同济讲稿(高层建筑风荷载,风振响应,等效静风荷载_)

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1、七、高层建筑（高耸结构）的顺风向和横风向振动I.概述顺风向和横风向顺风向---抖振机制横风向---机制复杂（高层建筑：紊流+尾流+气动弹性）研究方法顺风向：(1)平均风压（整体型系数）----准定常风力----随机振动方法计算---振动响应(2)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不能应用于格构式高耸结构）(3)高频动态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算(4)气动弹性模型试验----直接获得振动响应横风向：(1)同步测压----脉动风力分布---随机振动方法计算---振动响应（不能应用于格构式高耸结构）(2)高频动

2、态测力天平---一阶广义风荷载---振动响应计算(3)气动弹性模型试验----直接获得和振动响应II、高层建筑风压分布特性2．1概述表面脉动风压测量试验是高层建筑抗风研究的基本方法之一。和另一常用方法---高频动态测力方法相比，该方法虽然复杂些，但可获得建筑物风荷载的时空分布特征，而认识风荷载的时空分布特性对建筑抗风研究是非常重要的。根据10个典型超高层建筑模型的风洞试验结果，分析建筑物的风压分布特性2.2风洞试验概况（1）风场模拟采用尖塔＋粗糙元来模拟B、D类风场。图1给出了两类风场平均风速和紊流度剖面。平均风速剖面与规范中的B、D类风场结果吻合。在模型

3、顶部高度(0.6m)，B、D类风场纵向紊流度分别为7.5%和14%12，也符合要求。一般认为横风向紊流度是顺风向紊流度的75％~88％，本试验模拟结果基本与此吻合。顺风向风谱与Davenport谱吻合很好。横风向脉动风功率谱目前缺乏公认的理论表达式，只能据测量结果来分析。图2给出了60cm高度处，B类风场中的顺风向和横风向风速谱。模拟得到的0.4m处的B、D类风场紊流积分尺度分别0.41和0.49m，相当于实际中200m高度处的205、245m，与经验公式[9]的计算结果(270m,210m)相近。此外，模拟的竖向相干函数的衰减指数Cz在7~9之间，与Da

4、venport的建议值7和Emil的建议值10相当。图1B、D类风场平均风和紊流度剖面（a）顺风向（b）横风向图2B类风场60cm高度顺风向和横风向脉动风速功率谱（2）试验模型和试验工况试验模型10个代表性截面形式（方形、矩形、三角形、倒角方形、Y形）的建筑见图3和表1。方形模型有5种高宽比（4、5、6、7、8）；矩形模型考虑的长宽比为1:2，1:1.5,2:1和1.5:1；三角形和倒角方形模型的高宽比为6:1。12每个模型上共布置7层测点(从上至下依次为1~7层)。考虑风荷载对响应的影响随高度明显增加，安排测点层上密下疏。一般在同层的每个面上布置5点。单

5、个模型总测点数在140个左右。在处理试验结果时，考虑了测压管路的修正。图4试验模型测点布置及尺寸示意图表1试验模型有关参数编号12345678910B(mm)1501201008675100100100100---D(mm)1501201008675200150100100---H(mm)600600600600600600600600600600456784.244.90664.64测点数140140140140140140140105140147截面形状方形方形方形方形方形矩形矩形三角形倒角方形Y形12图5测点号和风向角示意图2．3风压分布的幅值特性平

6、均风压系数和根方差风压系数的计算公式如式(1)所示。，(1)其中和分别为模型表面任一点的平均风压和脉动风压；为模型顶部平均风速。注意：体型系数的定义！！！（1）同一高度处的风压分布特性考虑最不利风向，选择0度风向角来研究同一高度处结构表面的风压系数分布特性。B类风场中方形、三角形和Y形截面的第二和第四层测点的风压分布（图11-13）。由图可见：l迎风面平均风压系数均为正值，其余各面均为负值。l迎风面上平均风压系数以中间测点为最大；背风面平均负压(绝对值)则以中间测点为最小；根方差风压系数表现出类似特性。侧面边缘测点和中间测点的平均负压相差很小，根方差风压系

7、数以后缘测点为最大。l各种模型各个面上的根方差风压系数均随高度增加而有所减小，这是紊流度减小所致（紊流对两个侧面脉动风压有较大影响。进一步研究）。l一般而言，迎、背风面的根方差风压系数比侧面小很多，且高度越低相差越大。l12Y形截面模型两个代表层的对应点的根方差风压系数基本相同，6-16点的平均风压系数和脉动风压根方差系数也基本相同。从总体上看，Y形和三角形截面的根方差风压系数最小。图11模型1(方形截面)在B类风场中0度风向角下第二层和第四层各测点风压系数图12模型8(三角形截面)在B类风场中0度风向角下第二层和第四层各测点风压系数图13模型10(Y形截

8、面)在B类风场中0度风向角下第二层和第四层各测点风压系数（2）风压