低矮房屋风效应的实测与分析

论文摘要

我国是世界上受台风影响最严重的地区，每年由台风造成的损失巨大。调查表明，低矮房屋的风致破坏是风灾损失的主要因素之一。为获得有效的方法减少台风对低矮房屋破坏，深入研究低矮房屋的风致破坏机理意义重大。影响低矮房屋的风致破坏因素多种多样。结构的自身强度、刚度、所处的地理位置及风场特性等都是导致结构破坏的因素。因此采取有效的实验手段是获得准确数据用于研究的前提，也是合理设计减小风致灾害的基础。目前研究低矮房屋的方法主要有风洞试验、数值模拟和现场实测三种。由于风洞试验与数值模拟不能完全模拟现实的风场特性，因而必须用现场实测来验证目前风洞试验和数值模拟的真实性，同时现场实测也是研究低矮房屋抗风理论最直接有效的方法。而低层房屋的抗台风问题是我国沿海等台风多发地区一个现实而又亟待解决的问题。目前我国低矮房屋实测研究刚处于起步阶段，需要通过现场实测更加深入的研究低矮房屋风载特性。本文以湖南大学建立的全尺寸低矮房屋的追风系统作为基础，采用现场实测的方法，利用四次台风实测结果，深入分析了不同台风的风场特性，以及低矮房屋在台风作用下的风压特性。本文首先利用安装在海岸建造的测风塔上高4.5米、7.5米、10米处的风速仪实测台风数据。分析了台风风场的阵风因子、湍流强度、湍流强度剖面、功率谱以及各参数的相互关系。通过不同方向风场特性的对比分析，总结出我国沿海台风风场的特性。实测表明：风从海面吹来时湍流强度和阵风因子几乎不随风速变化而变化。风从陆地吹来时湍流强度和阵风因子随风速增大而减小。其次，基于全尺寸追风房屋面上安装的风压传感器，同步测量各测点的风压数据。利用实测风压数据分析了平均风压、峰值风压、脉动风压以及峰值因子的分布和变化规律。最后，对比分析风速谱与风压谱的相互关系。结果表明：屋面边缘测点风压大于屋面中点风压。迎风墙面测点服从准定常理论，背风墙面测点不服从准定常理论。Cook&Mayne峰值风压计算法对屋面边缘实用性很好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 低矮房屋的风致破坏机理
• 1.3 近地风场特性研究方法与现状
• 1.4 低矮房屋抗风研究的现状与方法
• 1.4.1 概述
• 1.4.2 风洞试验
• 1.4.3 数值模拟
• 1.4.4 全尺寸现场实测
• 1.5 本文的主要研究工作
• 第二章 结构抗风的基本理论和方法
• 2.1 风特性理论
• 2.1.1 平均风特性
• 2.1.2 脉动风特性
• 2.2 建筑结构抗风研究的基本理论和方法
• 2.2.1 建筑结构的平均风荷载
• 2.2.2 建筑结构的脉动风荷载
• 2.2.3 风压系数概率分布
• 2.2.4 准定常理论
• 2.3 本章小结
• 第三章 低矮房屋抗风试验实测系统
• 3.1 试验环境及设备
• 3.1.1 试验房所处环境
• 3.1.2 实测房模型及测点布置
• 3.1.3 试验仪器及数据采集系统
• 3.2 实测数据的分析处理方法
• 3.2.1 坏点处理
• 3.2.2 平稳性检验
• 3.2.3 风速数据处理原理
• 3.2.4 风压数据处理原理
• 3.3 本章小结
• 第四章 沿海台风风场特性分析
• 4.1 本章实测分析研究内容
• 4.2 实测台风及测量仪器介绍
• 4.2.1 0905苏迪罗
• 4.2.2 0907天鹅
• 4.2.3 0913彩虹
• 4.2.4 0915巨爵
• 4.3 台风风场特性实测分析
• 4.3.1 台风平均风速与风向
• 4.3.2 湍流强度
• 4.3.3 阵风因子
• 4.3.4 湍流积分尺度
• 4.3.5 湍流功率谱密度
• 4.4 湍流特征参数及相互关系
• 4.4.1 湍流积分尺度与平均风速
• 4.4.2 阵风因子与平均风速
• 4.4.3 湍流强度与平均风速度
• 4.4.4 湍流强度与阵风因子
• 4.4.5 阵风因子、湍流强度与湍流积分尺度三者关系
• 4.5 本章小结
• 第五章 低矮房屋风荷载实测结果及分析
• 5.1 平均风压
• 5.2 平均风压系数
• 5.3 脉动风压系数
• 5.4 准定常理论
• 5.5 峰值风压系数
• 5.5.1 直接计算
• 5.5.2 峰值因子估算法
• 5.5.3 Cook&Mayne估算法
• 5.5.4 阵风系数法
• 5.5.5 几种算法的对比和改进方法
• 5.6 峰值因子
• 5.6.1 直接计算法
• 5.6.2 Cook&Mayne方法
• 5.7 风压功率谱密度
• 5.8 低矮房屋抗风设计建议
• 5.8.1 目前的设计方法
• 5.8.2 低矮房屋设计的建议
• 5.9 总结
• 结论及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录