北京城区近地面强风场的统计特性

论文摘要

随着2008年北京奥运会的成功举办,北京的城市化建设是日新月异,大跨度,超高层成为现代建筑物的主导方向,而风荷载却又是此类建筑结构设计中的主要控制荷载之一,因此,研究城市城区的近地面风场的特性已成为迫切需要的重要课题。本文利用大气物理研究所325m气象塔的特殊地理位置,将其作为观测平台,通过2005-2007年的实测三维强风湍流数据资料,对北京城区的平均风速、风向、湍流强度、湍流积分尺度以及脉动风速功率谱等重要参数做了统计分析。结果表明：（1）北京冬季47m以上的高空盛行西北气流和偏北气流,春季盛行西北气流和偏西气流。（2）在7.0-12.0m/s的风速区间内,随着平均风速段的增大,统计的风速剖面介于我国规范的C类和D类场地剖面值之间。（3）湍流度随平均风速呈现单调递减的变化规律；平均风速与湍流积分尺度间并没有很显著的影响关系。（4）实测湍流度三分量间呈现出很好的线性相关性,并随着平均风速段的增大,相关性比率数值越来越小。（5）对于强风样本,顺风向湍流度统计值与日本规范的第五类场地较为接近；顺风向湍流积分尺度统计值在47m和120m高度与日本规范几乎接近,在280m高度处普遍要大于日本规范值。（6）顺风向的风速谱与Von Karman谱吻合最好；横风向的风速谱与Simiu-Scanlan谱吻合较好；竖向的风速谱与Lumley-Panofsky谱最吻合。最后,基于Kolmogrove理论,利用脉动风功率谱的统一形式推导了顺风向、横风向以及竖向脉动风速功率谱的对应形式,并给出了相应的参数。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究目的及意义
• 1.3 课题研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文主要研究内容概述
• 第2章 北京气象塔数据资料整理
• 2.1 气象塔及周边环境的介绍
• 2.2 数据资料的预处理
• 2.2.1 数据存在的问题
• 2.2.2 数据处理方法讨论
• 2.2.3 数据理论计算方法
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于实测数据的风场特性统计分析
• 3.1 引言
• 3.2 平均风速和风向
• 3.2.1 平均风速和风向的计算方法
• 3.2.2 实测平均风速和风向的统计分析
• 3.2.2.1 冬季平均风速和风向的分布统计
• 3.2.2.2 春季平均风速和风向的分布统计
• 3.3 湍流强度
• 3.3.1 湍流强度的计算方法
• 3.3.2 实测湍流强度的统计分析
• 3.3.2.1 湍流强度随平均风速的变化分析
• 3.3.2.2 湍流强度剖面的拟合
• 3.3.2.3 与日本风荷载规范湍流强度剖面的对比
• 3.3.3 冬季湍流强度的统计分析
• 3.3.4 春季湍流强度的统计分析
• 3.4 湍流积分尺度
• 3.4.1 湍流积分尺度的计算方法
• 3.4.2 实测湍流积分尺度的统计分析
• 3.4.2.1 湍流积分尺度随平均风速的变化分析
• 3.4.2.2 湍流积分尺度剖面的拟合
• 3.4.3 冬季湍流积分尺度的统计分析
• 3.4.4 春季湍流积分尺度的统计分析
• 3.5 脉动风速功率谱
• 3.5.1 脉动风速功率谱理论
• 3.5.2 常用的脉动风速功率谱模型
• 3.5.3 实测脉动风速功率谱的统计分析
• 3.5.4 冬季脉动风速功率谱的统计分析
• 3.5.5 春季脉动风速功率谱的统计分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 基于实测数据的脉动风速功率谱的拟合分析
• 4.1 引言
• 4.2 脉动风速功率谱的拟合原理及过程
• 4.3 脉动风速功率谱的拟合及结果分析
• 4.3.1 顺风向脉动风速功率谱的拟合
• 4.3.2 横风向脉动风速功率谱的拟合
• 4.3.3 竖向脉动风速功率谱的拟合
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文内容总结
• 5.2 后续研究展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集