风洞中风场的分形特征分析-论文.pdf

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1、第23卷第1期自然灾害学报V0lI23No．12014年2月JOURNALOFNATURALDISASTERSFeb．2014文章编号：1004—4574(2014)01—0032—07DOI：10．13577／j．jnd．2014．0105风洞中风场的分形特征分析吴红华，邱敏，秦付倩，李正农(湖南大学建筑安全与节能教育部重点试验室，湖南长沙410082)摘要：通过R／S分析证实了风洞中风场的风速时程具有分形特性，并计算了在风洞中模拟的地面粗糙度类别为A，B，C，D四类风场的盒维数，发现风场的分维数与风场类别存在着

2、对应关系。在实际中可以根据风场的分数维初步判定风场的类别。风场的分数维可以反映相应的地面状况或周围建筑物的密集程度，即风场分维数能反映相应的地面地貌状况。关键词：风洞；风场；地貌；分形；盒维数中图分类号：TU973文献标志码：AFractalcharacteristicanalysisofwindfieldinwindtunnelwUHonghua，QIUMin，QINFuqian，LIZhengnong(KeyLaboratoryofBuildingSafetyandEner~EficiencyofMinistr

3、yofEducation，HunanUniversity，Changsha410082，China)Abstract：ThispaperprovesthatthetimehistoryofwindspeedinwindtunnelhasthefractalcharacterizationthroughR／Sanalysis，calculatesthebox-countingdimensionoffourkindsofsimulatedwindfieldswithdifferentlandsurfaceroughne

4、ssA，B，C，D，anddiscoversthatthereisacorrespondingrelationshipbetweenfractaldimensionandthetypeofwindfield．Inpracticalapplication，thecategoryofwindfieldscanbedetermined，preliminarilyaccordingtothefractaldimension．Thefractaldimensionofwindfieldcanreflectthecorespo

5、ndingconditionsonthegroundortheintensityofthesurroundingstructures．Thatis，thefractaldimensionofthewindfieldcanreflectcorrespondinglandformconditionoftheground．Keywords：windtunnel；windfield；landform；fractal；box—countingdimension在对建筑结构的风致响应进行分析时，需要确定建筑结构的风荷载，而风荷

6、载的确定需要有满足或者接近建筑结构所在场地自然风特性的风速时程数据。目前，获取风速时程数据的方法主要有3种：现场实测、风洞模拟和数值模拟_1J。随着社会的发展和科技的进步，土木工程中的建筑工程规模越来越大，功能和造型越来越复杂多样，结构对风荷载的敏感度也随之增加，尤其是高层建筑和特殊体型的建筑。对于房屋和构筑物的风荷载体型系数，我国《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)的第7．3．1节中规定：“对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。”可见风洞试验对于解决复杂结构的风工程问题具有重要意义。本文

7、将分形维数引入对风洞模拟风场的风速时程的分析，获得了一些有意义的成果。1盒维数分形维数的定义方式比较多，常见的分形维数有Hausdorff维数、相似维数、盒维数、关联维数等。其中，收稿日期：2013一O1—29；修回日期：2013—03—14基金项目：国家自然科学基金资助(91215302，51178180，51278190)作者简介：吴红华(1967一)，女，副教授，硕士，主要从事结构抗震抗风研究．E-mail：zhn88@263．net第1期吴红华，等：风洞中风场的分形特征分析·33·Hausdorff维数是一

8、种最为基本的分形维数j，但是Hausdorff维数在计算时相对比较复杂，这就制约了其在实际问题中的应用，而盒维数的分形计算与经验估计都比较简单，因此，盒维数在实际应用中比较广泛。下面简要说明盒维数的定义以及计算步骤。设FcR为任意一非空有界集合，用(F)表示覆盖集合F所需直径最大为6的集的最少数目，那么F的上、下盒维数可定义为：JfDimB(F)_1if；—