某低矮模型房屋實測風(fēng)場和風(fēng)壓的相關(guān)性研究*1

李正農(nóng)，余　蜜，吳紅華，史文海

(1.湖南大學(xué) 建筑安全與節(jié)能教育部重點試驗室，湖南 長沙　410082;2.溫州大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 溫州　325035)

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某低矮模型房屋實測風(fēng)場和風(fēng)壓的相關(guān)性研究*1

李正農(nóng)1?，余蜜1，吳紅華1，史文海2

(1.湖南大學(xué) 建筑安全與節(jié)能教育部重點試驗室，湖南 長沙410082;2.溫州大學(xué) 建筑工程學(xué)院，浙江 溫州325035)

基于臺風(fēng)“菲特”影響下溫州某低矮房屋的環(huán)境風(fēng)場實測數(shù)據(jù)及該建筑物屋蓋上的風(fēng)壓實測數(shù)據(jù)，對于風(fēng)場特性和屋蓋風(fēng)壓特性參數(shù)進行了計算分析.分析結(jié)果表明：隨著平均時距的減小，平均風(fēng)速最大值增大；湍流度隨著平均風(fēng)速的增大呈逐漸減小的趨勢；建筑物屋面及屋面屋脊邊緣處的平均風(fēng)壓均為較大的負(fù)壓且脈動較大；根據(jù)風(fēng)速和風(fēng)壓的變化趨勢可以看出，風(fēng)場風(fēng)速與建筑物屋蓋上風(fēng)壓呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性，進而在不同的時距條件下對風(fēng)場風(fēng)速與屋蓋風(fēng)壓的相關(guān)性進行了分析，發(fā)現(xiàn)取5min為基本時距時風(fēng)速與風(fēng)壓的相關(guān)性系數(shù)值較高，說明在確定結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載時取基本時距為5min更為合理.

低矮房屋；風(fēng)場；風(fēng)壓；相關(guān)性

通過研究各國的建筑設(shè)計規(guī)范可知[1-2],在計算結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載時首先需要確定的是結(jié)構(gòu)可能遭遇的最大平均風(fēng)速，而平均風(fēng)速是根據(jù)在一定的時間段內(nèi)實測得到的多個瞬時風(fēng)速測量值通過平均計算得出的.各國建筑設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的計算平均風(fēng)速時所確定時間段的長度(即基本時距)是不盡相同的,國際上許多國家( 包括中國) 將平均風(fēng)速計算時距值取為 10min(即在10min實測獲得多個瞬時風(fēng)速值，然后計算平均風(fēng)速值，但也有國家取為1h( 如加拿大等) ,甚至有的國家取為3～5s時距的瞬時風(fēng)速( 如美國規(guī)范取為3s) .顯然在風(fēng)荷載計算時，取不同的時距得到的平均風(fēng)速結(jié)果是不同的.對于高層建筑而言, 究竟時距長度取何值時最為適宜, 已有學(xué)者進行了分析[3]，但對于低矮建筑是否有相同規(guī)律尚無定論[4-8].本文主要通過對一幢足尺低矮房屋模型實驗房在臺風(fēng)“菲特”影響溫州期間，對登陸時的風(fēng)場及其屋蓋迎、背風(fēng)面風(fēng)壓的實測數(shù)據(jù)進行了相關(guān)性分析, 研究了在不同時距條件下對風(fēng)場和風(fēng)壓的相關(guān)性大小的影響, 從而確定在低矮建筑風(fēng)荷載計算時最為合理的基本時距.

1　實驗房概況

本課題組于2012年4月經(jīng)過精心設(shè)計與選址，在溫州濱海園區(qū)建造了一幢足尺低矮實驗房用于抗風(fēng)研究.實驗房所在地為海涂圍墾地形，平坦、開闊，東南面距離東海約1.3km，實驗房地理位置如圖1所示.該實驗房為一幢兩層板房，主體受力結(jié)構(gòu)為鋼骨架，基礎(chǔ)為整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土.實驗房總高6.7m，長7.6m，寬4.95m，為前后對稱的雙坡屋頂(屋面角為20°)，屋面開洞30個，用于安裝屋面風(fēng)壓傳感器，其布置詳圖如圖2所示.在實驗房東北面6m處架設(shè)了一座可自由升降的10m高測風(fēng)塔，分別在3.5m，6.8m和10m塔高處安裝了3臺R.M.YOUNG05103V型螺旋槳式風(fēng)速、風(fēng)向傳感器進行觀測風(fēng)場，采用優(yōu)泰32通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)對風(fēng)場數(shù)據(jù)進行同步采集，采樣頻率為25.6Hz.實測足尺模型實驗房及測風(fēng)塔整體圖如圖3所示.

2　風(fēng)場特性分析

2.1平均風(fēng)速和風(fēng)向

在2013年第23號臺風(fēng)“菲特”(Fitow)登陸期間開展了實測研究,獲得了大量的風(fēng)場實測數(shù)據(jù).本文在具體分析時選取了地面以上10m高度處10月6日17:45～19:25時間段內(nèi)的風(fēng)場(風(fēng)速風(fēng)向)數(shù)據(jù)進行了分析.

圖2　風(fēng)壓傳感器布置Fig.2　The arrangement of wind pressure sensors

圖3　實驗房及測風(fēng)塔整體圖Fig.3　Instrumented building and anemometer tower

在實測時，將風(fēng)向角定義正北風(fēng)為θ=0°，正南風(fēng)為θ=180°，角度按順時針遞增，風(fēng)速則可以根據(jù)式(1),(2)分解為兩個分量：

ux(t)=u(5)cosθ(t)，

(1)

uy(t)=u(t)sinθ(t)．

(2)

式中：ux為南北向分量；uy為東西向分量.在具體計算分析時若取t為基本時距，則主風(fēng)速u和主風(fēng)向φ為：

(3)

(4)

式中：

(5)

(6)

表示t時距樣本的二維風(fēng)速平均值.式中n為t時距段內(nèi)的采樣個數(shù).

分別以10min，5min，30s和10s為基本時距，測得的水平向平均風(fēng)速和風(fēng)向數(shù)據(jù)分別如圖4(a)和4(b)所示，時間段長度為100min.從圖4看出，以10min為基本時距所測得的平均風(fēng)速為7～12m/s，平均風(fēng)向位于10°～35°之間.對于其他的時間間距，取相對應(yīng)的數(shù)值進行計算，即可得到對應(yīng)于時間間距的平均風(fēng)速和風(fēng)向.

t/min(a)平均風(fēng)速變化歷程

t/min(b)平均風(fēng)向變化歷程圖4　平均風(fēng)速、風(fēng)向角變化歷程Fig.4　Variation of average wind speed, wind direction

2.2脈動風(fēng)速

在t時距內(nèi)，順風(fēng)向脈動風(fēng)速u(t)和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速v(t)可根據(jù)式(7)，(8)計算：

u(t)=ux(t)cosφ+uy(t)sinφ-u，

(7)

v(t)=-ux(t)sinφ+uy(t)cosφ．

(8)

式中：ux(t),uy(t)的含義及計算方法見2.1節(jié).

以10min為基本時距，選擇順風(fēng)向和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值為脈動風(fēng)速的代表值，脈動風(fēng)速均方根值σi(i=u,v)定義公式如下：

(9)

(10)

其隨時間變化歷程如圖5所示.從圖5中可以看出，在100min的脈動風(fēng)速均方根值的變化歷程中，脈動風(fēng)速均方根值總體呈上升趨勢，順風(fēng)向和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值有相似的變化趨勢,且順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值比橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值略大.

2.3湍流度

湍流度反映了風(fēng)的脈動強度，是確定結(jié)構(gòu)所受脈動風(fēng)荷載的關(guān)鍵參數(shù).一般而言，湍流度常定義為T時距的脈動風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)方差與水平平均風(fēng)速的比值．

(11)

式中：σi分別表示u(t)和v(t)的均方根.

分別以10min,5min,30s,10s為基本時距，計算得到的順風(fēng)向和橫風(fēng)向湍流強度隨時間變化歷程如圖6所示，其總的時間長度為100min.從圖6可以看出，在該段時間內(nèi)，湍流度變化趨勢大致與脈動風(fēng)速相似，順風(fēng)向湍流強度比橫風(fēng)向略大且變化均隨基本時距的增大而更為平緩.若取用其他的時間段時，也可采用相似的方法進行計算分析.

3　實測風(fēng)壓特性

跟風(fēng)速一樣，風(fēng)壓也可以提取一系列代表風(fēng)壓的特征值，如平均風(fēng)壓，脈動風(fēng)壓等.本文以平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓均方根值作為代表風(fēng)壓的特征值.

該段時間內(nèi)風(fēng)主要從東偏北方向吹向?qū)嶒灧?，屋蓋所在面為東南面和西北面，東南屋蓋為背風(fēng)屋蓋，布置測點為W1～W9；西北屋蓋為迎風(fēng)屋蓋，布置測點為W10～W18(其中測點W13，W18所測數(shù)據(jù)無效)．其中，測點W6,W9,W12,和W15受風(fēng)荷載影響最為明顯，所以本文即取這4個測點的風(fēng)壓測值具體分析.由圖7屋蓋兩面各測點的實測風(fēng)壓時程可知，屋蓋兩面邊緣處的各測點均呈現(xiàn)較大的負(fù)壓.又因為臺風(fēng)影響期間往往伴隨著降雨，雨滴對傳感器實測風(fēng)壓有些影響，主要表現(xiàn)在雨滴落在傳感器表面時可能導(dǎo)致實測風(fēng)壓瞬間大幅變化，在分析平均風(fēng)壓時，因其影響較小，可以忽略不計,但其對瞬時分析結(jié)果影響較大.為使分析結(jié)果更加準(zhǔn)確，本文在分析時均將其作為奇異值剔除.

圖8，圖9所示平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓均方根值變化歷程均為基本時距為10min時計算所得.綜合以上屋蓋風(fēng)壓變化歷程可以看出,當(dāng)風(fēng)從角部吹向房屋時，屋蓋風(fēng)壓均為較大的負(fù)值，脈動風(fēng)壓整體呈上升趨勢.

t/min(a)順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值

t/min(b)橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根值圖5　脈動風(fēng)速均方根值變化歷程Fig.5　Variation of root-mean-square value of fluctuating wind speed

t/min(a)順風(fēng)向湍流度變化歷程

t/min(b)橫風(fēng)向湍流度變化歷程圖6　湍流度變化歷程Fig.6　Variation of turbulence intensity

t/min(a) W6實測風(fēng)壓時程

t/min(b) W9實測風(fēng)壓時程

t/min(c) W12實測風(fēng)壓時程

t/min(d) W15實測風(fēng)壓時程圖7　 W6,W9,W12和W15實測風(fēng)壓時程Fig.7　Time series of measured wind pressure for W6,W9,W12,W15

t/min(a)平均風(fēng)壓變化歷程

t/min(b)脈動風(fēng)壓均方根值變化歷程圖8　東南屋蓋測點W6，W9平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓均方根值變化歷程Fig.8　Time series of average wind pressure and the root-mean-square value of fluctuatingwind pressure for W6，W9 on the southeast of the roof

t/min(a)平均風(fēng)壓變化歷程

t/min(b)脈動風(fēng)壓均方根值變化歷程圖9　西北屋蓋測點W12，W15平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓均方根值變化歷程Fig.9　Time series of average wind pressure and the root-mean-square value of fluctuating wind pressurefor W12，W15 on the northwest of the roof

4　相關(guān)性分析

為了尋找在確定低矮建筑的風(fēng)壓特性和計算體型系數(shù)時所適宜的基本時距, 根據(jù)前述實測所獲得的風(fēng)場數(shù)據(jù)和風(fēng)壓場數(shù)據(jù),通過相關(guān)性分析的方法研究在不同的時距條件下兩者之間的相關(guān)性，進而確定計算低矮結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載時最適宜的基本時距.本文采用數(shù)理統(tǒng)計和概率論對相關(guān)度的定義，求兩個符合條件的變量之間的相關(guān)性[9].

4.1相關(guān)性及其計算

對于一組復(fù)雜數(shù)據(jù)可以使用一定的數(shù)學(xué)手段生成一個相對簡單的類結(jié)構(gòu)，進行“相關(guān)性”或 “相似性”分析[10]，最常用的是使用相似系數(shù)Cxy來表示指標(biāo)x和指標(biāo)y之間的相似關(guān)系.Cxy的取值在 -1～1 之間 ,當(dāng)其絕對值越接近1，表示指標(biāo)x和指標(biāo)y之間的關(guān)系越密切，當(dāng)其絕對值越接近0，表示指標(biāo)x和指標(biāo)y之間的關(guān)系越疏遠(yuǎn).對于兩條曲線形狀變化規(guī)律之間的間隔尺度，常用的相似系數(shù)有夾角余弦和相關(guān)系數(shù).

1)夾角余弦:這是受相似形的啟發(fā)而來，對于兩條曲線，如果長度不一，但是形狀相似，當(dāng)長度不是主要矛盾時，可以定義一種相似系數(shù)來表示兩條曲線之間的比較密切的相似關(guān)系從而加以描述.通常用夾角余弦來描述這種關(guān)系，其定義為：

(12)

式中：vkx,vky為所要研究的兩個指標(biāo)向量，在本文研究分析中，vkx分別對應(yīng)于平均風(fēng)速和脈動風(fēng)速均方根值；vky分別對應(yīng)于平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓均方根值，k為指標(biāo)向量的第k個元素，n為指標(biāo)向量中元素的個數(shù).

2)相關(guān)系數(shù):相關(guān)系數(shù)Cxy就是求將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 (將指標(biāo)向量的每個元素減去指標(biāo)向量元素平均值) 后的夾角余弦.為了簡便,在計算分析時,相關(guān)系數(shù)取計算各指標(biāo)向量之間的夾角余弦的絕對值.

4.2相關(guān)性分析結(jié)果

在研究不同時距下，風(fēng)場與建筑物屋面風(fēng)壓場的相關(guān)性的關(guān)系時，集中考慮并計算了在不同時距下風(fēng)速同風(fēng)壓、脈動風(fēng)速同脈動風(fēng)壓的平均值、最大值、最小值以及均方根值的相關(guān)性.計算結(jié)果表明，在取用最大值或最小值作為代表值分析時，各時距條件下，相關(guān)性系數(shù)變化趨勢大致相同，但相關(guān)性系數(shù)普遍較小，所以本文取平均值來分析相關(guān)性可能更加合理.

在總的采樣時間長度相同，不同平均時距條件下所劃分的數(shù)據(jù)段個數(shù)顯然是不同的，平均風(fēng)時距越大所劃分的數(shù)據(jù)段個數(shù)越少，而采用上述相關(guān)性分析方法，數(shù)據(jù)段個數(shù)的多少直接會影響到計算得到的相關(guān)系數(shù)值.因此，為了體現(xiàn)最后結(jié)果的一般性，分別取等時間長度(取計算總時長為100min)和等數(shù)據(jù)段個數(shù)兩種情況進行分析.選取了在時距為1s，2s，3s，5s，10s，0.5min，1min，3min，5min，10min10 個基本時距下的數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析.

1)等時間長度時的相關(guān)度

取計算的時間長度為100min，在此條件下，計算得出了在不同時距條件下，平均風(fēng)速同平均風(fēng)壓以及順、橫方向脈動風(fēng)速均方根與脈動風(fēng)壓均方根值的相關(guān)性.具體計算結(jié)果如圖10，圖11所示.

基本時距/s(a)平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性

基本時距/s(b)脈動風(fēng)壓均方根和順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性

基本時距/s(c)脈動風(fēng)壓均方根和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性圖10　東南屋蓋風(fēng)速和風(fēng)壓的相關(guān)性Fig.10　Correlation between wind speed andwind pressure on the southeast of the roof

由圖10，圖11可以看出，隨著基本時距的增大，數(shù)據(jù)段的個數(shù)越來越少，風(fēng)場和風(fēng)壓場各標(biāo)量之間的相關(guān)性系數(shù)的值越來越大，當(dāng)基本時距為1s時相關(guān)性非常小，在取基本時距為10min時，相關(guān)性系數(shù)最大，但在基本時距為3min后相關(guān)性系數(shù)特別是平均風(fēng)速與平均風(fēng)壓的相關(guān)性系數(shù)與之相比差別較小，通過具體分析可以發(fā)現(xiàn)，這主要是由參與相關(guān)性計算的數(shù)據(jù)個數(shù)不同所引起的，當(dāng)取計算時間長度為100min時，若取不同的時距計算，則所取的數(shù)據(jù)個數(shù)不同，如假定取基本時距為10min時，則參與計算的數(shù)據(jù)個數(shù)為10個，而取基本時距為1s時，參與計算的數(shù)據(jù)個數(shù)為6 000個.在進行相關(guān)性分析時，相關(guān)性系數(shù)所描述得是兩條曲線變化趨勢之間的相似性程度，對于每條曲線而言，特征點取得越多，則對曲線的變化趨勢描述得越詳細(xì)，也就越能描述兩條曲線的差別.因此在進行相關(guān)性系數(shù)的計算時，相關(guān)性計算結(jié)果除與曲線變化趨勢有關(guān)，還與參與計算的數(shù)據(jù)個數(shù)密切相關(guān).

基本時距/s(a)平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性

基本時距/s(b)脈動風(fēng)壓均方根和順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性

基本時距/s(c)脈動風(fēng)壓均方根和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性圖11　西北屋蓋風(fēng)速和風(fēng)壓的相關(guān)性Fig.11　Correlation between wind speed and windpressure on the northwest of the roof

2)等數(shù)據(jù)個數(shù)時相關(guān)性結(jié)果

為消除變量個數(shù)對計算數(shù)學(xué)模型的影響，對應(yīng)不同基本時距取相對應(yīng)的時間長度，保證在進行相關(guān)性系數(shù)計算時，在不同的時間間距條件下參與計算的變量數(shù)據(jù)個數(shù)均為10個.例如基本時距為10min時，對應(yīng)的時間長度為100min，基本時距為1s時，對應(yīng)的時間長度為10s.進一步考慮到風(fēng)場數(shù)據(jù)的脈動性，當(dāng)基本時距較短時，所取10個數(shù)據(jù)不能精確地代表所有數(shù)據(jù)，所以以基本時距為1s時為例，本文計算了100min內(nèi)測點W6及測點W15全部600個10s數(shù)據(jù)的相關(guān)性，然后就這600個相關(guān)性系數(shù)的最大值、最小值以及平均值分別與其他時距條件下的相應(yīng)值進行對比.具體計算結(jié)果見圖12，圖13. 圖中,“A”，“B”和“C”分別表示測點W6的相關(guān)性系數(shù)最大值、最小值以及平均值，“A1～C1”則表示測點W15的相應(yīng)值.

由圖12，圖13可以看出，平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性以及脈動風(fēng)壓均方根和脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性系數(shù)變化趨勢基本一致.就相關(guān)性系數(shù)最大值的變化來說，隨著基本時距的增大，其變化相對比較平緩，其中基本時距為3min和5min時的相關(guān)性系數(shù)均比基本時距為10min時的大，且其間差別較?。痪拖嚓P(guān)性系數(shù)最小值的變化來說，當(dāng)基本時距小于10s時，相關(guān)性系數(shù)近乎為0，當(dāng)基本時距位于10s～3min時，相關(guān)性系數(shù)呈現(xiàn)陡增的趨勢，當(dāng)基本時距大于3min時，相關(guān)性系數(shù)則變化相對平穩(wěn)，呈小幅遞增趨勢.西北屋蓋的脈動風(fēng)壓均方根和脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性系數(shù)變化曲線在基本時距為5min時出現(xiàn)了極值；就相關(guān)性系數(shù)平均值的變化來說，其變化幅度居于最大值和最小值之間.當(dāng)基本時距為1s時，相關(guān)性系數(shù)最小，當(dāng)基本時距位于1s～3min時，相關(guān)性系數(shù)呈現(xiàn)穩(wěn)步遞增趨勢，當(dāng)基本時距大于3min時，對于東南屋蓋的脈動風(fēng)壓均方根和脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)仍有小幅增加，但變化則相對平緩．對于平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性以及西北屋蓋脈動風(fēng)壓均方根和脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性，相關(guān)性系數(shù)也有所增加，且均在基本時距為5min時取得了最大值.

綜上所述，在進行相關(guān)性系數(shù)計算時，取相應(yīng)的不同時間長度保證參與計算相關(guān)性系數(shù)的數(shù)據(jù)個數(shù)相同時，時距對相關(guān)性系數(shù)的影響很大，其中，當(dāng)基本時距為10min和5min時，相關(guān)性系數(shù)相對較大，且其間差別較小.因為在取較短的時間間距進行分析時，包含更多較大風(fēng)速的影響，對應(yīng)于這一時距的最大平均風(fēng)速將增大[11]，而結(jié)構(gòu)所受風(fēng)荷載相對而言，較大風(fēng)速的影響要大一些，所以相對較短的時間間距相關(guān)性系數(shù)要大一些，且工程結(jié)構(gòu)的風(fēng)致災(zāi)害往往由較大陣風(fēng)引起，因此取5min為基本時距進行計算更加合理[12-13].

基本時距/s(a)平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性

基本時距/s(b)脈動風(fēng)壓均方根和順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性

基本時距/s(c)脈動風(fēng)壓均方根和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性圖12　東南屋蓋W6測點風(fēng)速和風(fēng)壓的相關(guān)性Fig.12　Correlation between wind speed and windpressure for W6 on the southeast of the roof

基本時距/s(a)平均風(fēng)壓和平均風(fēng)速的相關(guān)性

基本時距/s(b)脈動風(fēng)壓均方根和順風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性

基本時距/s(c)脈動風(fēng)壓均方根和橫風(fēng)向脈動風(fēng)速均方根的相關(guān)性圖13　西北屋蓋W15測點風(fēng)速和風(fēng)壓的相關(guān)性Fig.13　Correlation between wind speed and windpressure for W15 on the northwest of the roof

5　結(jié)　論

通過上述對所取時間段內(nèi)風(fēng)場和建筑物屋蓋風(fēng)壓實測數(shù)據(jù)及風(fēng)場參數(shù)和風(fēng)壓場參數(shù)的相似性分析得到的結(jié)果，得出以下結(jié)論：

1) 通過對風(fēng)場特性及風(fēng)壓特性實測數(shù)據(jù)的分析，風(fēng)速和風(fēng)向變化較為平穩(wěn)；隨著平均時距的減小，平均風(fēng)速最大值增大；湍流度隨著平均風(fēng)速的增大呈逐漸減小的趨勢；屋面各測點尤其是西北屋面邊緣處的測點W15以及東南屋面屋脊邊緣處的測點W9均出現(xiàn)了較大的平均風(fēng)壓和脈動風(fēng)壓.

2)通過對風(fēng)場參數(shù)與風(fēng)壓參數(shù)的相關(guān)性分析，當(dāng)取等時長100min進行分析時，由于不同時距條件下，參與分析的數(shù)據(jù)個數(shù)不同，隨著基本時距的增大，數(shù)據(jù)段個數(shù)越來越少，所呈現(xiàn)的相關(guān)性也越來越大，呈逐步遞增趨勢，基本時距為10min時，相關(guān)性系數(shù)最大.

3)取相同的數(shù)據(jù)個數(shù)進行分析時，其中基本時距為5min時，相關(guān)性最高.通過對在不同時距條件下相關(guān)性系數(shù)的最大值、最小值以及平均值的變化趨勢進行分析可以看出，在確定風(fēng)場同風(fēng)壓的相關(guān)性時，取5min為基本時距更加合理.

4)綜合對相同時間段和相同數(shù)據(jù)兩種情況下的相關(guān)性分析,當(dāng)取基本時距為5min時,風(fēng)場同風(fēng)壓的相關(guān)性較高且比較合理.但是需要指出的是,該結(jié)果是根據(jù)特定臺風(fēng)下的實測數(shù)據(jù)分析得出的,在進行相關(guān)性分析時取樣數(shù)據(jù)較少,此結(jié)論是否具有普遍性有待于進一步研究.

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Correlation Research of the Measured Wind Field and Wind Pressure of a Low-rise Building

LI Zheng-nong1?, YU Mi1, WU Hong-hua1, SHI Wen-hai2

(1.Key Laboratory of Building Safety and Efficiency of the Ministry of Education, Hunan Univ, Changsha, Hunan410082, China; 2.College of Civil Engineering and Architectural ,Wenzhou Univ, Wenzhou, Zhejiang325035, China)

Thispaperpresentedtheanalysisresultsofthewindfieldcharacteristicsandwindpressureoftheroofonthebasisofthemeasurementdataoftheroofobtainedinaninstrumentedlow-risebuilding,whichsitsinWenzhouandwasaffectedbythetyphoonFitow.Theresultsrevealthat,withthedecreaseoftheaverageinterval,themaximalaveragewindvelocityincreases;theturbulenceintensitytendstodecreasewithanincreasingaveragewindvelocity.Furthermore,theaveragewindpressureattheedgeofthebuildingroofandridgeisnegativewithlargefluctuation.Thevariationtendenciesofwindvelocityandwindpressureshowtheobviouscorrelationbetweenthevelocityinwindfieldandwindpressureontheroof.Thecorrelationanalysisbetweenthewindfieldcharacteristicsandwindpressureontheroofwasthenconductedwithindifferenttimeintervals.Theanalysisresultsshowthatthewindvelocityandwindpressurearecorrelatedwellatanaverageintervalof5minutes,whichindicatesthattheaverageintervalof5minutescanbereasonablyusedtocalculatethewindload.

low-risebuilding;windfield;windpressure;correlation

1674-2974(2016)05-0070-09

2015-06-18

國家自然科學(xué)基金資助項目(51278190， 51178180, 51478179，51478366),National Natural Science Foundation of China(51278190， 51178180, 51478179，51478366)

李正農(nóng)(1962-)，男，湖北武漢人，湖南大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師

?通訊聯(lián)系人，E-mail:zhn88@263.net

TU312．1

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