厦门区域近地台风风场实测数据分析

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随着我国海峡西岸经济区的建设和发展,厦门区域高层建筑和大跨径结构工程与日俱增,因此分析影响这些结构受力主要因素之一的风荷载愈加重要,风荷载是设计高层建筑物和大跨径结构主要的控制荷载。目前我国《建筑结构荷载规范》里,采用的是平均风速剖面为指数形态分布,但这种分布在台风条件下并不成立。此外,规范中采用的风速功率谱密度函数为沿高度不变的表达式,横向、竖向风速相干函数表达式中的衰减因子为常数,这两个表达式是求解风致动态响应及确定等效静力风荷载的关键,在理论计算与实际中存在一定的差距。本人在前人的研究基础上,根据长期实测厦门地区台风数据并分析研究,计算得到厦门地区台风风速的风剖面、台风功率谱密度函数及横竖向相干函数的数值,为厦门地区高层建筑的设计提供更准确的风荷载分布。对今后更加合理的指导高层建筑结构的抗台风设计、降低工程建设的造价存在明显的经济效益。主要工作如下:首先,为了获取在台风作用下高层建筑及大跨度结构受风荷载的风场特性,基于风压测试基本原理,通过在厦门市沿海大嶝岛科学建设4座钢管测风塔,共布置12台风速仪。根据本项目实测的实际特点,针对测风塔的技术规范、结构、质量等要求科学部署,为测风塔的选址、设计、施工安装做了合理安排,建设4座(2座20米,2座40米)满足本项目实测要求的测风塔。其次,对投入风场实测的4座测风塔进行厦门区域常态风特性实测,获取常态风情况下的风速风向实测数据,对厦门区域春、夏、冬三个季度的风特性进行研究分析,验证了本项目常态风的现场实测结果与理论常态风的风速特性的吻合性。最后,对台风“苏迪罗”的实测分析,通过分析其风速风向、平均风剖面、脉动风功率谱密度函数及竖向相干性和水平向相干性,结果表明台风的水平向脉动风速与Von Karman风速谱较为吻合,该谱能相对准确的反映厦门区域的湍动能分布特性;在低频率段内具有较大竖向相干性,且随着高度的增加即平均风速的增大,风速的水平相干性有所下降,与Davenport相干函数的趋势是类似的。通过实测结果简要介绍了在设计中风荷载取值的应用。
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