结构顺风向静动力风

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1、第四章结构顺风向静动力风荷载本章讨论结构顺风向静动风荷载的基本原理和计算方法§4.1顺风向静动力风荷载顺风向的风速顺风向风压值上两式中，带—者为平均风速和平均风压。作用于结构物上的脉动风荷载，对结构产生的动力响应与结构物本身的动力特性有关。当结构物刚性很强时，则脉动风引起结构风振惯性力不明显，可略去，但需考虑脉动风的瞬时阵风荷载。当结构物较柔时，除静力风荷载外，还应计及风振惯性力的大小，即风振动力荷载。工程上最关心的是结构物安全的最大值。常用等效静力风荷载表达。W、P为具有某一保证率的总风荷载。§4.2脉动风的主要特性一、湍流强度——高度处的湍流强度；——顺风向脉

2、动风速均方根值；——高度处的平均风速湍流强度是地面粗糙度类别和离地高度z的函数，但它与风的长周期变化无关，一般随高度的增加相应减少，而平均风速则随高度z的增加而增加，帮随高度的增加而降低。二、湍流积分尺度湍流积分尺度又称紊流长度尺度。通过某一点气流中的速度脉动，可以认为是由平均风所输运的一些理想涡旋叠加而引起的，若定义涡旋的波长就是旋涡大小的量度，湍流积分尺度则是气流中湍流涡旋平均尺度的量度。式中，是两个顺风向速度和的互相关函数，是和的均方根值。三、脉动风速谱VanDerHoven研究的风速谱。由VanDerHoven测得的风谱1、达文波特风速谱达式风速谱的通用功

3、率谱表达式如下：式中——脉动风速功率谱；——地面粗糙度系数；——z高度处的平均风速；——脉动风频率；——湍流积分尺度。2、美国西谬脉动风速谱式中3、日本盐谷、新井脉动风速谱4、脉动风速谱脉搏动风速（卡曼）风速谱表达式式中5、英国脉动风速谱式中以上三种不同风速谱的比较如下图所示三种脉动风速谱比较四、脉动风空间相干函数当结构上某一点的脉动风压达到最大值时，与此点距离为r的另一点的脉动风压一般不会达到最大值，在一定的范围内，离开此点越远，脉动风压同时达到最大值的可能性就越小，这种性质称为脉动风的空间相关性。相干函数的平方根为相干函数是频域内的相关，有在顺风向，对于像高层

4、建筑那样的在高度和宽度方向的尺度需同时考虑的建筑物，一般考虑水平和竖向的相关，达文波特的经验公式：式中或建议取对于高耸结构类的细长构筑物，一般只考虑竖向的相关，其经验公式为式中像高层建筑一类的建筑物，加拿大国家建筑规范采用了达文波物的另一类表达式式中§4.3顺风向风振位移响应基本公式在风垂直的迎风表面xz上的l点和k点的坐标分别为，这两点的脉动风压分别为迎风面上两点的脉动风压由强风观察结果分析得出，上两式中的脉动风速大体上服从正态分布规律，脉动风速的均值E(v)=0，并且由前述脉动风的记录可近似作为平稳各态历经的随机过程。一、结构位移响应根方差和设计动位移工程中受

5、风敏感的高层建筑或高耸结构，属竖向一维悬臂结构，这类结构沿竖向的质量和刚度分布可以不均匀，随高度发生变化，可将其抽象为一维悬臂的无限自由度体系1.运动方程——水平动位移——第j振型的动位移；——第j振型z高度处的坐标；——第j振型的广义坐标。假设振型对质量分布和刚度分布正交，阻尼项采用瑞雷阻尼，可得第j振型的运动方程：式中，广义脉动风荷载为式中——脉动风压；——建筑物z高度处的迎风面宽度；——建筑物总高；——建筑物第j振型的广义质量。式中，m(z)为建筑物z高度处单位长度的分布质量。2.位移响应根方差设计动位移和峰因子在上式中的位移根方差是随机脉动风荷载下的动位移

6、响应，工程设计时，应计及保证系数，或称为峰值因子，用g表示。建筑物z高处最大峰值位移或最大动位移表示如下：式中峰因子g与1h平均时间内穿越荷载效应平均的次数有关，当平均荷载效应的概率分布是正态分布时，g用下式表达：式中——观察时间，通常取1h（3600s）——水平准跨越数这里，g的取值范围常为3.0~4.0。§4.4顺风向风振动力计算、风振系数一、等效静力风荷载按振型分解当脉动风作用于各质点上时，n个质点体系仅考虑水平运动时的微分方程为：——系统的质量、阻尼和刚度矩阵；——水平加速度、速度和位移响应。上式可改为：上式右端称为风的广义外荷载，亦称为等效静力风荷载在脉

7、动风作用下，各质点处的等效风荷载可视为各振型上的惯性力作用。二、风振动力系数在高层建筑和高耸结构等绝大多数，只要第一振型就足移了。或用z高度处的集中动力风荷载表示：式中，h(z)为z高度处与集中动力风荷载有关的高度。三、我国现行规范的风振系数1、风振系数的一般表达式z高度处静、动力风荷载P（Z）与静力风荷载PC（Z）的比值，β（Z）表示整理后得：2.我国规范风振系数具体表达式式中称为第一振型动力系数，或称脉动增大系数，式中称为脉动影响系数为式中根据达文波特脉动风速谱在工程上，一般以表格形式给出相关数据，查表应用。规范中脉动增大系数ξ0.010.020.040.06

8、0.080