高层建筑风荷载计算探究

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1、高层建筑风荷载计算探究　　摘要：本文结合高层建筑结构设计实例及计算经验，对高层建筑风荷载计算提出一些计算研究方法，并对相应的结构设计应用要点进行扼要介绍。关键词：高层建筑；风荷载；计算研究中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：一、高层建筑风荷载产生机理及解析风荷载的大小以及对建筑物自身及建筑物周边作用力的大小，与建筑物体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。高层建筑可能造成很强的地面风，对行人和商店有很大影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建筑物和建筑物之间的通道也会造成危害。因此在进行建筑结构设计时，必须从气流风速等风荷载产生机理对建筑风荷载进行统筹考虑。1、阵风

2、紊流和脉动分量：大气边界层中的风可以用一个平均风速值叠加随机的脉动分量或阵风。平均风速随高度升高而增加，脉动风速随高度的变化不如平均风速明显，脉动风速具有随机性和动力特性。结构设计人员关心的风的基本要素包括：风向、平均风速剖面、紊流度剖面和紊流的谱特性、空间任意两点风速的相关性、极值风速的概率统计特性。72、具备特征的湍流：由于气流的惯性和粘性，来流在遭遇建筑物时，将发生复杂的流固相互作用。气流经过分离、再附、涡的形成与脱离以及尾流的发展，在建筑物表面的气体压力发生复杂变化。这会导致不均匀的压力和吸力，这些不均匀压力的合力形成了作用于结构上的外加气动力。3、超高层建筑中的紊流风。位于大气边

3、界层中的建筑的紊流风作用下的情况更复杂。气流在超高层建筑物周围具有不均匀性；实际建筑物形状复杂，气流在建筑物表面的发展因建筑的体型不同而不同；紊流也会加剧建筑物周围的气流或气压的复杂性；建筑物周围的其它建筑也会对气流的形成与发展产生复杂影响，二、风荷载对高层建筑的影响及分类风对建筑物的影响主要是风荷载对水平位移的影响，与高层建筑风效应、当地气候特点、风力状况、场地特征、建筑物体型等等因素紧密相关。7一般将高层建筑风效应分为顺风向、横风向和扭转三个方向。结构的顺风向动态响应计算一般假定脉动风速为平稳高斯过程，并利用准定常假定建立脉动风速与脉动风压之间的关系。横风向响应的机理十分复杂。一般将其

4、划分成三种类型：①尾流激励。它指的是与涡脱有关的横风向激励，这种机理导致的横风向气动力往往有明显确定的周期性。②来流紊流引起的激励，主要依赖于建筑的气动特性。③结构横风向运动导致的激励。与这种激励机制有关的有驰振激励、颤振激励和锁定等。一般认为，高层建筑遭受这几种纯粹的激励的可能性不大。实际高层建筑的横风向激励实质是上述机制共同作用的结果，由于这些机理，气流在建筑物表面和周围产生复杂的随时空变化的压力分布。由于机理复杂，影响因素众多，需要借助风洞实验方法来研究横风向风效应问题。扭转响应是由于迎风面、背风面和侧面风压分布的不对称所导致的，与风的紊流及建筑尾流中的旋涡有关，但对于不同几何外形的

5、建筑物，主要的影响因素不相同。总风荷载与局部风荷载。总风荷载是指建筑物的各个表面所受风荷载的合力，是沿建筑物变化的线荷载，通常按建筑物的主轴方向计算。局部风荷载是指在建筑物表面某些风压较大的部位，考虑风压对局部某些构建的不利作用时考虑的风荷载，考虑部位一般是建筑物的角隅或阳台雨篷等悬挑构件。风荷载与楼层高度有关，越高风压越大，但不是简单的正比关系。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范取值确定。对于山区的建筑物，风压高度变化系数还应考虑地形条件的修正。三、高层建筑风荷载建模计算及研究7高层建筑三维风荷载形成机理复杂,影响因素众多。高层建筑物的风荷载包括三个部分

6、：①平均风压产生的平均力；②脉动风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。对于高层建筑来说，动态风荷载不容忽视，要比较准确地确定风荷载往往要依赖于模型风洞试验。风荷载具有以下特点：①风荷载与空间位置及时间(不确定性)有关，受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响；②风荷载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对具有显著非线性特征的结构，可能产生流固耦合效应；④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关性；⑤脉动风的强度、频率、风向是随机的；⑥风荷载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引起高层建筑的振动。在现行高层建筑试验模型中，除以上因

7、素外，更要考虑高层建筑群体效应，需要增加以下几类进行建模计算：1、近地风荷载：高层建筑物周围的风环境状况是由近地风决定的，近地风的形态结构如湍流度、旋涡尺寸等以相当复杂的形式依赖于建筑物的尺度、外形、建筑物之间相对位置以及周围的地形地貌等，不同时间、不同空间的风速、风向是不同的。72、建筑表面风压差：风作用在建筑物上产生风压差。在迎风面上由于空气流动受阻，速度降低，风的部分动能变为静压，使建筑物迎风面上的压力大于大气压，