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基于Monte-Carlo风速模拟的超高层建筑风效应精细分析方法

杜明儒  
【摘要】:近年来,超高层建筑作为地标性建筑如雨后春笋般出现在我国诸多城市,该类建筑结构具有高、柔且对风荷载十分敏感等特点,在结构设计时风荷载常作为控制荷载。为得到合理的风荷载设计值,抗风设计者通常考虑风速风向的联合作用。但在建立联合分布模型过程中存在风速在风向上变化具有离散性和风速样本数量不足等问题。基于此,本文对风气候分析时引入谐波函数考虑风速风向之间的相关性,建立风速风向联合分布模型,并运用Monte-Carlo模拟产生伪风速数据用于超高层建筑的风效应研究。1.运用谐波函数考虑风速风向的相关性:以广州、深圳地区为例,引入谐波函数建立考虑风速风向之间相关性的联合分布概率模型,该联合模型建立了风向角与风向频度、极值分布函数参数之间的关系,并可以得到任意给定风向上的极值风速概率分布特性。2.基于Monte-Carlo模拟增加风速样本:为弥补风速资料年限少、数据缺失、样本容量过小等不足之处,本文在分析广州、深圳地区原始风速数据后,运用逆变换法基于Monte-Carlo模拟产生大量服从两地风速母体分布的小时风速数据,主要用于联合分布函数参数的优化和36个风向区间与全风向上风速小时变化率的拟合。3.典型超高层建筑标准模型(CAARC)风效应分析:基于考虑风速风向相关性的联合分布概率模型和36个风向角内风速小时变化率公式,运用简化“跨越概率法”对超高层建筑标准模型风效应进行分析,结果表明:直接由原始风速数据拟合得到的风速小时变化率会使风效应结果偏大;运用风速小时变化率经验公式会使风效应结果偏小;而运用经Monte-Carlo模拟的36个风向上风速小时变化率计算而得的风效应结果,考虑了各个风向角内风速变化的实际情况,因此更加精确。4.地域差异对风速小时变化率的影响:经Monte-Carlo模拟的36个风向内风速小时变化率对地域差异较为敏感,而经Monte-Carlo模拟的全风向风速小时变化率则受地域差异影响较小,并且与Irwin推算的经验公式趋近。


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