【摘要】：臺風(fēng)是一種破壞力極強的自然災(zāi)害。我國東南沿海位于臺風(fēng)頻發(fā)地帶,臺風(fēng)每年都會給該地區(qū)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。另一方面,隨著建筑科技和施工技術(shù)的進(jìn)步,國內(nèi)外特別是在我國東南沿海地帶建造了大批結(jié)構(gòu)體系新穎的高層建筑。這些現(xiàn)代大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有高聳化、輕柔化特點,因而對風(fēng)荷載非常敏感。風(fēng)荷載往往是此類結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制荷載,而強/臺風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)的安全性和使用舒適性是建筑設(shè)計和維護(hù)環(huán)節(jié)需要解決的關(guān)鍵問題之一。合理確定臺風(fēng)風(fēng)場特征是諸多抗風(fēng)實踐活動的基礎(chǔ)。然而風(fēng)工程界當(dāng)前大部分相關(guān)研究尚局限于近地面范圍;而涵蓋更深厚臺風(fēng)范圍的研究非常有限。這限制了人們從全局范圍解析臺風(fēng)風(fēng)場特征,進(jìn)而影響了部分既有研究成果的適用性。至今可用于高層建筑特別是超高層建筑抗臺風(fēng)設(shè)計的實測資料依然缺乏;而在臺風(fēng)理論研究方面,現(xiàn)有氣壓場及風(fēng)場模型基本為僅能反映近地面特征的模型�？梢�,風(fēng)工程界有關(guān)臺風(fēng)風(fēng)場方面的研究已嚴(yán)重滯后于超高層建筑的實踐發(fā)展�；谏鲜銮闆r,本論文在更深厚的高度范圍內(nèi)對臺風(fēng)的氣壓場和風(fēng)場進(jìn)行了實測和模式化研究。實測研究基于香港地區(qū)近20年不間斷錄得的探空氣球觀測資料。該資料包含近30次對研究區(qū)域有明顯影響的臺風(fēng)個例。數(shù)據(jù)垂直高度從近地面延至約3萬米高空,從而有效涵蓋臺風(fēng)整個垂直結(jié)構(gòu)范圍(約2萬米)。實測研究采用個例分析及匯總統(tǒng)計分析相結(jié)合的方法,對典型臺風(fēng)的風(fēng)場、溫度場、濕度場及氣壓場等熱力學(xué)和動力學(xué)結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了系統(tǒng)研究,重點揭示其沿高度和徑向變化的分布特征。此外,為準(zhǔn)確確定臺風(fēng)結(jié)構(gòu)特征,本論文首先對背景大氣特征進(jìn)行了分析。相關(guān)結(jié)果還揭示了氣候變化對大氣對流層頂各典型氣象特征的影響,這為合理評估氣候變化對臺風(fēng)活動及臺風(fēng)極值風(fēng)氣候的影響提供了重要參考。氣壓梯度力是驅(qū)動臺風(fēng)運動的原動力。因此臺風(fēng)氣壓場模型對建立臺風(fēng)風(fēng)場模型具有重要意義。盡管由臺風(fēng)結(jié)構(gòu)可知臺風(fēng)中心氣壓差隨高度升高而減小,當(dāng)達(dá)到流出層時中心氣壓則高于外圍氣壓;然而在風(fēng)工程領(lǐng)域,當(dāng)前絕大部分相關(guān)研究沒有考慮上述臺風(fēng)氣壓場沿高度變化的實際情況,而采用中心氣壓差隨高度(至少在邊界層內(nèi))不變的氣壓場模型�；趯崪y資料,本文提出了一種沿高度解析的臺風(fēng)氣壓場經(jīng)驗?zāi)Ｐ鸵约耙环N基于熱力學(xué)分析的理論模型。所提模型適用于臺風(fēng)流出層以下的高度范圍,因此能有效滿足面向未來超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計高度方面的需要�；谒崤_風(fēng)氣壓場模型,本文對現(xiàn)有臺風(fēng)風(fēng)場模型進(jìn)行了改進(jìn),從而發(fā)展出一種沿高度解析的臺風(fēng)風(fēng)場模型。通過對比發(fā)現(xiàn),考慮氣壓場沿高度變化與否會對臺風(fēng)風(fēng)場位于邊界層中高層的部分產(chǎn)生明顯的影響。此外,改進(jìn)的風(fēng)場模型能更為有效的反映臺風(fēng)低空急流的風(fēng)剖線特征,而該特征尚未在我國及其他國家風(fēng)荷載規(guī)范中體現(xiàn)。本碩士論文研究內(nèi)容及相關(guān)研究成果對深化臺風(fēng)全局化結(jié)構(gòu)特征及發(fā)展沿高度解析的臺風(fēng)風(fēng)場模型進(jìn)而為面向未來的超高層建筑抗風(fēng)設(shè)計具有重要意義。
【圖文】：

的熱帶氣旋稱為臺風(fēng)，而北將其稱為颶風(fēng)。熱帶氣旋每年均會給世界各地造成重大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷 年的颶風(fēng)波拉是有記錄以來最致命的熱帶氣旋；此次颶風(fēng)造成近 50 萬人喪生。風(fēng)安德魯（圖 1-1b）致 27 人死亡，30 萬人無家可歸，兩萬五千多座房屋和幾農(nóng)作物毀壞。2005 年颶風(fēng)卡特里娜（圖 1-1c）造成 1350 億美元的經(jīng)濟(jì)損失。月超強臺風(fēng)威馬遜（圖 1-1d）導(dǎo)致 742.3 萬人及 468.5 千公頃農(nóng)作物受災(zāi)，直失達(dá) 265.5 億元。(a) 臺風(fēng)俯視圖 (b) 安德魯颶風(fēng)（1992）

隨著建筑科技和施工技術(shù)的進(jìn)步,國內(nèi)外特別是在我國東南沿海地帶建造了大批結(jié)構(gòu)體系新穎的超高層建筑，如深圳地王大廈以及上海金茂大廈等。目前全球已建成的逾 300m 的超高層建筑有 79 座，其中 25 座位于中國，包括 1997 年落成的廣州中信廣場（391m）、1999 年完工的上海金茂大廈（420m）（圖 1-2a），2008 年建成的上海環(huán)球金融中心（492m），2009 年投入使用的廣州塔（600m）（圖 1-2b），2014 年完工的上海中心（632m）（圖 1-2c），2017 年竣工的深圳平安金融中心（599m）（圖 1-2d等。在建的超 300m 的超高層建筑有 125 座，其中 78 座位于中國，占比達(dá) 62.4%。中國已成為全世界擁有超高層建筑最多的國家。這些現(xiàn)代大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)具有高聳化、輕柔化的特點，，因而對風(fēng)荷載非常敏感。風(fēng)荷載往往是此類結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要控制荷載，而臺風(fēng)作用下這些高聳建筑的安全性、舒適性及適用性是這些建筑設(shè)計及維護(hù)環(huán)節(jié)需重點考慮和解決的一大問題。臺風(fēng)風(fēng)場特征信息是建筑抗臺風(fēng)設(shè)計及其它相關(guān)實踐活動的基礎(chǔ)和前提。因此深化對臺風(fēng)風(fēng)場的研究并以此為基礎(chǔ)合理確定我國沿海地帶建筑設(shè)計風(fēng)速具有十分重要的社會經(jīng)濟(jì)價值。
【學(xué)位授予單位】：廣州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU312.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2608449