大寬高比建筑屋蓋圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)荷載研究.pdf

1、隨著科技水平的不斷提高，產(chǎn)業(yè)功能的升級，大寬高比建筑得到越來越多的應(yīng)用。與此同時，在全球氣候變化的背景下，災(zāi)害性風(fēng)氣候頻發(fā)，其造成的損失有著加劇的趨勢。歷次風(fēng)災(zāi)調(diào)查結(jié)果顯示，雖然大寬高比建筑的整體破壞案例并不多見，但其屋蓋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象卻時有發(fā)生。其中一個主要原因是，目前對于這類屋蓋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計風(fēng)荷載沒有很好地建立系統(tǒng)的計算方法。針對現(xiàn)有研究的不足之處，基于渦理論、經(jīng)典極值理論、多元分析理論、無監(jiān)督學(xué)習(xí)方法、多元極值分布理論等理論

2、，結(jié)合風(fēng)洞試驗技術(shù)，研究有關(guān)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計風(fēng)荷載計算方法的問題，總結(jié)共性規(guī)律，規(guī)范設(shè)計方法。
　　(1)大寬高比建筑的風(fēng)壓分布特點與形成機理研究
　　對典型的大寬高比建筑進(jìn)行了風(fēng)洞試驗，采用渦理論分析了小寬高比與大寬高比建筑風(fēng)壓分布表現(xiàn)不同的原因及風(fēng)壓形成機理。結(jié)合風(fēng)壓物理分布特征，采用統(tǒng)計學(xué)理論分析了脈動風(fēng)壓的相關(guān)性與風(fēng)壓母體分布的非高斯性等統(tǒng)計特征。定量分析了屋蓋表面若干列測點的風(fēng)壓隨風(fēng)向的變化，指出就目前的數(shù)據(jù)量而言，建

3、立風(fēng)壓分布與建筑幾何形狀的定量關(guān)系比較困難。
　　(2)少量時程樣本的單測點極值風(fēng)壓估計方法
　　采用少量風(fēng)壓時程樣本估計極值風(fēng)壓是比較實用的方法。對少量時程樣本進(jìn)行分段，從各個分段中抽取極值作為子極值樣本，基于極值理論估計極值風(fēng)壓是比較常見的思路。但只有在保證分段時程之間、極值樣本之間相互獨立的前提下才有效。但這兩個獨立性問題一直沒有得到較好的解決。引入重標(biāo)極差分析法確定長期相關(guān)性消失點和分段時程長度，以保證分段時程的獨立

4、性。采用除串技術(shù)剔除有可能含在同一串內(nèi)的極值，以獲得相互獨立的子極值樣本。在此基礎(chǔ)上，基于區(qū)間極大值模型，建立了以子極值樣本估計極值風(fēng)壓的方法。結(jié)合平屋蓋剛性模型風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)，驗證了方法的有效性與實用性。
　　(3)基于改進(jìn)K-means聚類的風(fēng)壓分區(qū)方法
　　基于改進(jìn)K-means聚類方法提出了一種風(fēng)壓分區(qū)方法。針對傳統(tǒng)K-means聚類要求事先給出聚類數(shù)目K值，在應(yīng)用中存在的局限性，采取兩種措施進(jìn)行改進(jìn)。一是預(yù)先限制K值

5、范圍，實現(xiàn)所有K值下的極值風(fēng)壓快速聚類;二是采用有效性指標(biāo)確定最佳K值。總結(jié)并比選了近20個左右的聚類有效性指標(biāo)。分別以單一風(fēng)向和全風(fēng)向下平屋蓋表面的最不利壓力、吸力的風(fēng)壓分區(qū)為例，說明和驗證了風(fēng)壓分區(qū)方法。結(jié)果表明，方法能很好地完成不同風(fēng)向、不同類型風(fēng)壓的風(fēng)壓分區(qū)。
　　(4)考慮多測點極值風(fēng)壓相關(guān)性的分區(qū)極值風(fēng)壓估計方法
　　基于多元極值分布理論，提出了可以直接由單測點極值風(fēng)壓分布以及測點間極值風(fēng)壓任意相關(guān)程度計算大面積

6、分區(qū)的分區(qū)極值風(fēng)壓計算方法。包括多元極值法-直接方法和多元極值法-組合方法。該類方法不僅可以計算任意面積大小的面積極值風(fēng)壓，還可以給出相應(yīng)面積的極端破壞概率。分別采用現(xiàn)有面積極值風(fēng)壓計算方法和本文所提方法計算了0°風(fēng)向和-45°風(fēng)向下的最不利壓力、吸力的分區(qū)極值風(fēng)壓。結(jié)果表明本文所提多元極值法-組合方法具有更好的安全性。
　　(5)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的極值風(fēng)壓面積折減效應(yīng)研究
　　研究了屋蓋表面不同位置的面積極值風(fēng)壓隨從屬面積大小改變