極值荷載間相似指標從而對具有復

3、雜外形的大跨度屋蓋進行風荷載分區(qū)。本文主要內(nèi)容包括：
　　①基于大跨度多肢屋蓋剛性模型風洞試驗，詳細分析復雜大跨度屋蓋的風壓分布規(guī)律和非高斯性，分別通過高階統(tǒng)計量法和柯爾莫哥洛夫假設檢驗方法對風壓時程進行非高斯判別，結果表明在大跨屋蓋結構在迎風屋檐、轉角等區(qū)域表現(xiàn)出明顯的非高斯特性。
　?、卺槍诟咚狗植技僭O的峰值因子法的局限性，分別利用三種非高斯求解方法得到大跨度多肢屋蓋峰值因子。其中，改進峰值因子法的理論基礎Poiss

4、on假設對于窄頻譜是不成立的，且該方法的適用范圍僅限于峰度大于3的情況。另一方面，目標概率法僅僅滿足超越概率的要求，無法反應出隨機過程的概率特性。相比較而言，Sadek-Simiu法理論更加完善，結果更加合理，但仍存在部分數(shù)據(jù)擬合不準確的情況。
　?、坩槍Ω倪M峰值因子法中對帶寬參數(shù)的考慮不足，提出了修正帶寬的非高斯峰值因子求解方法，改進方法有效改善原方法取值偏大的現(xiàn)象，結果適用于具有任意頻譜特性的大跨度屋蓋表面風壓的極值因子估計。

5、結合風洞試驗驗證，本研究提出的方法在精度上有明顯優(yōu)勢，在各風向角工況下平均誤差小于10％，證明該方法可有效應用于工程設計。
　　④對比了中美日規(guī)范對圍護結構風荷載設計的差異，針對我國規(guī)范陣風系數(shù)法會嚴重低估一些區(qū)域極值脈動風影響的弊端，結合試驗結果提出建議的圍護結構設計風荷載公式。首次將灰色關聯(lián)模型應用于風向角分區(qū)，提出了一種同時對風向角和測點聚類的簡化思路。利用K-means聚類法對等效工況下各測點極值風壓分區(qū)，結果客觀且簡潔合