基于數值模擬的東南沿海臺風危險性分析及輕鋼結構風災易損性研究.pdf

1、全球因臺風造成的災害和損失日益嚴重，增強工程設施的抗風能力是減少臺風災害的技術手段。工程抗風設計或區(qū)域抗臺風防災規(guī)劃需要進行臺風風險性分析，同時，保險業(yè)界對臺風災害損失的保險（如巨災債券）也需要對臺風風險進行評估。臺風危險性及承災體的易損性是臺風風險分析的兩個重要部分?？紤]到臺風低頻度、小尺度的特征以及臺風條件下觀測儀器的破壞導致觀測數據質量無法保證和數據丟失，直接基于觀測數據進行臺風危險性分析難度很大，目前國際上普遍采用基于隨機數值模

2、擬的方法。
　　我國東南沿海是臺風多發(fā)區(qū)，然而對這一地區(qū)的臺風危險性還缺乏有效的分析手段和數據；在臺風損失方面，低矮輕鋼結構工業(yè)廠房是臺風易損結構。國內外關于輕鋼結構的臺風易損性方面的研究還很少，目前的研究還沒有定量分析結果。本文針對我國東南沿海地區(qū)，在臺風風場模型、臺風關鍵參數概率模型和臺風危險性數值模擬，以及輕鋼廠房結構的易損性分析方面開展了系統(tǒng)研究，主要內容及結論如下。
　　基于Thompson和Cardone提出的臺

3、風風場模型（簡寫為Thompson和Cardone風場模型），利用2008年和2010年登陸廣東的三個強臺風的衛(wèi)星觀測數據和若干個近地觀測站點的觀測數據，研究了Thompson和Cardone風場模型在華南沿海地區(qū)的適用性。提出了通過天氣圖回歸得到Holland氣壓剖面參數（通常表示為B）模型的方法，并對風場驗證過程涉及的幾個關鍵問題，即陸地站點邊界層的處理及參數敏感性分析等問題進行了討論。研究表明，基于不同B模型模擬后報的風速和風向整

4、體趨勢與觀測結果吻合較好；對風速而言，利用四站點天氣圖數據回歸B模型得到的風速誤差最?。辉跊]有天氣圖數據的條件下，當B取值為1時，三個海島觀測塔模擬后報風速誤差最小。建議在有天氣圖數據的條件下，由測得的氣壓剖面擬合得到B。
　　基于臺風年鑒數據統(tǒng)計得到了沿海十一個主要城市遭遇臺風的關鍵參數概率分布。研究表明，臺風關鍵參數的分布具有區(qū)域性特點，經緯度較接近的地區(qū)參數估計值較接近；臺風歷史記錄數據表明，最大風速半徑（Rmax）分別與中

5、心壓差、Holland氣壓剖面參數之間存在負相關，與緯度的相關性可以忽略不計，最大風速半徑取自然對數后與中心壓差之間滿足線性關系。
　　基于Thompson和Cardone風場模型及臺風關鍵參數的概率分布對東南沿海進行了系統(tǒng)的臺風危險性分析，并對比分析了兩種隨機模擬思路和Holland氣壓剖面參數對預測極值風速的影響。研究表明，基于模擬年最大風速抽樣的極值風速預測思路邏輯清楚，預測結果與歷史觀測資料結果吻合較好；采用Harper和

6、Holland提出的參數 B模型得到的香港臺風年極值風速結果與歷史觀測資料得到的極值風速誤差小于5％。在上述分析基礎上，采用推薦的隨機模擬方案模擬得到了東南沿海十一個主要城市的臺風危險性分析結果。
　　以廠房結構縮尺模型的風洞試驗結果為基礎，用構件可靠度理論中的Rackwitz-Fiessler方法對輕型鋼結構廠房屋面系統(tǒng)的構件易損性進行了研究。研究表明，面積平均后的風壓系數多數服從移軸 Gamma分布；不同屋面分區(qū)的最危險風向不