北京2022年冬奥会延庆赛区办赛设施抗风与挡风设计关键技术研究

赛道挡风是保证冬奥会比赛如期进行的关键。首先基于气象站监测数据，利用独立风暴法开展了北京冬奥会延庆赛区内气象观测风速分析，获得了赛区内气象观测位置50年重现期的基本风速。进而对延庆赛区进行了地形风洞试验，获得了气象站与赛区建筑之间的风速比例关系，给出了赛区关键位置50年重现期的基本风压。然后，采用节段模型的方式进行了国家雪车雪橇中心风洞试验，获得了主体结构设计所需的体型系数和围护结构设计所需的极值风压系数。之后对国家高山滑雪中心滑降赛道进行赛时风环境评估，并通过风洞试验获得了雪道挡风墙的挡风性能参数，直接应用于滑降赛道挡风设计。结果表明：延庆赛区仅有1日比赛延期至次日，其他比赛均在计划当日进行，挡风墙的设置保证了冬奥会高山滑雪比赛的顺利进行。     

基于短期观测记录的重现期风速预测

在偏僻地区或山区建设重要建筑物、构筑物或桥梁时,通常在附近安装风速观测仪器,获得至少1年的短期风速记录。提出了根据短期风速记录预测指定重现期风速极值及风压方法,为结构抗风设计提供了科学依据。提出独立风暴法提取短期风速记录的最大值,建立极值I型概率分布模型,采用最好线性无偏估计方法确定概率分布参数。依据短期风速最大值概率与年风速最大值概率的变换关系,建立年发生最大值的概率分布及重现期风速、风压的表达式。算例结果表明,重现期风速预测值的离散性与风速阈值有关,在预测值离散系数较小的情况下可确定重现期风速及其置信区间。     

柬埔寨国家体育场风荷载设计研究

柬埔寨国家体育场项目属于索膜结构,对风荷载影响敏感。但柬埔寨目前没有健全的国家工程设计规范体系,风荷载取值也没有明确的标准依据。首先对金边国际机场(VDPP)近20年风速风向等气象资料进行整理,分析其概率分布特征,总结其风速风向特点。结果表明,VDPP数据在各个风向上大风出现的概率基本在1%以下,大概率区间处在0°和180°风向角附近,年最大风速主要集中在南北向。其次对不同重现期的风速,以年最大极值风速为样本,采用独立风暴法对本项目基本风压进行研究,结合周边国家的规范,给出建议基本风压:10年重现期取0. 4kPa; 50年重现期取0. 45kPa; 100年重现期取0. 5kPa。然后利用风洞试验对结构进行分析,得到风压系数,并给出典型风向角下结构表面和墙面的风压分布云图和不同风向角下的极值风压,得出体育场屋面极值风压的变化范围为-1. 5～0. 9kPa、墙面的极值风压的变化范围为-0. 8～1. 4kPa。最后对结构进行风振响应分析,得到结构的等效静力风荷载。同时还利用数值风洞对外墙开洞率及罩棚仰角进行优化,确定了外墙最优开洞率60%和罩棚仰角14°。     

平屋盖围护构件设计风荷载研究

GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》中未给出复杂体型且重要建筑物的风荷载局部体型系数,此类建筑物的风荷载需通过风洞试验确定。基于此,提出了基于风洞试验的围护构件设计风荷载计算方法,将规范中阵风系数与局部体型系数的乘积修改为局部体型系数与脉动风压系数极值之和的形式,称为风压系数极值。提出的围护构件设计风荷载计算方法不仅适用于迎风面围护构件设计风荷载的计算,也适用于气流分离区围护构件设计风荷载的计算。在脉动风压系数极值的计算中,考虑了气流分离区非正态风压时程的特性,采用非正态峰值因子的简化计算式,可简便确定非正态风压时程的峰值因子。以平屋盖围护构件设计风荷载的确定过程为例,对比了我国规范方法与文中方法的异同,提出了平屋盖围护构件风压系数极值的设计建议值。结果表明,采用文中提出的围护构件设计风荷载计算方法,基于风洞试验数据可确定气流分离区围护构件的设计风荷载,采用日本风荷载规范的屋盖风荷载分区方法是合理的;采用风洞试验得到的局部体型系数,套用GB 50009-2012规范方法确定气流分离区围护构件的设计风荷载,可能严重低估风荷载取值。     

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。     

基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析及其应用

采用有限实测风速样本估计重现期极值风速存在较大不确定性。为此，针对目前应用最为广泛的极大似然法估计广义极值分布，提出了基于Monte Carlo方法的极值风速估计误差分析算法，建立了依赖概型参数、样本容量和重现期的极值风速标准差广义数学表达式。结果表明：标准差随形状参数、尺度参数和重现期的增大而增大；随样本容量的增大而减小。结合我国4个气象站点(北京、喀什、福州、上海)实测风速数据，在进行数据地形修正、台风数据剔除的基础上，分析计算了各站点的重现期极值风速及其标准差，并与既有规范对比，当考虑抽样误差对极值风速预测的影响时，建议以一倍标准差作为量化标准更为合理。     

女儿墙对平屋面低矮建筑风荷载特性的影响

对平屋面低矮建筑进行1∶25缩尺刚性模型测压风洞试验,研究了无女儿墙工况和4种不同高度女儿墙的平屋面低矮建筑的风荷载分布规律。无女儿墙的平屋面主要承受风吸力作用,斜风向锥形涡诱导的最不利吸力区域为屋面迎风边缘角部区域,为全风向下最不利区域。女儿墙的存在可明显减小屋面的平均风吸力和极值风吸力,平均风吸力减小幅度可达150%,同时最不利平均风压系数和极小值风压系数的出现位置逐渐远离了屋面角部区域;随着女儿墙高度的增加,极值风吸力进一步减小,极值风压力增大,最大的极大值风压系数出现在尾流区;采取分区的方式给出了不同女儿墙高度的屋面体型系数建议取值。     

基于泊松-耿贝尔法的最大风速估算

由于每年发生台风的次数、移动路径及强度都是随机的,构成了某种离散性分布,常规采用的极值Ⅰ型分布的耿贝尔法是收集每年的最大风速,这种方法无法收集到每一次台风影响的最大风速.文中采用泊松-耿贝尔联合极值风速计算方法,计算了重现期为5、10、20、50年的最大风速与基本风压.结果表明泊松-耿贝尔联合极值风速计算方法偏差比极值...     

基于短期数据推算宣城市的设计风速

我国沃壤千里,地形、地貌差异大,对于复杂的地区气象站数据资料还不能较准确地反映其风速、风向特征,有些地方甚至缺少观测数据和多年连续观测资料。因此,文章基于临时观测站的短期实测风速数据,利用区组模型和超阈值模型对设计风速进行了推算,两种模型算得的设计风速和在不同重现期下的风速均有一定差异。     

Gumbel分布的基本风压计算与分析

统计了中国159个代表性城市在1951—2008年的历年最大风速值,采用Gumbel分布进行统计分析并对其参数进行估算。用矩法和耿贝尔法分别计算出重现期为10、50、100 a的基本风压值,并采用柯尔莫哥洛夫检验法进行检验,最后与规范取值进行对比分析。结果表明,当采用Gumbel分布对中国各地区的最大风速年极值进行统计时,耿贝尔法比矩法拟合效果好;重现期为10、50、100 a的基本风压值对比分析表明,《建筑结构荷载规范》(GB 50009)的基本风压值与采用近58 a的历年最大风速值计算的基本分压值相比     

福建沿海地区风荷载分析与研究

本文主要是对福建沿海地区建筑风荷载的研究,介绍了根据收集的风速资料采用统计计算方法,确定福建沿海地区建筑不同重现期的基本风速和基本风压,并对计算值与规范值及工程设计取值进行比较,以核验工程设计中建筑基本风压取值的可靠性及合理性。     

大跨弧形屋面风荷载特性的风洞试验研究

根据榆林机场航站楼风洞试验结果,详细分析了大跨弧形屋面及弧形挑篷上的平均风荷载、脉动风荷载及其极值分布,研究了平均风荷载、脉动风荷载的分布特性。根据分析可知,大跨弧形屋面上同时存在压力和吸力,压力主要分布在屋面弧面起坡处,吸力主要分布在屋面挑篷部位;大跨弧形屋面的峰值吸力对风向角的变化特别敏感。给出了100年重现期屋面极值风荷载等压线图和体型系数,所得结论对于西部地区此类结构的抗风设计有参考作用。     

台风 “鲇鱼”作用下厦门沿海某超高层建筑的风场和风压特性实测研究

为研究我国沿海地区超高层建筑的风场和风压特性,在2010年台风“鲇鱼”登陆前后对厦门沿海某超高层建筑的风场和建筑表面风压进行了同步监测。通过对实测风场和风压数据的深入分析表明：沿海地区超高层建筑风场的湍流度随风速增大变化平稳,阵风因子随湍流度的增大而增大;实测脉动风速功率谱密度与von Karman谱吻合较好;建筑各面内测点之间的瞬时风压、平均风压、平均风压系数和极值风压系数具有较强的相关性;实测平均风压和平均风压系数在迎风面较大,在背风面非常小;当风从角部吹向建筑时,随着风向角的变化,两迎风面的平均风压系数随着平均风速的增大变化规律相反;两背风面的平均风压系数随着平均风速的增大逐渐减小;迎风面的极值风压系数随着风向角的变化正负波动较大,背风面的极值风压系数分布较为均匀;迎风面的脉动风压系数较大且变化较大,背风面的脉动风压系数非常小且变化平稳;建筑各面的极值风压系数和脉动风压系数的幅值随着风速的增大逐渐减小。     

开洞大型超高单层厂房墙面及排架风载体型系数研究

对不同开洞工况下的超高单层厂房模型进行风洞试验,研究不同开洞工况对厂房纵墙内外表面风压分布的影响,给出风压体型系数沿纵墙长度方向的变化规律并与规范值进行对比。试验结果表明：当山墙单一开洞时,对外风压分布影响不大;当两端山墙均开大洞时,纵墙内外表面风压沿来流方向衰减较快;山墙单一开洞会导致纵墙所受的极值风压增大,靠近开洞山墙的纵墙端部受风荷载较大,可以称之为端部效应;对山墙单一开洞厂房,纵墙在近开洞的端部区和其他区的最不利负风压（吸力）分别出现在0°（开洞墙面为正迎风面）和15°风向角;对于两端同时开洞工况,两端部区最不利负风压（吸力）出现在45°和135°风向角,非端部区则出现在150°风向角;所有工况中以较小开洞工况受力最为不利;对于迎风端部区排架水平受力最不利的工况为两端山墙都开大洞的情况。     

施工期空间网格结构风荷载遮挡效应研究

施工期间的大跨度空间网格结构,由于屋面板等尚未安装,风荷载分布不同于使用阶段,此时结构对风荷载较为敏感.基于计算流体动力学理论,详细研究了未安装屋面板的K6型单层网壳周围的流场分布特征,得到了网壳各部分的风压系数分布特征;详细研究了来流方向前方构件对后方构件遮挡作用的影响大小,得到了风速对网壳各部分风压系数的影响规律;通过调整杆件尺寸,得到了挡风系数对构件风压系数的影响规律;将矩形截面与圆形截面杆件进行对比,得到了不同截面对网壳各部分风压系数的影响.研究表明,为精确计算施工期间网格结构的风荷载,应充分考虑构件之间的相互遮挡效应,该遮挡效应与挡风系数、截面形状有关.实际计算中,为考虑遮挡效应,应将整体结构各部分构件体形系数进行不同程度的折减.本文研究可为空间网格结构风荷载的确定奠定初步基础.     

考虑风速变异性的风致屋面覆盖物损失评估

屋面覆盖物在大风中容易遭到破坏,而屋面的破坏可能引起雨水渗透而导致房屋内部受到更大的损害。因此文章基于西安大略大学风洞试验数据提出一种在强风作用下屋面覆盖物风致损失的概率评估方法。首先简单介绍了风洞试验及试验数据的基本概况;然后利用Hermite多项式模型拟合每个测点的风压系数的概率密度分布;随后采用转换过程法估计相应的极值风压系数概率分布函数;最后以沥青瓦片为例,计算每块瓦片失效的概率及整个屋面覆盖物的损失率,包括不考虑风速变异性和考虑风速变异性的情况。     

分离泡诱导下平屋盖表面风压特性研究

通过平屋盖刚性模型风洞测压试验,研究了分离泡不同部位所诱导的风压特性。从分离泡内、外部流场运动角度,分析了各部位风压特性的产生机理,研究了平屋盖表面平均和脉动风压系数分布、顺风向和横风向风压的相关性。给出了顺风向各点的脉动风压谱及相位角特征,并对分离泡及其诱导的风压特性进行了讨论。结果表明:在分离泡前部,顺风向风压相关性显著,风压脉动体现为低频特征,风压系数极值(极值吸力)出现在20%再附长度处;在分离泡中部,再附长度约一半位置处为风压脉动特性的转捩点,即转捩点上游风压脉动为低速传播,下游风压脉动为高速传播,且上、下游风压脉动呈现负相关和反相位的特征;转捩点处脉动风压系数出现最大值;在分离泡再附区,风压的高频脉动降低了其横向相关性,峰值因子最小值出现在再附点处。     

北京机场新塔台风荷载分布的风洞试验研究

对某机场塔台模型 ,在模拟的大气边界层风场中进行了刚性模型测压试验 ,得到了这一结构的平均风压系数、最大和最小风压系数分布以及对应于 5 0年和 1 0 0年重现期的 3s及1 0min平均的风压值。这些结果不仅为北京机场新塔台结构的风荷载计算提供依据 ,也有助于进一步认识高耸结构的风荷载特性     

大型间冷塔展宽平台及百叶窗内外压取值研究

为研究大型间冷塔展宽平台及百叶窗内外压取值,以国内某拟建的210m高超大型双曲线型间冷塔为研究对象,采用刚体测压风洞试验对间冷塔内外表面风荷载进行了研究,并考虑了不同透风率对展宽平台及百叶窗内外压的影响。基于风洞试验结果,归纳总结了展宽平台及百叶窗内外表面风压分布规律,对比分析了不同透风率和风速对展宽平台及百叶窗内表面平均风压系数的影响,同时给出了不同风压模拟标准下展宽平台及百叶窗负压极值取值建议和风压拟合公式。结果表明,展宽平台及百叶窗外压分布明显与塔筒分布不同,在背风区存在一定的负压增强区,内压绝对值随着透风率的增大而减小。     

深圳湾体育中心屋面系统的设计

深圳湾体育中心屋面系统造型为异型不规则双曲面,屋面系统防水和排水设计难度较大,且罩棚大部分区域为开放式结构,上下表面均承受风压,表面荷载分布极为复杂。设计时屋面系统风荷载根据《深圳湾体育中心风洞试验报告》选取,采用100年重现期的极值压力值作为屋面系统风荷载标准值进行结构计算。