基于历史气象数据的屋面积雪分布系数分析方法研究

作     者：太子威 

作者单位：哈尔滨工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：莫华美

授予年度：2021年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：历史气象数据 雪荷载 有限面元法 风致雪漂移 屋面积雪分布系数 

摘      要：近年来,我国冰雪灾害频发,雪致工程灾害不断增加。调查发现,风雪运动会造成屋面积雪的不均匀分布,从而导致屋面局部雪荷载过大是导致建筑物发生雪致工程事故的主要原因。我国现行建筑结构荷载规范对若干形式较简单的常规屋面给出了相应的积雪分布系数,但对于交通枢纽、体育场馆和展览中心等大型公共建筑,由于其跨度大、体型复杂,很难根据规范建议确定其积雪分布系数。因此,研究大跨度复杂结构屋面积雪的分布规律具有非常重要的科学意义和工程指导作用。目前针对屋面积雪的研究主要采用基于单一事件的分析方法,不能考虑当地气象条件的历史变化情况。本文基于实际历史气象数据,建立典型屋面积雪的时变分析方法,采用有限面元法逐日计算屋面积雪分布情况,而后以年为单位提取最不利积雪分布情况,通过极值分析给出可用于结构极限状态设计的具有明确超越概率的屋面积雪分布系数,为类似工程设计的雪荷载取值提供依据。本文主要研究内容如下:（1）有限面元法基本原理与有效性验证。阐述有限面元法用于模拟风致雪漂移的原理与计算方法,采用CFD数值模拟方法模拟屋面风场,将风场数据代入有限面元法计算风致雪漂移后的屋面积雪分布结果,并与实测结果进行对比,验证有限面元法模拟风致雪漂移结果的有效性。（2）基于历史气象数据的屋面积雪全过程分析方法。为获得屋面积雪在时间尺度上的变化情况,本文根据实际气象资料的雪深、风速、风向和温度等数据,考虑各气象要素对风致雪漂移强度的影响,研究各气象要素的有效利用方法,提出基于历史气象数据的屋面积雪全过程分析方法。（3）典型屋面积雪分布系数取值研究。本文以高低屋面、双坡屋面及拱形屋面为例,根据哈尔滨市历史气象数据,逐日计算屋面积雪分布情况。而后以年为单位提取屋面积雪分布的最不利情况,采用概率分析方法,确定回归周期为50年的最不利积雪分布系数作为各类典型屋面积雪分布系数设计值,用于相应结构的极限状态设计。