【摘要】：近年来,随高层、高耸建筑的不断兴起,风荷载成为与地震作用同样重要的结构设计的主要荷载。因而,对风的特性的研究,包括平均风效应(极值风速的分布、大小及其重现期的确定)和脉动风效应(与建筑物的自振周期接近,属随机动力问题)作用分析成为保障结构设计安全和经济的重要依据。结构的基本设计风速是以年最大风速为依据的,通常采用极值分布。本文以重庆地区为例,选取1990-1999年的原始风速资料研究了年最大风速的极值渐进分布以及风速风向的联合分布。首先,为克服统计样本容量过少可能造成的统计误差,采用月最大风速的分析方法来拟合年最大风速的极值渐进分布。对三种极值分布函数(极值I型Gumbel、极值II型Frechet、极值III型reverse Weibull分布)及广义Parato分布(GPD)进行拟合对比分析,得出短期风速资料下重庆年最大风速的最佳极值渐进分布是极值III型分布;其次,运用了推广的贝叶斯方法来弥补样本容量不足的问题。利用它具有而古典统计方法所没有的优势(将参数视为随机变量及将对问题的判断和观测数据结合起来考虑),对由传统的概率统计方法得来的年最大风速的极值渐进分布进行更新修正,修正后的概率分布函数比更新前函数有了明显改进,对基准期的设计风速值的估计也更合理;最后,现行荷载规范的风速极值概率模型鉴于风速资料的缺乏以及统计工作量大等原因,并没有考虑风向的影响。
又研究表明虽然不同风向的风速相关性很小,但结构风效应受风向影响较大,用不考虑风速风向联合分布的全方向基本风速来含糊地代替各方向的基本风速是相对保守的。居于此,文中参考相关文献在风速极值分布函数中引入风向频度系数,分析计算了考虑风速风向联合分布的平均风在设计基准期的设计风速值,验证了在计算基本风速时考虑风速风向联合分布的必要性。结构脉动风效应是随机动力问题,一般的研究方法有时域法和频域法,对工程应用来说,结构抗风分析大多只在频域内进行。脉动风速功率谱是频域分析的关键。本文针对目前常用的风速谱,编制不同风速谱下的高层建筑顺风向响应的分析程序,分析比较了湍流尺度沿高度变化的风速谱(Von Karman谱及Simiu谱)和湍流尺度沿高度不变的风速谱(Davenport谱及西安热工所实测的谱)在结构的抗风响应分析时的差异。运用此程序,先对国内两栋已修建的高层建筑进行计算,将已知的工程设计值与程序计算值作了比较分析,表明了程序的可靠性和有效性。而后,对某一高层建筑的顺风响应进行了较为详细的分析、讨论。程序计算结果表明, Davenport谱计算的结构响应偏大,Von Karman谱及Simiu谱计算值次之,而西安热工所实测的谱的计算值最小。用Davenport谱做抗风分析会过高的估计结
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