基于數(shù)值模擬的東南沿海臺風(fēng)危險性分析及輕鋼結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)易損性研究.pdf

1、全球因臺風(fēng)造成的災(zāi)害和損失日益嚴(yán)重，增強工程設(shè)施的抗風(fēng)能力是減少臺風(fēng)災(zāi)害的技術(shù)手段。工程抗風(fēng)設(shè)計或區(qū)域抗臺風(fēng)防災(zāi)規(guī)劃需要進行臺風(fēng)風(fēng)險性分析，同時，保險業(yè)界對臺風(fēng)災(zāi)害損失的保險（如巨災(zāi)債券）也需要對臺風(fēng)風(fēng)險進行評估。臺風(fēng)危險性及承災(zāi)體的易損性是臺風(fēng)風(fēng)險分析的兩個重要部分?？紤]到臺風(fēng)低頻度、小尺度的特征以及臺風(fēng)條件下觀測儀器的破壞導(dǎo)致觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量無法保證和數(shù)據(jù)丟失，直接基于觀測數(shù)據(jù)進行臺風(fēng)危險性分析難度很大，目前國際上普遍采用基于隨機數(shù)值模

2、擬的方法。
　　我國東南沿海是臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，然而對這一地區(qū)的臺風(fēng)危險性還缺乏有效的分析手段和數(shù)據(jù)；在臺風(fēng)損失方面，低矮輕鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)廠房是臺風(fēng)易損結(jié)構(gòu)。國內(nèi)外關(guān)于輕鋼結(jié)構(gòu)的臺風(fēng)易損性方面的研究還很少，目前的研究還沒有定量分析結(jié)果。本文針對我國東南沿海地區(qū)，在臺風(fēng)風(fēng)場模型、臺風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)概率模型和臺風(fēng)危險性數(shù)值模擬，以及輕鋼廠房結(jié)構(gòu)的易損性分析方面開展了系統(tǒng)研究，主要內(nèi)容及結(jié)論如下。
　　基于Thompson和Cardone提出的臺

3、風(fēng)風(fēng)場模型（簡寫為Thompson和Cardone風(fēng)場模型），利用2008年和2010年登陸廣東的三個強臺風(fēng)的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)和若干個近地觀測站點的觀測數(shù)據(jù)，研究了Thompson和Cardone風(fēng)場模型在華南沿海地區(qū)的適用性。提出了通過天氣圖回歸得到Holland氣壓剖面參數(shù)（通常表示為B）模型的方法，并對風(fēng)場驗證過程涉及的幾個關(guān)鍵問題，即陸地站點邊界層的處理及參數(shù)敏感性分析等問題進行了討論。研究表明，基于不同B模型模擬后報的風(fēng)速和風(fēng)向整

4、體趨勢與觀測結(jié)果吻合較好；對風(fēng)速而言，利用四站點天氣圖數(shù)據(jù)回歸B模型得到的風(fēng)速誤差最?。辉跊]有天氣圖數(shù)據(jù)的條件下，當(dāng)B取值為1時，三個海島觀測塔模擬后報風(fēng)速誤差最小。建議在有天氣圖數(shù)據(jù)的條件下，由測得的氣壓剖面擬合得到B。
　　基于臺風(fēng)年鑒數(shù)據(jù)統(tǒng)計得到了沿海十一個主要城市遭遇臺風(fēng)的關(guān)鍵參數(shù)概率分布。研究表明，臺風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的分布具有區(qū)域性特點，經(jīng)緯度較接近的地區(qū)參數(shù)估計值較接近；臺風(fēng)歷史記錄數(shù)據(jù)表明，最大風(fēng)速半徑（Rmax）分別與中

5、心壓差、Holland氣壓剖面參數(shù)之間存在負相關(guān)，與緯度的相關(guān)性可以忽略不計，最大風(fēng)速半徑取自然對數(shù)后與中心壓差之間滿足線性關(guān)系。
　　基于Thompson和Cardone風(fēng)場模型及臺風(fēng)關(guān)鍵參數(shù)的概率分布對東南沿海進行了系統(tǒng)的臺風(fēng)危險性分析，并對比分析了兩種隨機模擬思路和Holland氣壓剖面參數(shù)對預(yù)測極值風(fēng)速的影響。研究表明，基于模擬年最大風(fēng)速抽樣的極值風(fēng)速預(yù)測思路邏輯清楚，預(yù)測結(jié)果與歷史觀測資料結(jié)果吻合較好；采用Harper和

6、Holland提出的參數(shù) B模型得到的香港臺風(fēng)年極值風(fēng)速結(jié)果與歷史觀測資料得到的極值風(fēng)速誤差小于5％。在上述分析基礎(chǔ)上，采用推薦的隨機模擬方案模擬得到了東南沿海十一個主要城市的臺風(fēng)危險性分析結(jié)果。
　　以廠房結(jié)構(gòu)縮尺模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果為基礎(chǔ)，用構(gòu)件可靠度理論中的Rackwitz-Fiessler方法對輕型鋼結(jié)構(gòu)廠房屋面系統(tǒng)的構(gòu)件易損性進行了研究。研究表明，面積平均后的風(fēng)壓系數(shù)多數(shù)服從移軸 Gamma分布；不同屋面分區(qū)的最危險風(fēng)向不