高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)與抗震設(shè)計(jì)(15)

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1、高層結(jié)構(gòu)抗風(fēng)與抗震設(shè)計(jì)李正良重慶大學(xué)土木工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師前言第一章第二章風(fēng)荷載及風(fēng)致影響第三章高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)前言結(jié)構(gòu)體系的概念剪切：(a)不被剪斷(b)剪切變形不能過(guò)大彎曲：(a)必須不被傾覆(b)不發(fā)生因拉或壓縮的破壞（c）彎曲變形不能過(guò)大兩個(gè)系數(shù):BRI（BendingRigidityIndex）SRI(ShearRigidityIndex)BRI:100世貿(mào)中心：33帝國(guó)大廈：33（a）BRI:33（b）（c）（d）BRI:33外框筒＋內(nèi)框架成束筒BRI:33BRI:33(花旗銀行大廈)BRI:56BRI:63（e）（f）（g）抗剪：理

2、想的抗剪體系是一片無(wú)洞口的板塊或墻體SRI=100SRI=62.5與桿件的長(zhǎng)度、截面、高度有關(guān)SRI=31.3SRI,BRI的概念設(shè)計(jì)及應(yīng)用winddesign,seismicdesign.第一章第二章風(fēng)荷載及風(fēng)致影響§2－1風(fēng)力、結(jié)構(gòu)風(fēng)力及風(fēng)效應(yīng)§2－2基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓§2－3順風(fēng)向的等效風(fēng)荷載§2－4橫風(fēng)向渦流脫落共振等效風(fēng)荷載第二章風(fēng)荷載及風(fēng)致影響高層建筑在風(fēng)力遭到損壞的例子：1926年9月美國(guó)邁阿密市芽咯薩大樓（17層鋼框架）臺(tái)風(fēng)襲擊后發(fā)生塑性變形，頂部水平殘余位移竟達(dá)0.61m。里特洛爾大樓在整個(gè)風(fēng)暴中嚴(yán)重?fù)u晃。在較近時(shí)期，美國(guó)德克薩斯州洛波克市的哥

3、比雷夫大樓也在風(fēng)暴中嚴(yán)重?fù)u晃，波士頓一座大樓在一次風(fēng)暴中幾乎所有玻璃全都粉碎。風(fēng)荷載是高層建筑主要側(cè)向荷載之一。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析（包括荷載、內(nèi)力、位移、加速度）是高層建筑設(shè)計(jì)計(jì)算的重要因素。由流體力學(xué)中的伯努利可知風(fēng)壓與風(fēng)速關(guān)系：§2－1風(fēng)力、結(jié)構(gòu)風(fēng)力及風(fēng)效應(yīng)（2－1）空氣質(zhì)點(diǎn)密度風(fēng)速風(fēng)壓力在標(biāo)準(zhǔn)大氣情況下，約為沿海城市上海，上值約為高山地區(qū)的拉薩，上值約為空氣單位體積重力風(fēng)的形成：空氣從氣壓高的地方流動(dòng)到氣壓低的地方。風(fēng)力：風(fēng)的強(qiáng)度。（通常由風(fēng)速或換算為風(fēng)壓來(lái)表示)back已知某以高度z處的風(fēng)速為v，則作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力一般可表示為順風(fēng)向風(fēng)力（ilong-wind

4、）、橫風(fēng)向風(fēng)力(across-wind)和扭風(fēng)力矩。（2－2）圖2－1結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力阻力系數(shù)橫向力系數(shù)（水平向結(jié)構(gòu)也稱升力系數(shù)）扭矩系數(shù)B結(jié)構(gòu)的參數(shù)尺度，常取截面垂直于流動(dòng)方向的最大尺度（m）當(dāng)無(wú)偏心風(fēng)力矩時(shí)，在順力向風(fēng)力作用下，結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生順風(fēng)向的振動(dòng)，對(duì)高層結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，一般可為彎曲型（剪力墻），也有剪切型（框架），當(dāng)為框剪結(jié)構(gòu)時(shí)，可為彎剪型。當(dāng)風(fēng)吹向結(jié)構(gòu)，可在結(jié)構(gòu)周?chē)a(chǎn)生旋渦，當(dāng)旋渦脫落不對(duì)成時(shí)，可在橫風(fēng)向產(chǎn)生橫風(fēng)向風(fēng)力，所以橫風(fēng)向振動(dòng)在任意風(fēng)力情況下都能發(fā)生渦激振動(dòng)現(xiàn)象。在抗風(fēng)計(jì)算時(shí)，除了必須注意第一類振動(dòng)以外，還必須同時(shí)考慮第二類振動(dòng)現(xiàn)象。特別是，當(dāng)旋渦脫落頻

5、率接近結(jié)構(gòu)某一自振頻率時(shí)，可產(chǎn)生共振現(xiàn)象，即使在考慮阻尼存在的情況下，仍將產(chǎn)生比橫向風(fēng)力大十倍甚至幾十倍的效應(yīng)，必須予以格外的重視。結(jié)構(gòu)在順風(fēng)向和橫風(fēng)向風(fēng)力甚至扭力矩作用下，當(dāng)有微小風(fēng)力攻角時(shí)，在某種截面形式下，這些風(fēng)力可以產(chǎn)生負(fù)號(hào)阻尼效應(yīng)的力。如果結(jié)構(gòu)阻尼力小于這些力，則結(jié)構(gòu)將處在總體負(fù)阻尼效應(yīng)中，振動(dòng)將不能隨著時(shí)間增長(zhǎng)而逐漸衰減，卻反而不斷增長(zhǎng)從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。這時(shí)的起點(diǎn)風(fēng)速稱為臨界風(fēng)速，這種振動(dòng)猶如壓桿失穩(wěn)一樣，但受到的不是軸心壓力而是風(fēng)力，所以常稱為空氣動(dòng)力失穩(wěn)，在風(fēng)工程中，通常稱為弛振（彎或扭受力）或顫振（彎扭耦合受力）?？諝鈩?dòng)力失穩(wěn)在工程上視為必須避

6、免發(fā)生的一類振動(dòng)現(xiàn)象。風(fēng)的流動(dòng)水平方向是主要的，但也可能在一定的仰角下流動(dòng)，從而除水平風(fēng)力外，還存在豎向風(fēng)力，由于高層建筑主要荷載是水平側(cè)向荷載，豎向荷載的適當(dāng)增加并不起著很大的影響，因此對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，主要考慮水平側(cè)向風(fēng)力的影響?！?－2基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓一、標(biāo)準(zhǔn)高度的規(guī)定房屋建筑類統(tǒng)一取10m為標(biāo)準(zhǔn)高度二、標(biāo)準(zhǔn)地貌的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)地貌指空曠平坦地區(qū)，在具體執(zhí)行時(shí)，對(duì)于城市郊區(qū)，房屋較為低矮的小城市，也作標(biāo)準(zhǔn)地貌處理。三、平均風(fēng)速的時(shí)距取平均風(fēng)速時(shí)距為10分鐘（風(fēng)的卓越周期約在1分鐘）四、最大風(fēng)速的樣本取年最大風(fēng)速為統(tǒng)計(jì)樣本，即每年以一最大風(fēng)速記錄值為一個(gè)樣本設(shè)重

7、現(xiàn)期為年，則為超過(guò)設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率，因?yàn)椴怀^(guò)該設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率或保證率應(yīng)為：五、最大風(fēng)速的重現(xiàn)期我國(guó)荷載規(guī)范規(guī)定：對(duì)一般結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期為30年，對(duì)于高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期取50年，對(duì)于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期可取100年。重現(xiàn)期為年通常俗稱為年一遇。－－平均值－－根方差－－設(shè)計(jì)最大風(fēng)速－－保證系數(shù)（六）最大風(fēng)速的概率或概率密度曲線（線型）采用極值型分布曲線，它的概率分布函數(shù)為：設(shè)計(jì)值與平均值及根方差的關(guān)系基于上述六個(gè)條件，我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定，基本風(fēng)壓系以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面、離地10m高，統(tǒng)計(jì)所得30年一遇10分鐘平均最大風(fēng)

8、速為標(biāo)準(zhǔn)。一般按確定的風(fēng)