基于完全概率分析的围护结构设计风荷载计算方法研究

Wind damage surverys indicated that the loss in windstorm is mainly made up with damage to claddings/components and it is unusual for main structures of a building to be destoried by strong wind. However,a lot of results of field measurements and wind tunnel tests indicated that most of load codes of major countries in the world and common used methods at present may underestimate the wind loads on claddings/components of buildings and structures. Study thoroughly and systematically on wind loads on claddings/components to reduce the loss in windstorm increasing year by year has important practical value and theoretical significance..ᡡᡡBased on the wind pressure coefficient data from field measurements and wind tunnel tests and the long-term observation data of windstroms from meteorological departments, the probabilities both of the wind pressure coefficient on buildings or structures and strong wind will be anysized systematically in present study, and then the wind loads of claddings/components with a given exceeding probability will be calculated more reasonably and more accuratly. After then,a simplified method will be given to provide more economical and more secure wind load design data for claddings/components, which can provide the basic data for load code revision.

风灾调查显示，建筑结构的风致灾害主要表现为围护结构的风致破坏，主体结构风毁的现象非常鲜见。然而，大量实测和风洞试验结果表明，目前世界上主要国家的风荷载规范以及常用计算方法都可能低估了围护结构的风荷载。系统深入地开展围护结构风荷载的研究对减小逐年增加的风灾损失具有重要的实用价值和理论意义。.本项目拟以足尺模型实测和缩尺模型风洞试验得到的建筑表面风压系数测量结果以及气象部门提供的强风风速风向长期观测数据为依据，通过对建筑结构的风压系数在各风向的概率分布规律以及强风的风速风向联合概率分布特征的研究，给出给定超越概率的建筑围护结构风荷载的更合理更准确的计算方法和基本信息，并简化成易于工程使用的简化计算方法,使之在保证安全性的同时提供更加经济实用的风荷载设计数据，为相关荷载规范的修订提供依据。

建筑结构的风致灾害现象时有发生,但主体结构的风毁现象相对少见,主要体现为围护结构的风致破坏。然而，大量实测和风洞试验结果表明，目前世界上主要国家的风荷载规范以及常用计算方法都可能低估了围护结构的风荷载,且均未基于全概率的思想去分析风荷载在建筑全寿命期的失实概率。本课题基于强风风速和建筑表面风压系数的方向性和随机性特征,对建筑围护结构风荷载的概率分布进行了分析,从而给出了给定重现期的风荷载估算方法。.本课题的主要研究内容主要包括四个方面。（1）基于上海浦东机场风工程研究实测基地的足尺建筑模型的实测数据和建筑缩尺模型的测压风洞试验结果，研究了建筑风致内压的变化规律, 包括建筑表面开洞位置、开洞大小、开洞方式和背景孔隙等多种因素的影响,并深入研究了建筑风致内压的风洞试验模拟技术以及Helmholtz共振问题。（2）基于风工程研究实测基地的风速及风压实测数据,结合缩尺模型测压风洞试验数据，研究了建筑风致外压系数的特征, 包括风向影响,概率分布特征,非高斯性,以及其极值计算方法,建筑表面特征的影响等多个方面。（3）利用风工程研究实测基地及上海环球金融中心大楼顶部风速观测系统的风速风向观测数据时程,研究了自然风的湍流度、功率谱、相关性等强风结构特征。利用从国家气象部网站（http://cdc.cma.gov.cn/）和国际气象网站（http://www7.ncdc.noaa.gov/CDO/dataproduct）上收集到的中国各地风速风向长期观测数据，研究了我国的强风风速风向概率分布及相关性特性，给出风速风向概率密度参数。（4）开发了建筑围护结构风荷载的全概率评估方法。该方法从概率统计的角度考虑强风风速和结构风压系数两方面参数的方向性和随机性,给出的给定重现期围护结构设计风荷载在概率统计意义上是准确的。.本课题的研究成果为建筑结构围护结构设计风荷载的准确估算提供了方法和基础数据, 使得建筑结构设计在保证安全性的同时更加经济合理,使得结构设计人员对风荷载的认识更加深入系统。