高层建筑结构设计中的风荷载.docx

高层建筑结构设计中的风荷载随着现在建筑美学的发展和使用功能的要求现代建筑结构朝着高层和大跨度的方向发展。因此在结构设计中风荷载越来越重要有时至起决定性的作用。该文主要阐述作用在结构上的风压、风力和风振系数、高层建筑结构风振系数和风振响应的精确方法并介绍了高层建筑的风振控制的多种方法。目前世界上正在经历着史无前例的高层、超高层建筑建设高峰。芝加哥西尔斯大厦（Searstower）曾以443m的高度稳坐世界最高建筑物宝座26年。而现在世界上拟建、在建和已建的400m以上的结构有37栋尤以正在建造且已超过700m的迪拜大厦（BurjDubai）为首。发达国家甚至提出了千米高度量级的“空中城市”的概念。随着结构高度的增加和高强材料的使用低阻尼、高柔结构的风振响应更加显著使得强风作用下的结构风荷载成为结构安全性和舒适性设计的控制荷载。从Davenport最早将随机概念和方法引入建筑结构的抗风研究30多年以来在建筑结构的顺风向荷载及响应的研究方面已逐渐形成比较完善的计算理论和方法主要成果也反映在多数国家的建筑结构荷载规范中。风的特征及风压风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性从而在地球相同高度的两点之间产生压力差这样使不同压力差的地区产生了趋于平衡的空气流动便形成了风。大量的统计资料表明近地风的平均风速随着高度的升高而增大同时对应于不同的地面粗糙度具有不同的变化规律。通常可采用风速剖面来描述平均风。平均风剖面是微气象学研究风速变化的一种方法。目前气象学家认为用对数律表示大气底层强风风速廓线比较理想其表达式为式中——大气底层内高度处的平均风速；——摩擦速度或流动剪切速度；K——卡曼（Karman）常数k0.40；——地面粗糙长度（m）；——有效高度（m）：=其中z——离地高度（m）；——零平均位移（m）。风压是建筑结构设计中的基本设计依据之一其取值的大小对高层（高耸）和大跨度结构的安全性、适用性、耐久性及是否经济有密切的关系.基本风压系以当地比较空旷平坦地面上离地比较离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速、按确定的风压。基本风压值不得小于0.3kN/m2。我国不同城市和地区的基本风压直接查用《建筑结构荷载规范》的全国基本风压分布图。当城市或建设地点的基本风压不能查收时基本风压值可根据当地年最大风速资料按基本风压定义通过统计分析确定。风荷载的计算风力的计算。风荷载是结构设计的重要荷载在工程计算中常采用集中风荷载式中为顺风向z高度处总静力风荷载；为顺风向z高度处静力风荷载；为顺风向z高度处风振动力风荷载。式中Az为垂直于建筑物表面上平均风荷载受风面积（m2）；为风荷载体型系数；为风压高度变化系数；为基本风压。风振系数的计算。风振系数。在结构设计中习惯用等效静力风荷载来考虑风的动力效应。而等效静力风荷载可以用静力风荷载和风振系数的乘积表示所以对风振系数的研究就显得尤为重要。常用的风振系数有荷载风振系数和位移风振系数。荷载风振系数定义为节点静动力风荷载的总和与静力风荷载的比值即：位移风振系数定义为节点静动位移的总和与静位移的比值即：位移风振系数定义为节点静动位移的总和与静位移的比值即式中u、和分别为总风响应、平均风响应和脉动风响应。高层建筑结构的风振计算。我国的《建筑筑结构荷载规范》（GB50009-2001）规定：对于构筑物当高层（高耸）建筑和大跨度屋盖自振基本周期T≥0.25s时或对于建筑物当高度超过30m且高宽比大于1.5时（对于厂房跨度在36m以上）建议考虑风振影响。对于T≥0.25s的构筑物和高度小于30m或高宽比小于1.5的房屋建筑以及小于上述跨度的屋盖虽然也存在少量风压脉动的影响但此时往往按构造要求进行设计结构有足够的刚度因而一般不考虑风振影响。然而随着我国建筑的飞速发展很多建筑结构都进入了要考虑风振的影响的行列。我国规范给出了高层结构顺风向的风振系数。在z高度处的风振系数zb的计算公式如下。式中分别为脉动增大系数、脉动影响系数和振型系数三者可以查规范的表格得到。zm为风压高度变化系数。高层建筑风振控制高层建筑的风振控制有多种方法包括调频质量阻尼器（TunedMassDamper简称TMD）、调频液柱阻尼器（TunedLiquidDamper简称TLCD）、调频液体阻尼器（TunedLiquidDamper简称TLD）、挡风板（AerodynamicA