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第1章 绪言 1

1.1 风的基本概念 1

1.1.1 风的成因 1

1.1.2 风力等级 2

1.2 自然风分类 2

1.2.1 季风 3

1.2.2 热带气旋 3

1.2.3 温带气旋 5

1.2.4 龙卷风 5

1.2.5 雷暴 7

1.3 风致灾害 7

1.3.1 基本情况 7

1.3.2 典型案例 7

1.4 风对结构的作用 13

1.4.1 风速风压关系 13

1.4.2 结构风效应 13

1.5 结构风工程 16

1.5.1 研究内容 16

1.5.2 研究方法 17

1.5.3 学科发展 19

思考题 20

第2章 大气边界层风特性 21

2.1 大气边界层简介 21

2.2 平均风剖面 22

2.2.1 对数律 22

2.2.2 指数律 23

2.2.3 幂函数律 24

2.3 特异风剖面 25

2.3.1 台风 25

2.3.2 雷暴风 26

2.3.3 龙卷风 26

2.4 层流和湍流 27

2.4.1 雷诺数效应 27

2.4.2 分类描述 28

2.5 湍流流动特性 29

2.5.1 湍流强度 30

2.5.2 湍流积分尺度 31

2.5.3 湍流功率谱 32

2.5.4 空间相关性 33

2.5.5 阵风因子 34

2.6 不同地面粗糙度划分标准 34

2.6.1 变化规律 35

2.6.2 计算方法 37

2.7 风速地形修正 38

2.7.1 地形影响 39

2.7.2 地形修正系数 39

2.7.3 地形对特异风的影响 41

2.7.4 算例分析 41

思考题 44

第3章 结构风工程基础知识 45

3.1 结构动力学基础 45

3.1.1 基本方程 45

3.1.2 单自由度体系振动 45

3.1.3 多自由度体系振动 49

3.2 随机振动基础 52

3.2.1 随机变量 52

3.2.2 随机过程 55

3.2.3 单自由度体系随机振动 58

3.2.4 多自由度体系随机振动 61

3.3 流体力学基础 62

3.3.1 流体基本知识 62

3.3.2 流体运动描述 64

3.3.3 流体与流动分类 65

3.3.4 流体力学基本方程 66

3.4 结构抗风安全性和可靠度 68

3.4.1 结构安全性指标 68

3.4.2 结构可靠指标 69

3.4.3 结构可靠度计算方法 71

3.4.4 中国标准可靠指标 76

3.4.5 抗风可靠指标简化算法 77

思考题 77

第4章 结构风荷载 78

4.1 平均风荷载 78

4.1.1 基本风速和基本风压 78

4.1.2 平均风荷载 80

4.2 脉动风荷载 86

4.2.1 准定常假定 86

4.2.2 非定常假定 88

4.2.3 风速功率谱 90

4.2.4 空间相干函数 93

4.3 极值风荷载 94

4.3.1 极限分布原理 94

4.3.2 极值分布 97

4.3.3 风速母体分布 99

4.3.4 阈值法 101

4.3.5 非高斯风压特征 102

4.3.6 极值风压算法 103

4.4 算例分析 105

4.4.1 算例1 105

4.4.2 算例2 112

思考题 118

第5章 结构风效应 119

5.1 静力风效应 119

5.1.1 静力风荷载与三分力系数 119

5.1.2 风致静力失稳模型 122

5.2 风致振动 124

5.2.1 风振类型 124

5.2.2 风振分析方法 124

5.3 顺风向抖振 124

5.3.1 风振系数 125

5.3.2 位移响应 126

5.3.3 背景响应与共振响应 127

5.4 横风向涡激共振 130

5.4.1 涡激共振分类 131

5.4.2 判定标准 131

5.4.3 分析方法 133

5.5 自激振动 134

5.5.1 驰振 135

5.5.2 颤振 137

5.6 等效静风荷载 139

5.6.1 基本概念 139

5.6.2 计算方法 139

5.6.3 算例分析 144

5.7 风致疲劳 145

5.7.1 计算方法 145

5.7.2 算例分析 147

思考题 149

第6章 风洞试验技术 150

6.1 风洞与风洞试验概况 150

6.1.1 风洞基本构成 150

6.1.2 风洞分类 151

6.1.3 风洞发展史 153

6.2 相似性理论 154

6.2.1 相似准则 154

6.2.2 相似条件确定 155

6.2.3 基本试验参数的确定 157

6.3 风洞试验设备与流场模拟 159

6.3.1 风洞测量设备 159

6.3.2 大气边界层模拟 161

6.4 建筑模型风洞试验 162

6.4.1 建筑模型风洞试验类型与用途 162

6.4.2 刚体模型测压试验 163

6.4.3 高频天平测力试验 164

6.4.4 气动弹性测振试验 166

6.5 算例分析 168

6.5.1 电视塔高频天平测力试验 168

6.5.2 超高层建筑刚体模型测压试验 171

6.5.3 桥梁气动弹性测振试验 174

思考题 177

第7章 计算风工程 178

7.1 计算风工程理论基础 178

7.1.1 计算流体动力学概述 178

7.1.2 计算流体力学基本方程 179

7.2 湍流数值模拟方法及物理模型 183

7.2.1 模拟方法介绍 183

7.2.2 RANS湍流模型分类 186

7.2.3 模型的选择与应用 193

7.3 网格划分技术 194

7.3.1 网格划分简介 194

7.3.2 结构与非结构网格 194

7.3.3 壁面与近壁面网格处理 195

7.3.4 网格质量评价标准 196

7.4 边界条件与求解设置 197

7.4.1 边界条件类型与设定 197

7.4.2 计算参数求解设置 200

7.4.3 数值模拟稳态计算策略 202

7.5 算例分析 205

7.5.1 大型风力机 205

7.5.2 超高层建筑 209

思考题 212

参考文献 213

附录A 各国规范主要参数对比 216

Ⅰ.地貌类别 216

Ⅱ.设计风速 220

Ⅲ.体型系数 220

Ⅳ.风振系数 222

附录B 南京航空航天大学风洞实验室简介 225

Ⅰ.概述 225

Ⅱ.试验设备 226

Ⅲ.风洞分类 226

Ⅳ.研究领域 226

Ⅴ.已承担的抗风研究课题与项目 227