風(fēng)工程概念完整版本

1.平均風(fēng)與脈動風(fēng)的概念及它們各自對結(jié)構(gòu)的影響機理。大氣邊界層內(nèi)空氣的流動特性隨地貌類型的變化而變化，其主要特性可分為平均風(fēng)特性和脈動風(fēng)特性。湍流中的流體質(zhì)點在順風(fēng)向、橫風(fēng)向和豎風(fēng)向均表現(xiàn)出不規(guī)則的脈動現(xiàn)象，質(zhì)點在平均速度值附近無規(guī)律的波動。在土木工程抗風(fēng)研究中一般將任一空間質(zhì)點的瞬時風(fēng)速分解成按時間平均的平均速度和減去平均風(fēng)速后的脈動速度，如圖1所示。u'tu=+u'tu=+u'u圖1流體質(zhì)點的瞬時速度、平均速度和脈動速度平均風(fēng)特性平均風(fēng)速是指一段時間內(nèi)瞬時風(fēng)速的平均值，與自身風(fēng)速的大小和選取時段的長短有關(guān)。平均風(fēng)速隨高度的變化可用風(fēng)剖面表示，一般采用對數(shù)律函數(shù)或指數(shù)律函數(shù)ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>黃本才</Author><Year>2008</Year><RecNum>610</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>610</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="sfzzextxgae0ecexpsb5v0tnw5zwt5ztdzd2">610</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">黃本才</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">汪從軍</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析原理及應(yīng)用(第二版)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">上海:同濟大學(xué)出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>上海:同濟大學(xué)出版社</full-title></periodical><pages>247-266</pages><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"黃本才,2008#610"31]。1.對數(shù)律風(fēng)剖面對數(shù)律函數(shù)考慮高度占邊界層總高度的1/10，即如果建筑物需要考慮的高超出該高度值，便無法使用對數(shù)律風(fēng)剖面進行風(fēng)速的模擬。對數(shù)律風(fēng)剖面的表達式為：MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\hMACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\h 式中：為高度處的平均風(fēng)速；為Karman常數(shù)，一般取值為0.4；表示摩擦速度；z0表示地面粗糙度長度，由于地表局部氣流的不均一性，不同測試中z0的結(jié)果相差很大，故z0一般由經(jīng)驗確定，地表越粗糙，z0的值越大。2.指數(shù)律風(fēng)剖面Davenport提出可以用指數(shù)函數(shù)來表示不同場地條件下的平均風(fēng)速沿高度的變化。在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中，基本采用指數(shù)率函數(shù)，因為其比對數(shù)律函數(shù)計算簡便，且二者之間差別較小，指數(shù)率函數(shù)的具體表達式為： 式中：和分別表示參考高度和對應(yīng)的平均風(fēng)速；和為某一高度和相應(yīng)的平均風(fēng)速；表示地表粗糙度指數(shù)。目前，我國荷載規(guī)范在計算結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載時采用指數(shù)型風(fēng)剖面，并按照不同的地貌條件，將地面粗糙度劃分為四類A、B、C、D，其對應(yīng)的地面粗糙度指數(shù)和梯度風(fēng)取值如表1所示。表SEQ表2.\*ARABIC1我國規(guī)范地面粗糙度分類脈動風(fēng)特性脈動風(fēng)是由風(fēng)的不規(guī)則脈動引起的，其強度隨時間隨機變化。風(fēng)的脈動特性有：湍流強度、湍流積分尺度、陣風(fēng)系數(shù)、脈動風(fēng)速譜以及脈動風(fēng)空間相干函數(shù)等。脈動風(fēng)速譜脈動風(fēng)速譜是湍流中不同尺度的旋渦產(chǎn)生的能量對脈動總能量的貢獻。由于風(fēng)速脈動的復(fù)雜性和多變性，脈動風(fēng)速譜的表達形式多樣。而且不同的脈動風(fēng)速譜有不同的特點和適應(yīng)范圍，本文將主要介紹如下5種脈動風(fēng)速譜。Davenport風(fēng)速譜：Davenport風(fēng)速譜是根據(jù)90多次不同地點、不同高度的強風(fēng)實測得到，假定水平方向的湍流積分尺度沿高度不變，取常數(shù)值1200m。具體經(jīng)驗公式可表示為： 式中，表示10m高度處的平均風(fēng)速，，為脈動風(fēng)速根方差，為縱向摩擦速度，SV(n)表示脈動風(fēng)速功率譜(m2/s)，k為地面粗糙度系數(shù)，n表示脈動風(fēng)的頻率(Hz)。美國西謬(Simiu)風(fēng)速譜：西謬提出的風(fēng)速譜采用分段方式表示，其數(shù)學(xué)公式可表達為： 式中，。當(dāng)計算得到的時，更宜采用下列公式： 日本鹽谷、新井(Hino)風(fēng)速譜：鹽谷、新井于1971年發(fā)表的脈動風(fēng)速譜的數(shù)學(xué)表達式為： 式中k1=0.4751，。Kaimal風(fēng)速譜卡曼提出的風(fēng)速譜的數(shù)學(xué)表達式為： 式中，為z高度處的平均風(fēng)速，，其余符號同前。Karman風(fēng)速譜卡門普是根據(jù)湍流各向同性假設(shè)提出的，其具體的表達式為： 式中，為縱向湍流積分尺度。2.湍流、大氣邊界層、風(fēng)速剖面圖、湍流度剖面圖的概念調(diào)研。1.湍流湍流是流體的一種流動狀態(tài)。當(dāng)流速增加到很大時，流線不再清楚可辨，流場中有許多小漩渦，層流被破壞，相鄰流層間不但有滑動，還有混合，形成湍流，又稱為亂流、擾流或紊流。當(dāng)流體流速較大時，各流層的質(zhì)點形成渦體，在流動過程中，互相混摻，這種型態(tài)的流動叫做湍流。對于大氣湍流而言其主要形成的原因是由于當(dāng)空氣流動時，由于地形差異造成的與地表的“摩擦”；由于空氣密度差異和氣溫變化的熱效應(yīng)空氣氣團垂直運動。這兩種運動往往相互關(guān)聯(lián)。在湍流運動中，流體層與層之間互相混雜，動量交換強烈。大氣湍流的發(fā)生需具備一定的動力學(xué)和熱力學(xué)條件：其動力學(xué)條件是空氣層中具有明顯的風(fēng)速切變；熱力學(xué)條件是空氣層必須具有一定的不穩(wěn)定度，其中最有利的條件是上層空氣溫度低于下層的對流條件，在風(fēng)速切變較強時，上層氣溫略高于下層，仍可能存在較弱的大氣湍流。理論研究認為，大氣湍流運動是由各種尺度的渦旋連續(xù)分布疊加而成。其中大尺度渦旋的能量來自平均運動的動量和浮力對流的能量；中間尺度的渦旋能量，則保持著從上一級大渦旋往下一級小渦旋傳送能量的關(guān)系；在渦旋尺度更小的范圍里，能量的損耗起到了主要的作用，因而湍流渦旋具有一定的最小尺度。在大氣邊界層內(nèi)，可觀測分析到最大尺度渦旋約為1千米到數(shù)百米；而最小尺度約為1毫米。2.大氣邊界層由于地球表面有海洋湖泊、樹木森林、各種建筑物和構(gòu)筑物，一般可將地表分為丘陵、山地、高原和盆地等不同的地貌形態(tài)，從而形成不同的地表粗糙度ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>黃本才</Author><Year>2008</Year><RecNum>610</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>610</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="sfzzextxgae0ecexpsb5v0tnw5zwt5ztdzd2">610</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">黃本才</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">汪從軍</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析原理及應(yīng)用(第二版)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">上海:同濟大學(xué)出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>上海:同濟大學(xué)出版社</full-title></periodical><pages>247-266</pages><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>。當(dāng)空氣在地球表面運動時，由于受到地表粗糙度的影響，其水平方向會產(chǎn)生摩擦阻力，從而使得越靠近地表的氣流速度越慢。然而，當(dāng)氣流距離地面的高度超過某一個值后，氣流的速度不再受到地貌形態(tài)的影響，將沿等壓線以梯度風(fēng)速流動，這一距離地面的高度限值稱為大氣邊界層高度，如圖2所示。而土木工程中研究的建筑物或構(gòu)筑物均處于邊界層高度內(nèi)，即主要研究大氣邊界層內(nèi)空氣流動特性對建筑物或構(gòu)筑物的影響。圖2大氣邊界層建筑物在風(fēng)的作用下大多數(shù)表現(xiàn)出鈍體繞流現(xiàn)象，如圖3所示。結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究中空氣的流動一般為湍流，一種極其復(fù)雜且不規(guī)則的流動現(xiàn)象，其典型的外部特征有：三維的、時變的、有旋的、有時間尺度和空間尺度，并可能出現(xiàn)間歇現(xiàn)象ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>黃本才</Author><Year>2008</Year><RecNum>610</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[31]</style></DisplayText><record><rec-number>610</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="sfzzextxgae0ecexpsb5v0tnw5zwt5ztdzd2">610</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">黃本才</style></author><author><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">汪從軍</style></author></authors></contributors><titles><title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析原理及應(yīng)用(第二版)</style></title><secondary-title><styleface="normal"font="default"charset="134"size="100%">上海:同濟大學(xué)出版社</style></secondary-title></titles><periodical><full-title>上海:同濟大學(xué)出版社</full-title></periodical><pages>247-266</pages><dates><year>2008</year></dates><urls></urls></record></Cite></EndNote>[\o"黃本才,2008#610"31]。圖3鈍體繞流示意圖3.風(fēng)剖面（1）.對數(shù)律風(fēng)剖面對數(shù)律函數(shù)考慮高度占邊界層總高度的1/10，即如果建筑物需要考慮的高超出該高度值，便無法使用對數(shù)律風(fēng)剖面進行風(fēng)速的模擬。對數(shù)律風(fēng)剖面的表達式為：MACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\hMACROBUTTONMTEditEquationSection2SEQMTEqn\r\hSEQMTSec\r1\hSEQMTChap\h 式中：為高度處的平均風(fēng)速；為Karman常數(shù)，一般取值為0.4；表示摩擦速度；z0表示地面粗糙度長度，由于地表局部氣流的不均一性，不同測試中z0的結(jié)果相差很大，故z0一般由經(jīng)驗確定，地表越粗糙，z0的值越大。（2）.指數(shù)律風(fēng)剖面Davenport提出可以用指數(shù)函數(shù)來表示不同場地條件下的平均風(fēng)速沿高度的變化。在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程中，基本采用指數(shù)率函數(shù)，因為其比對數(shù)律函數(shù)計算簡便，且二者之間差別較小，指數(shù)率函數(shù)的具體表達式為： 式中：和分別表示參考高度和對應(yīng)的平均風(fēng)速；和為某一高度和相應(yīng)的平均風(fēng)速；表示地表粗糙度指數(shù)。4.湍流度剖面湍流度剖面：指湍流強度隨高度的變化而變化的規(guī)律。其中湍流強度是脈動風(fēng)總能量的度量。由于在大氣邊界層中順風(fēng)向的湍流強度一般要大于橫風(fēng)向和豎直方向的湍流強度，在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究中主要考慮順風(fēng)向的湍流強度。我國荷載規(guī)范給出順風(fēng)向湍流強度表達式為： 式中：表示地面粗糙度指數(shù)，為10m高度處的名義湍流強度，對應(yīng)A、B、C和D類地面粗糙度分別取值為0.12、0.14、0.23和0.39。3.湍流度、湍流積分尺度、陣風(fēng)系數(shù)、脈動風(fēng)速譜、相關(guān)系數(shù)、雷諾數(shù)的概念及它們各自對結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載或風(fēng)致效應(yīng)的作用或影響機理。1.湍流強度湍流強度是大氣邊界層中結(jié)構(gòu)脈動風(fēng)荷載的基本參數(shù)，湍流強度的大小反映了風(fēng)脈動的強弱。通過大量風(fēng)荷載數(shù)據(jù)統(tǒng)計，湍流強度可定義為10分鐘時距內(nèi)某一方向（x、y、z）風(fēng)速的脈動均方根值與平均值的比值，表示如下： 式中：表示高度處的湍流強度，表示對應(yīng)的平均風(fēng)速，則表示風(fēng)速的脈動均方根值。由于在大氣邊界層中順風(fēng)向的湍流強度一般要大于橫風(fēng)向和豎直方向的湍流強度，在結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究中主要考慮順風(fēng)向的湍流強度。我國荷載規(guī)范給出順風(fēng)向湍流強度表達式為： 式中：表示地面粗糙度指數(shù)，為10m高度處的名義湍流強度，對應(yīng)A、B、C和D類地面粗糙度分別取值為0.12、0.14、0.23和0.39。研究發(fā)現(xiàn)，來流湍流可使垂直于氣流的平板的阻力系數(shù)稍有增大，這是由于湍流使得更強的氣流混合和夾卷進去剪切層中造成的，并且來流湍流還會使得剪切層的平均曲率半徑減小。2.湍流積分尺度在平均風(fēng)的作用下，一些旋渦會在某些區(qū)域出現(xiàn)疊加，從而使得這些區(qū)域的氣流速度產(chǎn)生脈動現(xiàn)象，而一般采用湍流積分尺度度量這些漩渦的大小。湍流積分尺度的大小表示漩渦的影響范圍。三個方向的湍流積分尺度定義如下： 式中u、v和w分別表示三個方向（順、橫、豎）的脈動風(fēng)速，r表示兩點之間的連線距離。日本規(guī)范中順風(fēng)向湍流積分尺度的計算公式可表示為： 式中，代表梯度風(fēng)高度，其具體可根據(jù)地表粗糙度類別按照表2.1取值。湍流積分尺度反映了湍流中空間兩點脈動風(fēng)速的相關(guān)性。當(dāng)湍流積分尺度很大時，旋渦能將結(jié)構(gòu)完全包含在內(nèi)，脈動風(fēng)在結(jié)構(gòu)各個部位所引起的動荷載接近同步，其對結(jié)構(gòu)的影響就十分明顯；反之，當(dāng)旋渦不足以包含整個結(jié)構(gòu)時，不同位置上的脈動風(fēng)壓是不相關(guān)的，統(tǒng)計意義上可認為其對結(jié)構(gòu)的作用將相互抵消。3.陣風(fēng)系數(shù)在土木工程的風(fēng)工程研究中，圍護結(jié)構(gòu)除了要考慮平均風(fēng)作用外，還需要考慮脈動陣風(fēng)的影響，通常采用陣風(fēng)系數(shù)來衡量。我國荷載規(guī)范的陣風(fēng)系數(shù)是陣風(fēng)持續(xù)時間內(nèi)平均風(fēng)速的最大值與10分鐘的平均風(fēng)速的比值： 式中表示陣風(fēng)系數(shù)，表示最大平均風(fēng)速與平均風(fēng)速的差值，為平均風(fēng)速。風(fēng)工程中一般定義陣風(fēng)的持續(xù)時間為1~3秒，tg越大，對應(yīng)的陣風(fēng)系數(shù)的值越小，當(dāng)tg=10分鐘時，Gu=1.4.脈動風(fēng)速譜湍流中不同尺度的旋渦產(chǎn)生的能量對脈動總能量的貢獻。由于風(fēng)速脈動的復(fù)雜性和多變性，脈動風(fēng)速譜的表達形式多樣。而且不同的脈動風(fēng)速譜有不同的特點和適應(yīng)范圍，本文將主要介紹如下5種脈動風(fēng)速譜。(1).Davenport風(fēng)速譜：Davenport風(fēng)速譜是根據(jù)90多次不同地點、不同高度的強風(fēng)實測得到，假定水平方向的湍流積分尺度沿高度不變，取常數(shù)值1200m。具體經(jīng)驗公式可表示為： 式中，表示10m高度處的平均風(fēng)速，，為脈動風(fēng)速根方差，為縱向摩擦速度，SV(n)表示脈動風(fēng)速功率譜(m2/s)，k為地面粗糙度系數(shù)，n表示脈動風(fēng)的頻率(Hz)。(2).美國西謬(Simiu)風(fēng)速譜：西謬提出的風(fēng)速譜采用分段方式表示，其數(shù)學(xué)公式可表達為： 式中，。當(dāng)計算得到的時，更宜采用下列公式： (3).日本鹽谷、新井(Hino)風(fēng)速譜：鹽谷、新井于1971年發(fā)表的脈動風(fēng)速譜的數(shù)學(xué)表達式為： 式中k1=0.4751，。(4).Kaimal風(fēng)速譜卡曼提出的風(fēng)速譜的數(shù)學(xué)表達式為： 式中，為z高度處的平均風(fēng)速，，其余符號同前。(5).Karman風(fēng)速譜卡門普是根據(jù)湍流各向同性假設(shè)提出的，其具體的表達式為： 式中，為縱向湍流積分尺度。5.脈動風(fēng)空間相干函數(shù)當(dāng)空間上任意點A的脈動風(fēng)速達到最大值時，在一定的距離范圍內(nèi)，距離A點越遠的點，其脈動風(fēng)速同時達到最大值的可能性越小，風(fēng)荷載的這種性質(zhì)稱為脈動風(fēng)的空間相關(guān)性。在土木工程研究中，對于像高層建筑在順風(fēng)向，高度和寬度方向的尺度需同時考慮時，一般考慮水平方向與豎向的脈動相關(guān)，達文波特給出了指數(shù)形式的經(jīng)驗公式： 式中，表示10m高度處的平均風(fēng)速，n為脈動風(fēng)的頻率(Hz)，cx=16，cz=10。6.雷諾數(shù)流體力學(xué)中，雷諾數(shù)是流體\o"慣性"慣性力與\o"黏性"黏性力比值的量度，它是一個\o"無量綱"無量綱量。雷諾數(shù)較小時，黏滯力對流場的影響大于慣性力，流場中流速的擾動會因黏滯力而衰減，流體流動穩(wěn)定，為\o"層流"層流；反之，若雷諾數(shù)較大時，慣性力對流場的影響大于黏滯力，流體流動較不穩(wěn)定，流速的微小變化容易發(fā)展、增強，形成紊亂、不規(guī)則的\o"紊流"紊流流場。對于在管內(nèi)的流動,雷諾數(shù)定義為:式中:是平均流速(\o"國際單位"國際單位:m/s)；管直徑(一般為特征長度)(m)流體\o"黏度"動力黏度(Pa·s或N·s/m2)；\o"黏度"運動黏度(ρ)(m2/s)流體\o"密度"密度(kg/m3)；體積\o"流量"流量(m3/s)；橫截面積(m2)假如雷諾數(shù)的體積流率固定，則雷諾數(shù)與密度（ρ）、速度的開方（）成正比；與管徑（Ｄ）和黏度（ｕ）成反比假如雷諾數(shù)的質(zhì)量流率（即是可以穩(wěn)定流動）固定，則雷諾數(shù)與管徑（Ｄ）、黏度（ｕ）成反比；與√速度（）成正比；與密度（ρ）無關(guān)平板流：對于在兩個寬板(板寬遠大于兩板之間距離)之間的流動,特征長度為兩倍的兩板之間距離。圓柱繞流：在層流流場中，隨著雷諾數(shù)從低到高，圓柱體繞流會出現(xiàn)多種不同的流動形態(tài)。 當(dāng)雷諾數(shù)很低時(Re＜5)，流體對稱地附著在圓柱表面，流體無分離。隨著雷諾數(shù)增加(5Re40),在尾流中出現(xiàn)一對穩(wěn)定的附體渦，雷諾數(shù)進一步增加后，均勻?qū)ΨQ渦向下游延伸，形成穩(wěn)定的尾流區(qū)。當(dāng)40Re150時，漩渦在圓柱體兩側(cè)交替脫落，并在下游形成一條清晰穩(wěn)定、交錯排列的“渦街”。當(dāng)150Re300時，渦街開始由層流變?yōu)橥牧鳌?當(dāng)300<Re≤3*105時，規(guī)則的卡門渦街消失,分離點上游的附著流仍是層流,但在分離點處可觀察到三維流動;尾流由層流向湍流過渡;隨著雷諾數(shù)的升高，分離點逐步向上游移動，尾流的寬度逐步增加，尾流的紊亂程度也逐步增加,但旋渦脫落仍較有規(guī)律。 當(dāng)3*105≤Re≤5*105時，圓柱阻力系數(shù)急劇減小,這一區(qū)域稱為臨界區(qū)。在此雷諾數(shù)范圍內(nèi)，圓柱表面邊界層(附著流)內(nèi)發(fā)生了由層流向湍流的轉(zhuǎn)捩,邊界層內(nèi)的湍流摻混有助于將動量高的流體輸運到柱體表面，從而使分離推后出現(xiàn)，尾流相應(yīng)變窄。 當(dāng)5*105≤Re≤3.5*106時,流動分離點遷移到下游,尾流變窄，同時旋渦的脫落也變得相當(dāng)隨機而無規(guī)律。 當(dāng)雷諾數(shù)超過3.5*106后，湍流渦街又重新建立,在湍流尾跡中又出現(xiàn)有規(guī)律的漩渦脫落,盡管這時的尾流仍十分紊亂。4.結(jié)合資料及論文闡述臺風(fēng)（熱帶氣旋）、颶風(fēng)、季風(fēng)、龍卷風(fēng)各自特點及對結(jié)構(gòu)的影響程度。臺風(fēng)、颶風(fēng)的特點：一般發(fā)生于夏季或秋季的熱帶海洋，具有三維旋渦結(jié)構(gòu)，水平尺寸可以綿延數(shù)百公里。環(huán)流的徑向分量指向“風(fēng)眼”，風(fēng)眼內(nèi)是一個相對平靜的區(qū)域，風(fēng)眼外部是隨氣流向上螺旋運動的強熱對流區(qū)。對結(jié)構(gòu)的影響：Typhoon過境時可能會損毀圍護結(jié)構(gòu)和裝修；對于沿海的部分低矮建筑風(fēng)力會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的裂縫或較大的殘余變形；風(fēng)力會使部分建筑搖晃使得居住者不適。季風(fēng)的特點：由于海陸熱力性質(zhì)差異或氣壓帶風(fēng)帶隨季節(jié)移動而引起的大范圍地區(qū)的盛行風(fēng)。季風(fēng)影響非常廣，可以綿延1000KM以上，持續(xù)時間較長并且由于地表摩擦作用，氣流在接近地面處呈現(xiàn)很強的湍流。龍卷風(fēng)的特點：龍卷風(fēng)是一種小范圍的強對流災(zāi)害性天氣現(xiàn)象，伴隨著高度旋轉(zhuǎn)的漏斗狀云柱的強風(fēng)旋渦。其具有水平尺度小、移動速度快（一般風(fēng)速在100~200m/s，中心向外風(fēng)速先增大后減?。?、持續(xù)時間短、破壞力強等特點。除核電站外，一般結(jié)構(gòu)設(shè)計時很少會考慮到龍卷風(fēng)的影響。龍卷風(fēng)的風(fēng)速過高可能會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力超限的過載，并且強風(fēng)導(dǎo)致的風(fēng)致殘骸可能會穿透建筑物的圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很多不良后果，如內(nèi)壓增大威脅建筑結(jié)構(gòu)安全，風(fēng)雨滲透進建筑內(nèi)部使得居住者不適。臺風(fēng)的特點：熱帶氣旋中強度最強的一級（中心附近最大風(fēng)力在12級或12級以上）；形成：在熱帶或副熱帶海面溫度在26oC以上的廣闊洋面上，是一種強烈發(fā)展的熱帶氣旋；分布：西北太平洋最多最強（中國沿海地區(qū)夏秋季節(jié)深受臺風(fēng)影響）；災(zāi)害：強風(fēng)、特大風(fēng)暴、風(fēng)暴潮。根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計資料顯示，1986年-1992年期間所有自然災(zāi)害中，風(fēng)災(zāi)造成的損失是最多的,如圖1.1所示。例如1999年，全球自然災(zāi)害所造成的經(jīng)濟損失其中有70%的損失是由颶風(fēng)造成的[1]。1949-2013年間，西北太平洋產(chǎn)生風(fēng)暴及臺風(fēng)共2204起，其中登陸我國的就有607起[2]。近幾年對我國造成重大人員傷亡及經(jīng)濟損失的臺風(fēng)有[3~4]：2006年的超強臺風(fēng)“桑美”、2014年的超強臺風(fēng)“威馬孫”及“海鷗”、2015年的臺風(fēng)“彩虹”、2016年的臺風(fēng)“莎莉嘉”及2018年的超強臺風(fēng)“山竹”。我國沿海臺風(fēng)入侵路線及臺風(fēng)衛(wèi)星圖，如下圖所示。(a)臺風(fēng)入侵路徑圖(b)臺風(fēng)衛(wèi)星圖5.風(fēng)洞相似理論對風(fēng)洞試驗結(jié)果的影響機理。在建筑風(fēng)洞試驗中，首先要考慮的是使試驗?zāi)Ｐ偷膸缀涡螤钆c實物保持一致，稱為“幾何相似”；其次是保證作用于實際建筑上的風(fēng)特性(即自然風(fēng)特性)與作用于縮尺模型上的風(fēng)特性一致.稱為“運動相似”:此外，還必須滿足研究對象的控制作用力相似，稱為“動力相似”。1.幾何相似幾何相似就是要求模型與原型的各對應(yīng)部分夾角相等，各對應(yīng)長度(包括粗糙度)均成一定比例。這方面的相似參數(shù)有長度、面積、體積2.運動相似要求兩流動的速度場相似，即兩個流動的對應(yīng)時刻對應(yīng)點的速度方向相同，大小成比例，運動相似是建立在幾何相似基礎(chǔ)上的。因此運動相似只需確定時間比例系數(shù)就可以了，故運動相似也就被稱為時間相似。根據(jù)運動相似條件。在風(fēng)洞試驗中必須按建筑物所處環(huán)境模權(quán)風(fēng)速梯度沿高度的變化規(guī)律。此外，大氣邊界層氣流中具有復(fù)雜的湍流結(jié)構(gòu),其湍流強度隨高度的變化湍流尺度及風(fēng)譜規(guī)律都應(yīng)滿足相似的要求。即平均風(fēng)速剖面、湍流強度功率譜密度、湍流積分尺度均需滿足相似比要求。3.動力相似兩個流場各對應(yīng)點作用的各種力的大小之比為常值，且方向相同，則稱為"動力相似"。動力相似包括運動相似，而運動相似又包括幾何相似，所以動力相似包括力、時間和長度三個基本物理量相似。而滿足這三個相似條件時，說明兩個流場在力學(xué)上是相似的。以上三個相似條件是有聯(lián)系的，幾何相似是運動相似和動力相似的前提和依據(jù):動力相似是決定兩個流體運動相似的主導(dǎo)因素，運動相似是幾何相似和動力相似的表象。三個相似條件是密切相關(guān)的整體，缺一不可。4.決定性相似準(zhǔn)則由于實際流動的復(fù)雜性同時滿足上述四個相似準(zhǔn)則十分困難，而且有些相儀準(zhǔn)則要同時滿足也不可能。例如在建筑模型風(fēng)洞試驗中，若幾何縮尺比C1=100采用空氣介質(zhì)Cv=1，根據(jù)雷諾數(shù)相似條件λu=1/λl，意味著要把風(fēng)速提高100倍。顯然，這是不現(xiàn)實的。即便可以做到，由于風(fēng)速超過聲速后其流動性質(zhì)會發(fā)生改變，也沒有意義。不僅如此，如果同時考慮弗勞德數(shù)相似條件，