考虑极值风速方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法研究

对于围护结构的设计风荷载（一定重现期的极值风压）,目前工程上普遍采用最不利值方法进行估算,这类方法不符合概率统计意义。只有统筹考虑极值风速和极值风压系数的随机性、方向性及相关性才能给出较为准确的设计风荷载。为此,提出一种全面考虑极值风速和极值风压系数随机性和方向性的围护结构设计风荷载概率估计方法。首先,提出了极值风压计算所需的三个要素,即各风向的极值风速分布、Cook-Mayne极值风压系数和风向相关性;然后,通过极值风压的概率分布理论分析,给出一个以上述三要素为输入的计算过程简便实用的围护结构风荷载估算公式;最后,以上海地区一栋高层建筑为例,通过与工程上常用最不利值方法相比,验证了本文方法的精确性和实用性。     

考虑流固耦合效应的风荷载数值仿真计算

使用ANSYS软件,通过改变影响结构流固耦合效应的风速和风向角等主要外界因素,对风荷载下的低层建筑结构进行不同湍流模型的数值模拟,输出计算结果,并与实测数据进行比较,得到风速和风向角对其结构的风致振动特性和流固耦合效应的具体影响规律。     

风荷载标准值及计算参数差异对比

对中、越、美、欧、日荷载规范中风荷载标准值的计算公式,以及计算公式中的基本风速/基本风压、风荷载高度变化系数、体型系数和顺风向动力/脉动效应系数几个参数进行了深入的对比分析.研究了各国计算参数的差异,并对不同高度的混凝土高层建筑结构的风荷载标准值计算结果进行了详细的对比分析.     

基于极值相关性的超高层建筑风荷载组合研究

为研究不同长宽比超高层建筑三维风荷载组合,通过高频测力天平风洞试验得到了5种长宽比的矩形超高层建筑基底剪力、弯矩和扭矩时程。基于试验数据和计算结果,分析了三维风荷载效应的分布及其极值相关性。在此基础上,对比分析了不同长宽比的超高层建筑顺风向与横风向、顺风向与扭转向以及横风向与扭转向之间的风荷载效应极值分布规律和统计参数。最后,采用概率统计方法评估了不同长宽比对结构三维风荷载组合系数的影响,并给出了一组基于极值相关性分析的结构三维风荷载组合系数推荐值。结果表明：对于超高层建筑,虽然不同方向风荷载效应之间相关系数可能很低,但其三维风荷载效应极值相关性不可忽略;以横风向或扭转向为主方向进行组合时,其余方向同步比值存在明显的非高斯分布特性;对于不同长宽比超高层建筑,其极值相关性的差异会导致组合系数存在差别,在确定风荷载组合方法时,应考虑长宽比的影响。     

基于风速风向联合分布理论的梁桥风荷载分析

由于桥梁结构通常作为一种大型结构,顺桥向与横桥向尺寸、刚度以及动力特性都存在较大的差异,所以风荷载从桥梁的不同方向作用于结构上,荷载效应会产生较大的差异.本文以风速风向联合分布法为理论基础,基于近10年来新疆木垒地区风速风向数据资料,得到采用三种不同的概率分布模型计算得到的木垒地区不同风向不同重现期内的基本风速.通过从...     

阵列式分布高层建筑群风致干扰效应研究

基于实际超高层建筑群的风洞对比试验,研究了阵列式分布高层建筑群建筑主体结构轴向风荷载静力、动力干扰效应及围护结构干扰效应,并结合CFD计算结果及基底弯矩谱分析了干扰机理.研究表明:①阵列建筑群角部建筑平动方向平均风荷载不高于单体建筑,但平均扭矩会有较大幅度增加,且横风向振动可能加强;②临近角部的边缘建筑,由于前方来流加速,平均风荷载相对于单体建筑约增加20％;风速增加导致横风向功率谱谱峰向高频方向移动,对结构横风向均方根响应影响较大;③受遮挡效应影响,离角部相对较远的边缘建筑主体结构平均风荷载不超过单体建筑;④两侧建筑干扰引起边缘中部建筑前方来流风速增加,与单体建筑相比,边缘中部建筑的迎风面极值正压增加,侧面极值负压增加.     

《建筑结构荷载规范》围护构件风荷载的修订建议

基于建筑围护构件风荷载的基础理论,对比分析了中外荷载规范的具体规定,指出了我国现行GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》在围护构件风荷载规定方面存在的不足,提出了改进和完善的具体建议。建议如下:分别统计分析季风和台风两种气候的基本风速,再进行合并,得到混合气候地区的基本风速;将峰值因子的取值提高至3.5,能够比较真实地反映来流的脉动风速极值;借鉴国外荷载规范的规定,完善内压系数的相关规定;深入开展风向效应的研究,以气象观测资料和典型体型建筑物的风洞试验结果为依据,合理确定我国各地区各方向的风向折减系数;开展围护构件风荷载面积折减系数方面的研究,确定典型建筑物墙面、屋面不同区域的面积折减系数。     

大跨双层屋盖结构风洞试验与风振响应研究

对南太湖湿地奥体公园复杂体型体育场双层屋盖结构进行了风荷载的风洞试验与风致动力响应研究。屋盖由高低两个开口椭圆屋面叠合而成,两屋面之间设置观光走廊。利用风洞模型试验测定了双层屋盖上下表面的平均和脉动风压时程数据。通过计算分析得到了屋盖结构局部测点的极值风压以及平均风荷载整体合力与最不利风向角。然后基于有限元方法对该屋盖进行了风振响应的动力时程分析,获得了结构风振系数、等效静力风荷载的分布图以及考虑风振效应的最不利风向等数据和结论。     

深圳平安国际金融大厦风致响应大涡模拟分析

运用一种新的湍流脉动流场产生方法模拟了三种风场的湍流边界条件,采用一种新的大涡模拟的亚格子模型,基于Linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术,对深圳平安国际金融大厦进行了全尺寸、高雷诺数（高达10×10⁸量级）的数值风洞模拟。计算了三种风场下建筑表面平均、脉动风压及风荷载时程数据。利用惯性风荷载（IWL）法得到三种风场下深圳平安金融大厦的基底等效静风荷载以及结构顶部峰值加速度响应。分析了不同的湍流来流对结构风压系数、风荷载及加速度响应的影响。分析结果表明：三种来流风场条件下,深圳平安金融大厦周围风场相差较大,来流的湍流强度越高,建筑物前方的脉动风速越高;顺风向等效风荷载主要受平均风速控制,横风向等效风荷载主要受脉动风控制;湍流强度越大,横风向等效风荷载越大;中国规范建议的湍流流场下,深圳平安金融大厦10年重现期顺风向、横风向峰值加速度响应满足居住者舒适度要求。     

大跨度拱形结构等效静风荷载研究（英文）

根据计算流体动力学方法(CFD)以及有限元动力时程分析法数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,并以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT对大跨度拱形结构进行脉动风作用下的结构非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载.运用ANSYS进行结构的风振响应计算,分析得到基于结构风振响应时程的等效静风荷载.在此基础上提出多目标等效静风荷载加权组合系数的定义,计算获得大跨度拱形结构的多目标等效静风荷载,并验证其计算精度.研究表明,在文中方法所得等效静风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法

为了降低基于台风过程的建筑围护结构设计风压估算方法——Storm passage方法的复杂性且不减弱其高精度,假定各次风暴引起的结构风荷载极值之间相互独立,得到了形式更加简洁更易于理解的用于Storm passage方法的结构风压年极值概率分布表达式。并从理论上将改进前后的Storm passage方法进行了对比,以证明两者在高重现期下的精度基本相同。在此基础上,结合一工程实例,将改进方法、原Storm passage方法、未考虑台风过程的Monte Carlo模拟方法以及三种工程上常用的简算方法进行了对比。研究结果表明,对于50年重现期设计风压,改进方法与原Storm passage方法之间误差极小,可忽略不计;不考虑台风过程将导致结构设计风压估值偏小,大部分结果的偏小程度在10%以内;工程中常用的最不利法过分保守,有时甚至可偏大100%;风向折减因子法可给出经济性和安全性都适当的结果,但应谨慎使用,不合理的风向折减因子取值可能导致估计结果的安全性不足。     

《屋盖围护结构风荷载标准》的制订依据及相关规定

为配合新编行业标准JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的推广、应用,对屋盖围护结构风荷载的制订依据及相关规定进行了介绍。在对比国内外规范风荷载条文规定的基础上,以围护结构风荷载全风向最小值和最大值作为确定其标准值的依据,引入围护结构风压系数极值表达围护结构的风压标准值;根据风压系数时程样本的不同数量规定了风压系数极值的估计方法,对比了各国规范中封闭式低矮双坡屋盖的风压系数极值。新编标准以风荷载理论为依据制订了屋盖围护结构风荷载条文,完善和发展了我国标准的相关规定,提供了相对简单、合理的风压系数极值计算方法。     

多动力作用下高速铁路轨道-桥梁结构体系动力学及关键技术研究

摘要： 针对多动力（列车、地震、侧风）作用下高速列车-轨道-桥梁系统动力学理论与关键技术存在的诸多技术疑难,持续开展了高速铁路轨道-桥梁结构体系模型试验、现场测试、理论分析与数值仿真,提出基于概率密度演化理论的多动力作用下轨道-桥梁系统随机振动分析方法和基于可靠度理论的桥上行车安全评定方法,研发了高速铁路轨道-桥梁系统试验平台和成套试验技术,提出高速铁路轨道-桥梁系统抗震设防和防风设计理念和评估方法,并研发了抗震防风及减灾技术,研究成果已在高速铁路轨道-桥梁结构体系设计与运营维护中推广应用。     

多风向多目标等效静风荷载分析方法及应用

针对大跨空间结构中多振型参与风振响应特点和工程应用需要,提出针对多个风向的多目标等效静风荷载分析方法。根据所有风向的平均风荷载（或者风振响应极值）分布之间的相似性指标,将所有风向分为若干个风向区,计算各风向区的风振包络响应;在每个风向区内,选择平均风荷载分布和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量,根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个风向、多个等效目标的等效静风荷载。将该方法用于某大型科技新馆,分析结果表明：根据各风向下屋面平均风压系数分布间的相关系数,36个风向角仅需分成3个风向区,且各风向区等效静风荷载作用下的静力响应与实际动力响应包络响应吻合较好,验证了所提方法的计算精度和工程应用的便利性。     

A new direct version of the Cook-Mayne method for wind pressure probabilities in temperate storms

The original Cook-Mayne (CM) method for obtaining a wind pressure or load of a prescribed probability is reviewed. A new direct calculation method is introduced. This does not require either Monte Carlo simulations or the assumption that extreme pressures conform to the ultimate Fisher-Tippett Type I asymptote. The required value is calculated directly with no intermediate stages. The new method still relies on the original assumptions that both the pressure coefficient and the wind dynamic head have extremes which conform to the ultimate FT1 asymptote.Violation of these two assumptions is studied in some cases where calculations based on these assumptions are compared with exact results. The direct CM method is found to retain accuracy in spite of departures from the assumptions and therefore can provide a robust design tool.     

五种被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制的实用设计方法

本文在建立了五种被动的动力减振器 (TMD, TLCD, LCVA, C TLD, R TLD)对高层建筑结构脉动风振反应控制的统一方程的基础上,导出了被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制效果的等效结构阻尼比的统一计算公式和被动动力减振器优化参数的设计方法。在此基础上,文中依据我国《建筑结构荷载规范》,对设置被动动力减振器的高层建筑提出了抗风设计的荷载风振系数和脉动增大系数的修正公式,从而使被动动力减振器对高层建筑脉动风振反应控制的设计计算可采用常规的规范方法进行,大大方便了广大结构工程师的应用。     

错列布置超高层建筑群的干扰效应研究

对实际超高层建筑群进行群体和单体塔楼两次同步测压风洞试验。通过两次试验测量结果,考察风向及塔楼位置对顺风向、横风向和扭转方向的主体结构承受风荷载以及围护结构的极值风压的影响,并结合风压试验结果及CFD流场计算结果对干扰机理进行说明。研究结果表明,处于中间位置的2号塔楼的扭转干扰放大作用非常显著,较为不利的风向为110°风向,该风向下扭转方向的静力干扰因子达到1.53;沿弱轴Y方向和扭转方向的动力放大因子达到1.32和1.37。     

大跨度点支式幕墙支承结构风振性能分析

广州新白云机场航站楼主楼点支式玻璃幕墙结构,长108m、高33m,采用钢桁架与预应力索桁架交叉的混合支承体系。本文针对该幕墙支承体系的三种结构方案,应用非线性有限元软件,对其风激动力性能进行分析,给出了方案合理性的评价。主要工作有:应用子空间迭代法分别对单榀索桁架和整体结构进行自振特性分析,得到相应的频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析方法分别对三种结构方案进行整体分析,得到结构在脉动风作用下的响应时程;对风振分析结果进行统计分析,得到可供设计参考的风振系数。计算结果表明:三种结构方案的风振动力性能差别较大;其中,方案一最差,在脉动风作用下发生了弯扭跳跃式失稳;方案三最好,表现出良好的动力稳定性和整体工作性能。