考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)陣風(fēng)因子特性分析*

李利孝, 鄭　斌, 肖儀清, 宋麗莉

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院， 廣東 深圳 518055; 2.中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心， 北京 100081)

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考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)陣風(fēng)因子特性分析*

李利孝1, 鄭斌1, 肖儀清1, 宋麗莉2

(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)深圳研究生院， 廣東 深圳 518055; 2.中國(guó)氣象局公共氣象服務(wù)中心， 北京 100081)

為了克服現(xiàn)行固定時(shí)距陣風(fēng)因子在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)潛在的不足，提出一種基于性能設(shè)計(jì)的陣風(fēng)因子確定方法。首先，在極值理論所建立的陣風(fēng)因子基礎(chǔ)上，通過(guò)引入滑動(dòng)平均濾波器與氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)等效的方法建立了考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)和平均風(fēng)速的陣風(fēng)時(shí)距確定方法；之后對(duì)常見(jiàn)的5種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)進(jìn)行分析得到了等效陣風(fēng)時(shí)距計(jì)算公式；最后利用2006年到2008年間影響中國(guó)的三次臺(tái)風(fēng)過(guò)程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分別建立了A,B兩類場(chǎng)地不同時(shí)距陣風(fēng)因子曲線。研究結(jié)果表明：由Vickery通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)確定的等效陣風(fēng)時(shí)距最大，由Newberry等實(shí)測(cè)得到的脈動(dòng)風(fēng)壓相干函數(shù)經(jīng)驗(yàn)式確定的等效陣風(fēng)時(shí)距最??；綜合五種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的計(jì)算結(jié)果，等效陣風(fēng)時(shí)距可取為1.33倍的結(jié)構(gòu)寬度與平均風(fēng)速比值；隨著場(chǎng)地粗糙度增加，陣風(fēng)因子顯著增大；實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)場(chǎng)陣風(fēng)因子大于規(guī)范給出相應(yīng)場(chǎng)地類別推薦值。

結(jié)構(gòu)抗風(fēng)； 陣風(fēng)因子； 陣風(fēng)持時(shí)； 空間相關(guān)性； 氣動(dòng)導(dǎo)納

引　言

基于極值風(fēng)速的抗風(fēng)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)服役期內(nèi)抗風(fēng)安全性的重要保證。陣風(fēng)因子是預(yù)測(cè)參考時(shí)間尺度內(nèi)極值風(fēng)速的主要參量，定義為時(shí)間尺度T內(nèi)持時(shí)τ的最大陣風(fēng)與平均風(fēng)速的比值。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范的陣風(fēng)因子均是定義為3 s陣風(fēng)風(fēng)速(澳大利亞規(guī)范現(xiàn)采用0.2 s陣風(fēng))與10 min或1 h平均風(fēng)速的比值[1]。然而，陣風(fēng)持時(shí)τ的選取一直無(wú)明確定論，目前國(guó)際上較為通用的3 s持時(shí)與早期廣泛使用的Dines風(fēng)速儀響應(yīng)特性有關(guān)[2]。Newberry[3],Vickery[4],Holmes[2, 5]和Greenway[6]等曾對(duì)陣風(fēng)持時(shí)選取進(jìn)行過(guò)細(xì)致的分析。

陣風(fēng)因子的取值除了受陣風(fēng)持時(shí)τ以及參考時(shí)距T的影響外，還與下墊面粗糙度程度、離地高度、大氣層結(jié)穩(wěn)定度以及天氣系統(tǒng)類型等有密切關(guān)系[7]。Durst[8]最早給出不同時(shí)距τ陣風(fēng)因子的變化關(guān)系；Krayer和Marshall[9]根據(jù)1979到1989年的四次颶風(fēng)過(guò)程得到了颶風(fēng)情況下的陣風(fēng)因子曲線，發(fā)現(xiàn)在不同時(shí)距τ下的陣風(fēng)因子值較Durst的研究結(jié)果(基于非氣旋風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果)大；Vickery[10]分析了颶風(fēng)條件下在海洋下墊面和陸地下墊面的陣風(fēng)因子，并與非氣旋風(fēng)場(chǎng)下陣風(fēng)因子理論值進(jìn)行了對(duì)比，認(rèn)為颶風(fēng)和非氣旋風(fēng)場(chǎng)內(nèi)的陣風(fēng)因子比較接近，颶風(fēng)場(chǎng)中較大的陣風(fēng)因子是源于對(duì)流湍流的貢獻(xiàn)，但屬于小概率事件；Wang[11]和Yu等[12]分別基于實(shí)測(cè)的若干次臺(tái)風(fēng)過(guò)程對(duì)不同下墊面的陣風(fēng)因子做了系統(tǒng)研究。然而，這些對(duì)陣風(fēng)因子的研究均未將風(fēng)場(chǎng)自身的空間相關(guān)特性以及結(jié)構(gòu)本身的尺寸因素等考慮進(jìn)去。

本文將通過(guò)引入滑動(dòng)平均濾波器與氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)等效的方法建立考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)與平均風(fēng)速的陣風(fēng)時(shí)距確定模型；并利用近年來(lái)影響中國(guó)沿海的幾次典型臺(tái)風(fēng)過(guò)程中獲取的風(fēng)速記錄得到中國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》定義的A類和B類場(chǎng)地類別臺(tái)風(fēng)風(fēng)場(chǎng)的陣風(fēng)因子曲線，從而建立完整的陣風(fēng)因子確定方法，以期為臺(tái)風(fēng)影響區(qū)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供借鑒參考。

1　考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的陣風(fēng)持時(shí)分析

1.1等效原理介紹

大氣邊界層風(fēng)可看成許多大小不同尺度的漩渦疊加而成，當(dāng)漩渦尺度較大時(shí)，同一漩渦內(nèi)結(jié)構(gòu)物表面各點(diǎn)風(fēng)荷載具有較好的同步性從而易引起極值荷載[6]。陣風(fēng)因子代表的陣風(fēng)亦是表征了一種特定尺度的渦漩結(jié)構(gòu)。為了更加準(zhǔn)確地估計(jì)結(jié)構(gòu)受到的極值風(fēng)荷載，陣風(fēng)因子的計(jì)算應(yīng)當(dāng)能夠反映風(fēng)場(chǎng)空間相關(guān)性的影響。本文采用了由Newberry[3]最先提出并被Holmes[5]進(jìn)一步完善的方法來(lái)等效考慮陣風(fēng)的空間相關(guān)特性。

時(shí)間尺度T內(nèi)持時(shí)τ的陣風(fēng)因子可表示為

(1)

式中g(shù)(τ,T)和σ(τ,T)分別為時(shí)間尺度T內(nèi)持時(shí)τ的脈動(dòng)風(fēng)速的峰值因子和標(biāo)準(zhǔn)差；TIu=σu(T)/U(T)為參考時(shí)距T內(nèi)縱向脈動(dòng)風(fēng)速湍流強(qiáng)度，U(T)為平均風(fēng)速。

基于Davenport[13]極值穿越理論，對(duì)平穩(wěn)高斯隨機(jī)過(guò)程，峰值因子g(τ,T)可表示為

(2)

(3)

式中λ為風(fēng)速儀的距離常數(shù)。

式(1)中σu(τ,T)/σu(T)用于考慮σu(τ,T)與σu(T)之間的差別，對(duì)于平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程可通過(guò)以下公式計(jì)算

(4)

(5)

式中B為結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度；H為結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面高度;Coh(n,r)為脈動(dòng)風(fēng)速相干函數(shù)，定義為

(6)

式中Su1u2(x1,z1;x2,z2;n)為迎風(fēng)面上任意兩點(diǎn)(x1,z1)和(x2,z2)的縱向脈動(dòng)風(fēng)速互功率譜密度函數(shù)；Su1u1(x1,z1;n)和Su2u2(x2,z2;n)分別為兩點(diǎn)的縱向脈動(dòng)風(fēng)速自功率譜密度函數(shù)

為便于工程借鑒，在本文的分析過(guò)程中主要考慮水平方向相關(guān)，式(5)則簡(jiǎn)化為

(7)

氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)在頻域內(nèi)描述了結(jié)構(gòu)物表面風(fēng)荷載的空間相關(guān)性對(duì)結(jié)構(gòu)整體風(fēng)荷載的影響，與式(3)所表示的濾波器函數(shù)具有相似的物理意義，因此可以通過(guò)構(gòu)造具有相同濾波效果的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)(7)對(duì)濾波器函數(shù)(3)進(jìn)行替換[5]，從而在基于陣風(fēng)因子值不變的前提下，建立陣風(fēng)時(shí)距τ的等效計(jì)算模型。

1.2等效陣風(fēng)持時(shí)模型

1.2.1氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)介紹

氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)可直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到，亦可通過(guò)公式(7)經(jīng)相干函數(shù)積分計(jì)算，本文所分析的幾種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)為：

(1)Vickery模型(V65)

Vickery[15]通過(guò)對(duì)圓形、矩形等不同幾何形狀和尺寸的平板進(jìn)行氣動(dòng)導(dǎo)納實(shí)驗(yàn)，得出了較為通用的平板氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)

(8)

式中A為平板面積；U為平均風(fēng)速。

(2)Newberry模型(N73)

脈動(dòng)風(fēng)壓相干函數(shù)的經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式為

(9)

式中ρ為空間兩點(diǎn)距離；K為衰減系數(shù)，根據(jù)Lawson[16]和Newberry[17]的全尺寸實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議取K=4.5。

(3)Davenport模型(D66)

Davenport[18]提出如下脈動(dòng)風(fēng)速水平向和豎向相干函數(shù)：

(10)

(11)

式中Cx=8，Cz=7。

當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向和水平向尺寸均較大時(shí)，需同時(shí)考慮兩個(gè)方向的相關(guān)性，可采用下式計(jì)算

Coh(r,n)=

(12)

(4)Shiotani模型(S67)

Shiotani[19]在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建議相干函數(shù)為空間兩點(diǎn)距離的函數(shù)，其一直被中國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)所采用，即

(13)

式中Lz=50，Lx=60。

(5)Krenk模型(K96)

為了解決相干函數(shù)在垂直于平均風(fēng)速的平面上積分不為零以及當(dāng)頻率取零時(shí)空間兩點(diǎn)相干函數(shù)恒等于1的問(wèn)題，Krenk[20]提出了修正的脈動(dòng)風(fēng)速相干函數(shù)：

(14)

根據(jù)上述5種不同模型可以分別得到在不同平均風(fēng)速和結(jié)構(gòu)物寬度時(shí)所對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)，為直觀說(shuō)明，在圖1中給出了結(jié)構(gòu)寬度B=20 m，平均風(fēng)速U=10 m/s時(shí)5種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)的對(duì)比圖作為示意?？梢钥吹剑琒67模型確定的氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)與頻率項(xiàng)無(wú)關(guān)。

圖1　氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)對(duì)比(B=20 m，U=10 m/s)Fig.1　Comparison of aerodynamic admittance (B=20 m, U=10 m/s)

1.2.2等效陣風(fēng)持時(shí)確定

(15)

另外，由于S67模型和K96模型無(wú)法得到等效陣風(fēng)時(shí)距的顯式表達(dá)，本文采用數(shù)值計(jì)算并擬合的方法進(jìn)行確定。經(jīng)過(guò)上述方法的計(jì)算和擬合，分別得到5種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)時(shí)距系數(shù)，匯總于表 1。其中陣風(fēng)持時(shí)與結(jié)構(gòu)寬度以及平均風(fēng)速的關(guān)系采用下式進(jìn)行表達(dá)

(16)

式中K為待定系數(shù)。

由表1可見(jiàn)V65模型計(jì)算得陣風(fēng)持時(shí)系數(shù)最大,而由N73模型計(jì)算得陣風(fēng)持時(shí)系數(shù)最小，其他3種陣風(fēng)時(shí)距系數(shù)均比較接近。在本文選用上述5種模型的平均值作為等效陣風(fēng)持時(shí)系數(shù)，于是得

(17)

上述5種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)所對(duì)應(yīng)的等效陣風(fēng)持時(shí)曲線以及式(17)繪于圖 2。由等效陣風(fēng)時(shí)距公式(17)可得，在平均風(fēng)速U相同的情況下，結(jié)構(gòu)尺寸B越大，將其完全包裹所需要的漩渦尺度也就越大，因此需要的陣風(fēng)持時(shí)τ越長(zhǎng)。

圖2　等效陣風(fēng)持時(shí)曲線Fig.2　Equivalenct gusty duration

計(jì)算模型相干函數(shù)氣動(dòng)導(dǎo)納系數(shù)KV65/χ2(n)=11+2nBU()43{}21.722N73Coh(n,r)=exp-KnrU(){}χ2(n)=49x()+881x2()exp(-4.5x)-1[]x=nBU0.780D66Coh(n,r)=exp(-8nrU)χ2(n)=14x()+132x2()exp(-8x)-1[]x=nBU1.387S67Coh(r)=exp-rLz()χ2(n)=-5000+5000exp-150B()+100BB21.232K96Coh(n,r)=1-nxCxr2U[]·exp-nxCxrU(),其中nx=n2+U2πLu()2無(wú)顯式表達(dá)式1.517

2　基于近地實(shí)測(cè)的臺(tái)風(fēng)場(chǎng)陣風(fēng)因子

2.1數(shù)據(jù)來(lái)源及樣本選取

為了得到能夠反映中國(guó)臺(tái)風(fēng)影響區(qū)的陣風(fēng)因子曲線供結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考，本文選取了2006年第1號(hào)臺(tái)風(fēng)珍珠(Chanchu)、2008年第12號(hào)臺(tái)風(fēng)鸚鵡(Nuri)以及第14號(hào)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)黑格比(Hagupit)三次臺(tái)風(fēng)過(guò)程中的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。臺(tái)風(fēng)珍珠的觀測(cè)地點(diǎn)為紅海灣觀測(cè)站(RBT，經(jīng)緯度分別為115.5734E, 22.7337N)；臺(tái)風(fēng)鸚鵡的觀測(cè)地點(diǎn)包括三角島測(cè)風(fēng)塔(DIT，經(jīng)緯度113.7096E, 22.1413N)以及香港天文臺(tái)(HKO)在香港機(jī)場(chǎng)觀測(cè)站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)；臺(tái)風(fēng)黑格比的觀測(cè)地點(diǎn)為吳陽(yáng)鎮(zhèn)沙角旋海邊測(cè)風(fēng)塔(ST，經(jīng)緯度110.6541E, 21.2538N)。各測(cè)站使用的風(fēng)速儀類型以及安置高度等具體信息如表2所示。

本文選取的樣本10 min平均風(fēng)速除香港機(jī)場(chǎng)觀測(cè)站為大于10.8 m/s外，其余觀測(cè)站均大于17.2 m/s，以滿足中性層結(jié)假定。為了避免非平穩(wěn)性的影響，對(duì)各樣本進(jìn)行去除趨勢(shì)項(xiàng)處理并使用逆序法和輪次檢驗(yàn)法進(jìn)行非平穩(wěn)性檢驗(yàn)，僅選取同時(shí)滿足以上兩種檢驗(yàn)方法的平穩(wěn)樣本用于后續(xù)分析。所選樣本的基本信息如表2所示。

2.2粗糙度長(zhǎng)度計(jì)算及分類

粗糙度長(zhǎng)度表征了下墊面與大氣邊界層間的相互作用。陣風(fēng)因子的大小受下墊面粗糙度、平均風(fēng)速、離地高度、大氣穩(wěn)定度以及天氣系統(tǒng)等多種因素的影響，其中對(duì)下墊面粗糙度極為敏感，本文將按粗糙度長(zhǎng)度對(duì)樣本進(jìn)行分類。

由于下墊面為水面時(shí)粗糙度長(zhǎng)度受到平均風(fēng)速的影響，在本文采用使用修正的Charnock模型[21]進(jìn)行迭代計(jì)算，具體計(jì)算公式如下：

(18)

表2　測(cè)站及風(fēng)速樣本匯總表

(19)

(20)

(21)

式中u*為摩擦速度；g為重力加速度；ρ為空氣密度；τ為切應(yīng)力；Cd為拖曳系數(shù)；ν為空氣的運(yùn)動(dòng)黏性系數(shù)；α為Charnock常數(shù)，采用如下確定方法如下：

(22)

式中δ和γ為待定參數(shù)，參照文獻(xiàn)[21]取δ=1.0，γ=0.6。

當(dāng)下墊面為陸地時(shí)，粗糙度長(zhǎng)度采用湍流強(qiáng)度法計(jì)算

z0=exp(lnz-κ·TR/TIu)

(23)

式中κ=0.4為von Karman常數(shù)；TIu為湍流強(qiáng)度；z為離地高度；TR=σu/u*為湍流比，為保持一致，此處統(tǒng)一取2.79[22]。

按上述方法完成下墊面粗糙度長(zhǎng)度計(jì)算后參照美國(guó)荷載規(guī)范ASCE-7-10標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣本進(jìn)行場(chǎng)地類別劃分，得到相當(dāng)于中國(guó)A類場(chǎng)地(對(duì)應(yīng)ASCE-7-10中D類)樣本243個(gè)，B類場(chǎng)地(對(duì)應(yīng)ASCE-7-10中C類)樣本118個(gè)，C類場(chǎng)地(對(duì)應(yīng)ASCE-7-10中B類)樣本3個(gè)，具體信息如表 3所示。

表3　粗糙度分類結(jié)果

2.3陣風(fēng)因子曲線

基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)滑動(dòng)平均的方法計(jì)算了樣本數(shù)量較多的A類和B類兩類場(chǎng)地下各樣本在陣風(fēng)持時(shí)從1 s到600 s的陣風(fēng)因子，并采用分位數(shù)統(tǒng)計(jì)法得到對(duì)應(yīng)的陣風(fēng)因子曲線；由于C類場(chǎng)地樣本數(shù)量過(guò)少，所以在本文將不展開(kāi)分析。計(jì)算得到中國(guó)規(guī)范A類和B類場(chǎng)地的陣風(fēng)因子統(tǒng)計(jì)特征曲線(包括上四分位數(shù)、中位數(shù)和下四分位數(shù)曲線)分別如圖 3(a)和(b)所示。其中中位數(shù)反應(yīng)了樣本陣風(fēng)因子的平均水平，而上下四分位數(shù)則反應(yīng)了樣本偏離平均水平的程度。

對(duì)比圖3(a)和(b)可見(jiàn)，陣風(fēng)因子對(duì)下墊面粗糙度類別比較敏感，場(chǎng)地越粗糙，陣風(fēng)因子值越大；隨著陣風(fēng)時(shí)距的減小，兩類場(chǎng)地的陣風(fēng)因子均不斷增大，而且場(chǎng)地越粗糙增大速度越快。B類場(chǎng)地在1，3和10 s陣風(fēng)持時(shí)的陣風(fēng)因子平均值分別為1.545,1.478和1.353，在A類場(chǎng)地1，3和10 s陣風(fēng)因子平均值分別為1.326,1.292和1.213。中國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》間接給出A類和B類場(chǎng)地的10 m高度的陣風(fēng)因子分別為1.265和1.304，均小于臺(tái)風(fēng)場(chǎng)實(shí)測(cè)值。

圖3　陣風(fēng)因子曲線(τ=1～600 s)Fig.3　Gust factor (τ=1～600 s)

至此，本文建立了完整的臺(tái)風(fēng)影響區(qū)陣風(fēng)因子確定模型。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)特征尺度和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)速依據(jù)等效陣風(fēng)持時(shí)公式(17)確定相應(yīng)的陣風(fēng)持時(shí)，然后基于不同陣風(fēng)持時(shí)陣風(fēng)因子圖(圖3)確定對(duì)應(yīng)場(chǎng)地類別下的陣風(fēng)因子取值。使用本文模型建立的陣風(fēng)因子充分考慮了風(fēng)荷載的空間相關(guān)性對(duì)不同尺度結(jié)構(gòu)的作用，比固定持時(shí)陣風(fēng)因子更符合實(shí)際。

3　結(jié)　論

本文在極值理論建立的陣風(fēng)因子基礎(chǔ)上，通過(guò)引入滑動(dòng)平均濾波器與氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)等效的方法建立了考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)的等效陣風(fēng)持時(shí)確定方法，并利用影響中國(guó)的三次臺(tái)風(fēng)過(guò)程近地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算了兩類不同場(chǎng)地下的陣風(fēng)因子曲線，得到以下主要結(jié)論：

(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定陣風(fēng)持時(shí)時(shí)，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)尺寸效應(yīng)和平均風(fēng)速的影響。

(2)利用五種氣動(dòng)導(dǎo)納函數(shù)計(jì)算結(jié)果的平均值等效得陣風(fēng)時(shí)距為結(jié)構(gòu)物寬度與平均風(fēng)速比值的1.33倍。陣風(fēng)因子隨著場(chǎng)地粗糙度增加顯著增大；隨著陣風(fēng)時(shí)距的減小，兩類場(chǎng)地的陣風(fēng)因子均不斷增大，而且場(chǎng)地越粗糙增大越快。

(3)實(shí)測(cè)臺(tái)風(fēng)場(chǎng)陣風(fēng)因子大于規(guī)范給出相應(yīng)場(chǎng)地類別推薦值。

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Characteristics of gust factors considering the structural size effect in typhoon wind field

LILi-xiao1,ZHENGBin1,XIAOYi-qing1,SONGLi-li2

(1. Shenzhen Graduate School, Harbin Institute of Technology, Shenzhen 518055, China；2. Public Meteorological Service Center, China Meteorological Administration, Beijing 100081, China)

In order to overcome the potential shortcomings of the fixed time scale gust factor used in wind-resistant design of buildings, a performance-based design approach is proposed to determine the gust factor. First, a method to determine the gust duration based on the extreme value theory, which also considers the effects of the structural size and mean wind speed, is proposed by matching the moving average filter and aerodynamic admittance. After that, five distinct sources of aerodynamic admittance are examined to deduce the gust duration. Finally, based on the field measurements of 3 typhoons from 2006 to 2008, the gust factor curves are given in category A and B. The results show that the gust duration determined by empirical aerodynamic admittance suggested by Vickery is the largest, while that determined by the coherence of wind velocity suggested by shiotani is the smallest and the average value is about 1.33 times the ratio of structural width to mean wind velocity. It also shows that the gust factor increases significantly with the increase of the roughness length, and the gust factor in typhoon wind fields are greater than the value in the corresponding terrain in 〈Load code for the design of building structures〉 of China.

wind-resistant of building; gust factor; gust duration; spatial correlation; aerodynamic admittance

2014-05-29；

2015-09-08

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51308168，51278161)；中國(guó)博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目(2013M531045,2014T70343)

TU973.3+2

A

1004-4523(2016)01-0177-07

10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.2016.01.022

李利孝(1984—)，男，博士后。電話:(0755)26033021，18682013431;E-mail:lilixiao1984@foxmail.com