高层建筑结构风荷载微课

《高层建筑结构风荷载微课》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、同学们：大家好，我们开始上课。首先我们复习一下上次课的内容。上次课我们主要讨论了高层建筑结构的竖向荷载，高层建筑结构竖向荷载主要有恒载和活荷载，我们知道，高层建筑结构的水平荷载主要有风荷载和地震荷载，在上学期的建筑结构抗震设计课程中，我们主要研究了地震荷载的计算方法，并学习了如何对不同的结构体系进行抗震设计，建筑结构地震荷载的简化计算方法主要有底部剪力法和振型分解反应谱法。今天这次课我们來共同讨论高层建筑结构的另一种水平荷载：风荷载。那么什么是风荷载？风荷载对建筑结构有什么影响？我们怎么计算风荷载？这是我们本次课程需要解决的主要问题。我们经常会听到有关台风的新闻报道，台风是热帯气旋的一•种类别

2、，台风可以说就是一种风荷载。我国处于地球上最大的海洋太平洋的西海岸，地球上最大的陆地亚欧大陆的东部，太平洋和欧亚大陆的海陆热力性质差异决定了我国绝大多数地区长期受风的影响很大。我国的地理位置和气候条件造成的大风为：我国夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴及雹线人风；冬季北部地区多寒潮大风，沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。台风造成的风灾事故较多，影响范围也较大。而雷暴大风也可能引起小范围内的风灾事故。那么，风对人类有什么影响呢，从图片上可以发现，风对人类的生产生活产生了很多不便,风对建筑物也会产生明显的压力，过大的风压力会造成建筑物的附属结构产生严重破坏，甚至会造成主体结构的整体坍塌，

3、对于比较柔的桥梁结构来说，风荷载产生的破坏是致命的,1941年，刚建成四个月的美国塔科马海峡桥(TheTacomaNarrowsBridge)在八级大风(风速19m/s)作用下，经过剧烈扭曲震荡后，吊索崩断，桥面结构解体损毁，半跨坠落水屮。什么是风荷载呢？我们知道，风是由于空气的流动造成的，当风遇到建筑物的表面时，就在建筑物表面产生压力或吸力，这种风力作用叫我们叫做风荷载。风荷载对于髙、大、细、长的柔性工程结构影响尤为明显，我们的高层建筑和大跨桥梁结构就属于这种柔性工程结构。风荷载的大小与哪些因素有关呢？风荷载的大小与近地风的性质、风速、风向有关；与建筑物所在地的地藐及周围环境有关,还与建筑本

4、身的高度、形状以及表面状况有关。如图所示：对于不同高度的建筑来说，越高的建筑物其背风面形成的漩涡区越大，对于不同深度的建筑物来说，越浅的建筑物其背风面形成的漩涡区越大；对于不同宽度的建筑物来说，越宽的建筑物其背风面形成的漩涡区越大。从上面的分析我们可以看出，风荷载对高层建筑结构产生的影响非常明显，我们也曾经讨论过，水平荷载和水平荷载引起的结构侧向位移是高层建筑结构设计的关键。那么，那么我们怎么來计算高层建筑结构的风荷载呢？我国高层混凝土结构设计规程和建筑结构荷载规范规定：高层建筑结构的风荷载标准值科研通过下面的公式来计算。M=0虫化％在这个公式中，为风荷载标准值，从它的单位我们可以看出它是一个

5、面荷载，wO是基本风压，基本风压是根据空气动力学的原理计算出來的，它是用空旷平坦地面、距地10m.50年一遇、10分蚀平均最大风速通过贝努利方程计算得到的，其中p为空气的密度。各个地区的风压可以根据建筑荷载规范查到，这里需要说明的是：高层建筑结构设计的皐本风压一般情况下考虑50年一遇的基本风压，对于特别重要或者有特殊要求的高层建筑需要考虑100年一遇的基本风压。风荷载标准值计算中的第二个参数是风荷载体型系数“$，风对建筑表面的作用力并不等于基本风压值，而是随建筑物的体型、尺度、表面位置等而改变，其大小由实测或风洞试验来确定。",是由垂直于建筑表面的平均风作用力比上基本风压值。对于平面布置为规则

6、止多边形的高层建筑，风荷载体型系数相对比较规则，所以其风荷载计算相对比较容易，而对于如图所示的有局部突11!或者凹进的平面布置不规则的高层建筑，其凹进部位的体型系数明显增大，这意味着该部位受到的风荷载更大。第三个参数是风压高度变化系数，我们先看下面的视频，风压高度变化系数的大小由地面粗糙度和建筑物的高度决定。我们把地面粗糙度分为四类，A类：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，C类:有密集建筑群的城市市区，D类：有密集建筑群且房屋较高的城市市区，比如北京的王府井地区、上海的陆家嘴地区、重庆的解放碑地区都属于D类地面粗糙度。在这些地区

7、，风荷载的风向和风速在密集高层建筑群中变得更加复杂，这对能导致这些地区的风荷载计算非常困难。从下表屮，我们可以看出，风压髙度变化系数还与建筑物的高度有关，高度越髙，风荷载受到地面粗糙度的影响越小，其风压高度变化系数越人，当高度超过550米时，我们认为风压高度变化系数已接近常数，不再随高度增大而变化。第四个参数是风振系数，风振系数能反应建筑物的动力特性。我们知道，风荷载的风速并不是一个常数，它总是时