大尺度空间结构的风致破坏往往发生在屋盖围护构件部分，屋盖围护构件的风荷载极值成为围护结构设计的重要荷载之一。本课题采用风洞测压实验、流动显示方法探究屋盖上部锥形涡/柱状涡的时空演化运动，建立来流-涡运动特征-屋盖风压之间的关系。在此基础上，利用Hermite矩模型理论和多变量函数的概率变换，建立多样本情况下屋盖风压极值概率分布的显式表达式以及风压极值的联合分布。为了补充、验证风洞测压实验结果，采用Monte Carlo方法模拟屋盖风压极值的小概率事件，得到极值分布的数值模拟结果。在屋盖风压极值概率分布的研究基础上，划分大尺度屋盖风压分区，确定屋盖围护结构的分区设计风荷载以及大尺度屋面板风荷载的折减系数。

本项目在屋盖围护结构非高斯风压极值方面开展了研究，取得如下研究成果。基于Hermite矩模型变换理论，建立了单样本风压时程非高斯峰值因子的理论求解方法，为短时距风压时程样本估计风压极值提供了理论基础；提出的多样本非高斯峰值因子概率分布解析式的适用性，结果表明，提出的非高斯峰值因子的概率分布解析式适用于估计各种强、弱非高斯风压时程的峰值因子；提出了非高斯峰值因子的简化计算公式，其理论误差在工程应用的可接受范围之内；探讨了平屋盖围护构件的设计风荷载取值，指出了我国荷载规范中围护构件风荷载取值的不合理之处；进行了L形和T形低矮房屋围护构件风压系数极值的试验研究，填补了国内外研究空白；主持制订了行业标准《屋盖结构风荷载标准》（报批稿），突破了我国低矮建筑、大跨度建筑屋盖围护结构设计风荷载无据可依的困境。 2100433B

大跨度屋盖结构在风的作用下展现出复杂的空气动力效应，风荷载的时频特性难以用解析的形式表达。结合大量典型大跨屋盖结构的风洞试验数据，从频域角度对屋盖表面的脉动风压进行了定量化研究，建立了风压谱模型参数与风振响应和等效静风荷载的联系，提出了一套基于风压谱的大跨屋盖结构抗风设计理论。主要内容及成果包括：（1）对五种典型大跨屋盖（平屋盖、悬挑屋盖、柱面屋盖、球面屋盖、鞍形屋盖）的1730组工况18048个样本的风洞测压数据进行频谱分析，总结出一种形式统一的风压谱工程模型。（2）探讨大跨屋盖表面风荷载分区原则，在K-means聚类分析方法基础上建立风荷载分区方法，并通过MATLAB编制风荷载分区程序。（3）提出了“阵风响应包络法”以表达大跨屋盖结构的等效静风荷载。对上述五种典型大跨屋盖的不同的空间网格结构形式，进行了23940组工况的参数化风振响应分析，考察了屋盖几何特征、来流条件及结构参数对背景及共振效应系数的影响。通过统计分析，总结了典型屋盖结构等效静风荷载的取值建议。（4）为了能充分利用数据库中的风荷载数据，确定了基于数据挖掘技术进行风荷载预测的基本流程。针对典型的大跨度空间屋盖形式，分别建立了风荷载预测模型，基于MATLAB搭建了大跨度空间结构风荷载预测平台。(5) 在上述研究的基础上，开发并集成为大跨屋盖结构抗风设计软件（WRDS）。其中，将风压谱建模作为一种高效的风洞试验数据预处理及数据压缩手段，并将风压谱模型参数作为数据训练及预测、风振响应分析、等效静风荷载估计、随机模拟等功能模块的重要输入参数，为大数据时代大跨屋盖结构的智能化抗风设计发展奠定了基础。 2100433B

建筑结构的风致灾害现象时有发生,但主体结构的风毁现象相对少见,主要体现为围护结构的风致破坏。然而，大量实测和风洞试验结果表明，目前世界上主要国家的风荷载规范以及常用计算方法都可能低估了围护结构的风荷载,且均未基于全概率的思想去分析风荷载在建筑全寿命期的失实概率。本课题基于强风风速和建筑表面风压系数的方向性和随机性特征,对建筑围护结构风荷载的概率分布进行了分析,从而给出了给定重现期的风荷载估算方法。 本课题的主要研究内容主要包括四个方面。（1）基于上海浦东机场风工程研究实测基地的足尺建筑模型的实测数据和建筑缩尺模型的测压风洞试验结果，研究了建筑风致内压的变化规律, 包括建筑表面开洞位置、开洞大小、开洞方式和背景孔隙等多种因素的影响,并深入研究了建筑风致内压的风洞试验模拟技术以及Helmholtz共振问题。（2）基于风工程研究实测基地的风速及风压实测数据,结合缩尺模型测压风洞试验数据，研究了建筑风致外压系数的特征, 包括风向影响,概率分布特征,非高斯性,以及其极值计算方法,建筑表面特征的影响等多个方面。（3）利用风工程研究实测基地及上海环球金融中心大楼顶部风速观测系统的风速风向观测数据时程,研究了自然风的湍流度、功率谱、相关性等强风结构特征。利用从国家气象部网站（http://cdc.cma.gov.cn/）和国际气象网站（http://www7.ncdc.noaa.gov/CDO/dataproduct）上收集到的中国各地风速风向长期观测数据，研究了我国的强风风速风向概率分布及相关性特性，给出风速风向概率密度参数。（4）开发了建筑围护结构风荷载的全概率评估方法。该方法从概率统计的角度考虑强风风速和结构风压系数两方面参数的方向性和随机性,给出的给定重现期围护结构设计风荷载在概率统计意义上是准确的。 本课题的研究成果为建筑结构围护结构设计风荷载的准确估算提供了方法和基础数据, 使得建筑结构设计在保证安全性的同时更加经济合理,使得结构设计人员对风荷载的认识更加深入系统。 2100433B

大跨屋盖形体多样，绕流特性复杂，风荷载描述难以统一，这在一定程度上制约了其抗风设计理论的发展。通过对大量已有风荷载数据的统计挖掘，提取共性规律，建立普适风荷载模型是解决该问题的有效途径。而风荷载数据具有量大、维数高、格式复杂等特点，常规的数据统计方法难以整理。为此本项目拟引入大数据理论，力求在风荷载数据的挖掘、参数化建模和风荷载预测等方面有所突破。具体内容包括：研究风荷载数据有效信息筛选及信号降噪、高维数据挖掘算法等关键应用技术；对风荷载统计量与频谱的参数化建模、基于聚类算法的风荷载参数分区和基于多元统计学的风荷载参数敏感性分析等问题进行深入研究，提出风荷载参数化模型的统一表达形式；结合CFD数值模拟、神经网络预测和数据仓库技术，探讨数据集成标准，实现风荷载数据库拓展升级，建立大跨屋盖风荷载智能预测系统。希望通过本研究，形成较为完整的大跨屋盖风荷载知识体系，并为工程抗风设计提供有力支撑。