高层建筑风场模拟研究：空间相关性的数值分析

"高层结构脉动风场的空间相关性数值模拟研究 汪大洋 广州大学土木工程学院" 在高层建筑设计与分析中，风荷载的影响不容忽视，尤其是在高层建筑结构的风振分析中。文章作者汪大洋针对高层结构在风荷载作用下的动态响应，特别是脉动风场的空间相关性进行了深入研究。该研究采用了线性自回归（AR）模型来模拟考虑空间相关性的高层建筑顺风向脉动风速时程，这是为了更好地理解和预测风场对高层建筑的影响。 在方法上，研究利用离散傅立叶变换（DFT）和快速傅立叶变换（FFT）优化了自相关Toeplitz矩阵的计算，这两种变换技术在处理周期性和非周期性信号时具有高效性和准确性，从而更精确地模拟风速时程的变化。通过这种方法，可以更准确地反映风速在时间和空间上的变化特性。 论文还通过两个高层结构的算例验证了这种模拟方法的正确性和实用性。通过对模拟结果的分析，研究揭示了脉动风速时程沿高度方向的风振特性，包括其变化规律以及空间相关性对风振响应的影响。这有助于工程师在设计阶段就预估风荷载可能导致的结构振动，进而优化结构设计，增强建筑的风致稳定性和耐久性。 高层结构的风振分析通常涉及频域分析和时域分析，其中时域分析在现代计算机技术的支持下变得越来越重要。随机模拟，如谐波叠加法和线性滤波器法，是常用的方法。线性滤波器法，尤其是本文采用的AR模型，能有效模拟出具有特定谱特征的随机过程，节省计算资源，且适用于多维风场的模拟。 文章还指出，风力在空间和时间上的不均匀性增加了结构风效应分析的复杂性。不同地区的风环境、建筑物的几何形状、表面粗糙度等因素都会显著影响风荷载的分布和强度。因此，考虑风速谱随高度变化的特性对于全面评估高层建筑的风荷载至关重要。 这篇研究提供了一种新的数值模拟方法，用于研究高层建筑脉动风场的空间相关性，这将有助于提高风荷载预测的精度，进而改善结构设计，确保高层建筑的安全和性能。