高层结构抗风与抗震设计(18)

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1、高层结构抗风与抗震设计李正良重庆大学土木工程学院教授、博士生导师前言第一章第二章风荷载及风致影响第三章高层建筑结构抗震分析与设计前言结构体系的概念剪切：(a)不被剪断(b)剪切变形不能过大弯曲：(a)必须不被倾覆(b)不发生因拉或压缩的破坏（c）弯曲变形不能过大两个系数:BRI（BendingRigidityIndex）SRI(ShearRigidityIndex)BRI:100世贸中心：33帝国大厦：33（a）BRI:33（b）（c）（d）BRI:33外框筒＋内框架成束筒BRI:33BRI:3

2、3(花旗银行大厦)BRI:56BRI:63（e）（f）（g）抗剪：理想的抗剪体系是一片无洞口的板块或墙体SRI=100SRI=62.5与杆件的长度、截面、高度有关SRI=31.3SRI,BRI的概念设计及应用winddesign,seismicdesign.第一章第二章风荷载及风致影响§2－1风力、结构风力及风效应§2－2基本风速和基本风压§2－3顺风向的等效风荷载§2－4横风向涡流脱落共振等效风荷载第二章风荷载及风致影响高层建筑在风力遭到损坏的例子：1926年9月美国迈阿密市芽咯萨大楼（17层

3、钢框架）台风袭击后发生塑性变形，顶部水平残余位移竟达0.61m。里特洛尔大楼在整个风暴中严重摇晃。在较近时期，美国德克萨斯州洛波克市的哥比雷夫大楼也在风暴中严重摇晃，波士顿一座大楼在一次风暴中几乎所有玻璃全都粉碎。风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一。结构抗风分析（包括荷载、内力、位移、加速度）是高层建筑设计计算的重要因素。由流体力学中的伯努利可知风压与风速关系：§2－1风力、结构风力及风效应（2－1）空气质点密度风速风压力在标准大气情况下，约为沿海城市上海，上值约为高山地区的拉萨，上值约为空气单位

4、体积重力风的形成：空气从气压高的地方流动到气压低的地方。风力：风的强度。（通常由风速或换算为风压来表示)back已知某以高度z处的风速为v，则作用在结构上的风力一般可表示为顺风向风力（ilong-wind）、横风向风力(across-wind)和扭风力矩。（2－2）图2－1结构上的风力阻力系数横向力系数（水平向结构也称升力系数）扭矩系数B结构的参数尺度，常取截面垂直于流动方向的最大尺度（m）当无偏心风力矩时，在顺力向风力作用下，结构将产生顺风向的振动，对高层结构来说，一般可为弯曲型（剪力墙），也

5、有剪切型（框架），当为框剪结构时，可为弯剪型。当风吹向结构，可在结构周围产生旋涡，当旋涡脱落不对成时，可在横风向产生横风向风力，所以横风向振动在任意风力情况下都能发生涡激振动现象。在抗风计算时，除了必须注意第一类振动以外，还必须同时考虑第二类振动现象。特别是，当旋涡脱落频率接近结构某一自振频率时，可产生共振现象，即使在考虑阻尼存在的情况下，仍将产生比横向风力大十倍甚至几十倍的效应，必须予以格外的重视。结构在顺风向和横风向风力甚至扭力矩作用下，当有微小风力攻角时，在某种截面形式下，这些风力可以产生

6、负号阻尼效应的力。如果结构阻尼力小于这些力，则结构将处在总体负阻尼效应中，振动将不能随着时间增长而逐渐衰减，却反而不断增长从而导致结构破坏。这时的起点风速称为临界风速，这种振动犹如压杆失稳一样，但受到的不是轴心压力而是风力，所以常称为空气动力失稳，在风工程中，通常称为弛振（弯或扭受力）或颤振（弯扭耦合受力）。空气动力失稳在工程上视为必须避免发生的一类振动现象。风的流动水平方向是主要的，但也可能在一定的仰角下流动，从而除水平风力外，还存在竖向风力，由于高层建筑主要荷载是水平侧向荷载，竖向荷载的适当

7、增加并不起着很大的影响，因此对于高层建筑来说，主要考虑水平侧向风力的影响。§2－2基本风速和基本风压一、标准高度的规定房屋建筑类统一取10m为标准高度二、标准地貌的规定标准地貌指空旷平坦地区，在具体执行时，对于城市郊区，房屋较为低矮的小城市，也作标准地貌处理。三、平均风速的时距取平均风速时距为10分钟（风的卓越周期约在1分钟）四、最大风速的样本取年最大风速为统计样本，即每年以一最大风速记录值为一个样本设重现期为年，则为超过设计最大风速的概率，因为不超过该设计最大风速的概率或保证率应为：五、最大风

8、速的重现期我国荷载规范规定：对一般结构，重现期为30年，对于高层建筑和高耸结构，重现期取50年，对于特别重要和有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取100年。重现期为年通常俗称为年一遇。－－平均值－－根方差－－设计最大风速－－保证系数（六）最大风速的概率或概率密度曲线（线型）采用极值型分布曲线，它的概率分布函数为：设计值与平均值及根方差的关系基于上述六个条件，我国建筑结构荷载规范规定，基本风压系以当地比较空旷平坦地面、离地10m高，统计所得30年一遇10分钟平均最大风速为标准。一般按确定的风