防灾减灾工程学 教学课件 作者 江见鲸 第15章　工程结构的抗风设计.ppt

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1、16037-13a主编第15章　工程结构的抗风设计15.1　风对结构的作用15.2　结构上的静力风荷载(基本风压的标准值)15.3　顺风向风振及风振系数15.4　横风向风振15.5　常用结构频率、周期和振型计算15.6　高层建筑和高耸结构的抗风设计要求15.1　风对结构的作用图15-1　平均风速v和脉动风速15.2　结构上的静力风荷载(基本风压的标准值)1.风速与风压的关系2.基本风压的确定3.风载标准值1.风速与风压的关系图15-2　风压的产生1.风速与风压的关系求得风压w与风速v的关系，设气流每点的物理

2、量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段dl，如图15-2b所示，设w1为作用于小段左端的压力，则作用于小段右端近压力气幕的压力为w1+dw1。此方程的解为2.基本风压的确定　根据风速，可以求出风压。根据风速，可以求出风压。由于风压在地面附近受到地面物体的阻碍(或称摩擦)，造成风速随离地面高度不同而变化，离地面越近，风速越小。2.基本风压的确定　根据风速，可以求出风压。2.基本风压的确定　根据风速，可以求出风压。3.风载标准值建筑物所处高度不可能恰好为10m，周围的地形也不一定空旷平坦，因而必须对基本风

3、压进行修正。当计算垂直于建筑物表面上的风荷载标准值时，可按式(15-10)计算(15-10)3.风载标准值高度修正系数。(2)体型系数(3)风振系数βz。(1)高度修正系数。根据实测结果分析，平均风速沿高度变化的规律可用指数函数来描述，即（15-11）(1)高度修正系数。表15-1　风压高度变化系数(1)高度修正系数。表15-1　风压高度变化系数(2)体型系数。图15-4　坡顶屋面房屋体型系数a)封闭式双坡屋面　b)封闭式双跨双坡屋面(2)体型系数。(2)体型系数。图15-6　圆截面构筑物(包括烟囱、塔桅

4、等)按整体计算时的体型系数(3)风振系数βz。表15-2　阵风系数(3)风振系数βz。表15-2　阵风系数15.3　顺风向风振及风振系数随机振动理论比较复杂，一般由专业计算程序进行。对于一般的悬臂型竖向结构，如框架、塔架、烟囱等，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，可只考虑第1振型的影响。这时可用风振系数来表达。（15-12）15.3　顺风向风振及风振系数1.脉动增大系数　这实质上是风的动力作用产生的增大系数，它与风的脉动规律与结构的振动特性有关。2.脉动影响系数　这一系数考虑

5、了脉动风压及其相关性的影响，其值按随机振动理论，通过计算机计算确定。3.振型系数　结构振型系数应按实际工程由结构动力学计算得出。4.风振振型影响系数φz式(15-14)中的φz为结构的振型影响系数，理应在结构动力分析时确定，为了简化，在确定风荷载时，可采用近似公式。1.脉动增大系数这实质上是风的动力作用产生的增大系数，它与风的脉动规律与结构的振动特性有关。如取Davenport建议的风谱密度经验公式，并把响应近似取静态分量及窄带白噪声共振响应分量之和，则可得（15-13）1.脉动增大系数表15-3　脉动增大系

6、数ξ2.脉动影响系数这一系数考虑了脉动风压及其相关性的影响，其值按随机振动理论，通过计算机计算确定。对于一般常见结构形式，脉动影响系数，可按下列情况分别确定。(1)结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等)：1)若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表15-4中数值来确定。2)当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表15-4中的脉动影响系数应再乘以修正系数θB和θv。θB为构筑物迎风面在z高度处的宽度Bz与底部宽度B0的比值；θν可按表15-5中数值确定。

7、(2)结构迎风面宽度较大时(如高层建筑等)，应考虑宽度方向风压空间相关性的情况；若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据总高度H及其与迎风面宽度B的比值。表15-4　脉动影响系数ν(一)2.脉动影响系数表15-5　修正系数2.脉动影响系数3.振型系数结构振型系数应按实际工程由结构动力学计算得出。这里仅给出截面沿高度不变的两类结构第1～第4的振型系数和截面沿高度规律变化的高耸结构第1振型系数的近似值。在一般情况下，对顺风向响应可仅考虑第1振型的影响，对横风向的共振响应，应验算第1～第4振型的频率，因此列

8、出相应的前4个振型系数。(1)迎风面宽度远小于其高度的高耸结构，其振型系数见表15-7。(2)迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均起主要作用时，其振型系数见表15-8。(3)对截面沿高度规律变化的高耸结构，其第1振型系数可见表15-9。表15-7　高耸结构的振型系数3.振型系数表15-8　高层建筑的振型系数3.振型系数表15-9　高耸结构的第1振型系数3.振型系数4.风振振型影响系数φz式(1