高层建筑风荷载及抗风设计.pdf

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1、第07卷第10期中国水运Vol.7No.102007年10月ChinaWaterTransportOctober2007高层建筑风荷载及抗风设计蔡志波摘要：随着轻质高强新型建筑材料的不断涌现，高层建筑不但建筑形式变化多样，而且结构体型也朝着高大、轻柔的方向发展。故风对高层建筑的影响越来越大。所以必须认真对待高层建筑中风荷载。本文通过简述风的起因、风的特征、风压及风荷载,更进一步说明了高层建筑中结构风振响应，从而达到风振控制以其实现采用非承重控制装置施加控制力抵御风振反应的设计方法。关键词：高层建筑风荷载风振控制抗风设计+中图分类号：TU97332文献标识码：

2、A文章编号：1006-7973（2007）10-0078-03风对建筑物的作用是一个随机过程，因此，建筑物的风1.276p−0.378eρ=()荷载包括三个部分：(1)平均风压产生的平均力(静态荷载)；(2)10.00366+t1000脉动风压产生的随机脉动力(动态荷载)；(3)由于风致建筑物其中，e为水汽压,hPa；t为温度，℃；P为大气压，hPa。振动产生的惯性力(动态荷载)。对于高层建筑来说，动态风荷风压作用将产生的结果：1)使结构或构件产生过大的内载不容忽视，要比较准确地确定风荷载往往要依赖于模型风力和不稳定；2)使结构物产生过大的挠度或变形，引起外

3、墙洞试验，风洞模型的高频动态天平试验直接测量刚性模型底和装饰材料的破坏；3)由反复的风振动作用，引起结构或构部的剪力和力矩，通过相似理论转换得到的是风作用在建筑件疲劳损坏；4)由于风振作用即动态运动，使建筑物的居位物底部的平均风力和脉动风力及其功率谱，由此计算得到相者产生不舒适感。应建筑物的位移和加速度响应。2．风荷载一、结构风荷载（1）风荷载的种类及特点1．风的成因、特性及风压风对建筑物的作用是一个随机过程，因此，建筑物的风空气的水平运动称为风。风是由于空气从气压高处向气荷载包括三个部分：1）平均风压产生的平均力；2）脉动风压低处流动而形成的,所以气压在水

4、平方向上分布不均匀就压产生的随机脉动力；3）由于风致建筑物振动产生的惯性力。是风产生的直接原因。对于高层建筑来说，动态风荷载不容忽视，要比较准确地确风速观测记录表明瞬时风速包含两种成分：周期在定风荷载往往要依赖于模型风洞试验。10min以上的平均风和周期在几秒钟的脉动风。由于受地表风荷载是由于工程结构阻塞大气边界层气流的运动而引阻力等因素影响，风向与水平面有一夹角(一般在±10°范围起，具有以下特点：1）风荷载与空间位置及时间(不确定性)内)。表征风特性的参数有：1)平均风速剖面；2)紊流风速剖有关，受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响；2）风荷载面；3)脉

5、动风速谱；4)湍流积分强度等。边界层中运动的空与结构的几何外形相关，结构不同部分对风敏感程度不同；3）气可视为低速、不可压缩流体。可根据Bernouli方程由风速对具有显著非线性特征的结构，可能产生流固耦合效应；4）确定风压。结构尺寸可能在多个方向比较接近，风荷载需要考虑空间相风压是建筑结构设计中基本的设计依据之一,其取值大关性；5）脉动风的强度、频率、风向是随机的；6）风荷载小对高层建筑物的经济、适用与安全有密切的关系。基本风具有静力和动力的双重特点，其动力部分即脉动风的作用会压是在最大风速时，垂直于风向的平面上所受到的压力，根引起高层建筑的振动(即风振)

6、。据全国各台站重现期50年的最大风速作为当地的基本风速二、高层建筑的风振控制V0，再按贝努利方程确定基本风压W0：1．结构控制的概念12最早是由Kabori和Minai在1960年提出的。美国的WV=ρ002T·P·Yao教授在1972年确立了结构控制研究的学术地位，选取自记10min平均最大风速作为统计样本，计算风压并于同年提出了土木工程结构振动控制的概念。与结构自身时必须考虑台站的空气密度的影响。空气密度公式如下：的加固和加强相比，,结构中引进附加控制系统，具有明显的优势。结构控制是控制技术和建筑领域的交叉学科，是建筑收稿日期：2007-7-11作者简介

7、：蔡志波男（1973—）江汉油田设计院勘察室工程师（433123）研究方向：岩土工程第10期蔡志波：高层建筑风荷载及抗风设计79模型下应用控制理论达到建筑安全、舒适目标的课题。根据一种新控制策略———AMTMD。AMTMD聚MTMD和控制力是否有外加能源输入，结构控制可分为被动控制和主ATMD的优点于一体，能够用多个较小的质量和(或)主动力动控制。前者无外加能源，控制力是由结构响应被动施加的；代替单一的大质量和控制力，为超高层建筑的控制实现提供后者是有外加能源的控制，主动控制是由一定的控制理论计了一个可行的方法。算后主动施加的，,因此，它更优于被动控制，但它

8、有控制力5）杠杆式调谐质量阻尼器(LT-TMD)小等