超高层建筑脉动风压的非高斯特性_楼文娟

１ 非高斯特性简述
第４ ５ 卷第 ４ 期 ２ ０ １ １年４月
） Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ｊ ｇ ｙ（ ｇ ｇ
工学版 ） 浙 江 大 学 学 报 （
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超高层建筑脉动风压的非高斯特性
楼文娟 ，李进晓 ，沈国辉 ，黄铭枫
（ ） 浙江大学 结构工程研究所 ， 浙江 杭州 ３ １ ０ ０ ５ ８ 摘 要 ：对带切角的菱形超高层建筑进行风洞试验 ， 将试验得 到 的 风 压 时 程 数 据 进 行 时 域 、 幅域信息分析， 研究该 类体形超高层建筑表面风压的非高斯分布特性 ． 基于在各 风 向 角 下 风 压 系 数 的 ３ 阶 、 对高层建筑各 ４阶矩统计量， 发现侧面的 前 缘 气 流 分 离 区 、 背风面以及迎风面切角区域的脉动风压存 立面风压进行高斯与非高斯分布的分区 ， 在显著的非高斯特性 ． 对高斯区和非高斯区设计风压 系 数 的 峰 值 因 子 取 值 问 题 和 估 算 方 法 进 行 讨 论 ， 发现在实际 应用中对非高斯区的峰值因子取值偏小 ． 关键词 ：超高层建筑 ； 风荷载 ； 非高斯特性 ； 斜度 ； 峰态值 ； 峰值因子 ） 中图分类号 ： ＴＵ ３ １ １． ３ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８－９ ７ ３ Ｘ（ ２ ０ １ １ ０ ４－６ ７ １－０ ７
收稿日期 ： ２ ０ １ ０－０ ３－３ １．
的分离 、 再附和涡脱落等因素 ， 使其表面风压偏离高 斯分布 ． 目前对风压非高斯特性的研究大多集中在大跨 屋盖 、 低矮建筑屋面 ， 较少涉及超高层建筑表面风压
１］ 的概 率 特 性 ． 孙 瑛 等［ 研究大跨度平屋盖表面脉动
风压的非高斯统计特性 ， 通过风压的时间 、 空间相关 结合中心极限定理阐述非高斯特性产生的原因 ； 性，
，Ｃ ａ ｄ ｖ ｉ ｓ ｏ ｒ ａ ｅ ｒ ｏ ｄ ｎ ａ ｍ ｉ ｃ ｓ ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｃ ｏ ｕ ｎ ｃ ｉ ｌ ＡＡＲ Ｃ） ｙ ｙ 模型为研究对象 ， 发现气流分离区的脉动风压不符合 高斯分布 ， 通过脉动风压的概率密度分布和相关函数 模拟具有非高斯特性的脉动风压时程 ． 本文基于某典型截面超高层建筑的风洞试验数 据， 分析风压时程 的 时 域 、 幅 域 信 息， 对该超高层建 筑在不同风向角下的各个立面进行高斯与非高斯分 并对非高 斯 区 的 设 计 风 压 系 数 的 峰 值 因 布的分区 ， 子取值问题以及基于测点样本的峰值因子估计方法 通过系统 地 分 析 该 超 高 层 建 筑 表 面 风 压 进行讨论 ． 的非高斯分布特性 ， 精确确定幕墙风载 ．
（ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｚ ｈ ｅ ｉ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ａ ｎ ｚ ｈ ｏ ｕ３ １ ０ ０ ５ ８， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） ｆ ｇ ｇ， ｊ ｇ ｙ，Ｈ ｇ
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Ｎ ｏ ｎ Ｇ ａ ｕ ｓ ｓ ｉ ａ ｎ ｆ ｅ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｗ ｉ ｎ ｄ ｉ ｎ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｏ ｎ ｓ ｕ ｅ ｒ ｔ ａ ｌ ｌ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ － － － ｐ ｐ ｇ
， ， ，ＨＵＡＮＧ Ｌ ＯＵ Ｗ ｅ ｎ ｕ ａ ｎ Ｌ Ｉ Ｊ ｉ ｎ ｘ ｉ ａ ｏ Ｓ ＨＥ Ｎ Ｇ ｕ ｏ ｈ ｕ ｉ Ｍ ｉ ｎ ｆ ｅ ｎ － － － － ｊ ｇ ｇ
］ ３ ４ － 等［ 对低矮建 筑 典 型 屋 面 （ 平 顶 屋 面、 人字形屋面
等） 进行 比 较 分 析 ， 阐述低矮建筑屋面的非高斯特 对屋面风压进行高斯与非高斯区域的分区 ； 性， Ｇ ｉ ｏ － ｆ ｒ ｅ等
［ ］ ５ ６ －
以共同体气 动 研 究 委 员 会 （ ｃ ｏ ｍｍ ｏ ｎ ｗ ｅ ａ ｌ ｔ ｈ
２］ 黄翔等 ［ 认为威布尔分布较适合描述体育场典型悬
Hale Waihona Puke Baidu
臂 弧 形 挑 篷 表 面 脉 动 风 压 的 概 率 分 布； Ｋ ｕ ｍ ａ ｒ
／ 浙江大学学报 （ 工学版 ） 网址 ：ｗｗｗ． ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｓ ． ｚ ｕ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ ｅ ｎ ｊ ｊ ｇ
） 基金项目 ：国家自然科学基金资助项目 （ ５ ０ ５ ７ ８ １ ４ ４ ． ， ： 作者简介 ：楼文娟 （ 女， 浙江绍兴人 ， 教授 ， 博导 ， 从事结构风工程研究 ． １ ９ ６ ３—） Ｅ－ｍ ａ ｉ ｌ ｌ ｏ ｕ ｗ ｕ． ｅ ｄ ｕ． ｃ ｎ ＠ｚ ｊ ｊ
６ ７ ２
浙 江 大 学 学 报 （ 工学版 ） ５卷 第 ４ 独立且同分布 ， 其作用之和符合高斯分布特性 ； 对于 侧风面和背风面的 某 些 局 部 区 域 ， 由于气流的分离 上方存在有组织的漩涡结构 ， 该区域风压的 或再附 ， 空间相 关 性 较 强 ， 不满足中心极限定理的前提条 — — 独立且同分布 ， 件— 从而表现出非高斯特性 ．
２ 风洞试验
某办 公 楼 标 准 层 平 面 为 带 切 角 的 菱 形 ， 各长边 为３ 切 角 边 长 为 ６ ｍ， 由裙房和塔楼２部分组 ５ ｍ， 塔楼高 ２ 为了研究该类体形超高层建筑表 成， ０ ７ｍ． 进行刚性模型脉动风压 面风压及非高斯分 布 特 性 ， 同步测定的风 洞 试 验 ． 刚 性 模 型 缩 尺 比 为 １∶２ ０ ０， 用Ａ 模 型 外 观 如 图 １ 所 示． 沿塔 Ｂ Ｓ 塑料制作 而 成 ， 楼高度共布置 ６ 层 测 点 ， 每层布置３ 风向 ６ 个 测 点， 角定义和测点布置如图 ２ 所示 ． 风洞采用挡板 、 尖塔 和粗糙元模拟技术来模拟 Ｂ 类地貌 ， 来流风速剖 面 及脉动风速谱 模 拟 结 果 如 图 ３ 所 示 ． 图 中， Ｈ 为风 洞高度 ， 风 ｕ 为 风 速， Ｓｗ 为 功 率 谱 的 值 ， ｆ 为 频 率． 压系数参考点的实物高度为 ２ ０ ６ｍ．