高層建筑風(fēng)荷載及抗風(fēng)設(shè)計(jì).pdf

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1、第07卷第10期中國(guó)水運(yùn)Vol.7No.102007年10月ChinaWaterTransportOctober2007高層建筑風(fēng)荷載及抗風(fēng)設(shè)計(jì)蔡志波摘要：隨著輕質(zhì)高強(qiáng)新型建筑材料的不斷涌現(xiàn)，高層建筑不但建筑形式變化多樣，而且結(jié)構(gòu)體型也朝著高大、輕柔的方向發(fā)展。故風(fēng)對(duì)高層建筑的影響越來(lái)越大。所以必須認(rèn)真對(duì)待高層建筑中風(fēng)荷載。本文通過(guò)簡(jiǎn)述風(fēng)的起因、風(fēng)的特征、風(fēng)壓及風(fēng)荷載,更進(jìn)一步說(shuō)明了高層建筑中結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)，從而達(dá)到風(fēng)振控制以其實(shí)現(xiàn)采用非承重控制裝置施加控制力抵御風(fēng)振反應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。關(guān)鍵詞：高層建筑風(fēng)荷載風(fēng)振控制抗風(fēng)設(shè)計(jì)+中圖分類號(hào)：TU97332文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

2、A文章編號(hào)：1006-7973（2007）10-0078-03風(fēng)對(duì)建筑物的作用是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，因此，建筑物的風(fēng)1.276p?0.378eρ=()荷載包括三個(gè)部分：(1)平均風(fēng)壓產(chǎn)生的平均力(靜態(tài)荷載)；(2)10.00366+t1000脈動(dòng)風(fēng)壓產(chǎn)生的隨機(jī)脈動(dòng)力(動(dòng)態(tài)荷載)；(3)由于風(fēng)致建筑物其中，e為水汽壓,hPa；t為溫度，℃；P為大氣壓，hPa。振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力(動(dòng)態(tài)荷載)。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)風(fēng)荷風(fēng)壓作用將產(chǎn)生的結(jié)果：1)使結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的內(nèi)載不容忽視，要比較準(zhǔn)確地確定風(fēng)荷載往往要依賴于模型風(fēng)力和不穩(wěn)定；2)使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過(guò)大的撓度或變形，引起外

3、墻洞試驗(yàn)，風(fēng)洞模型的高頻動(dòng)態(tài)天平試驗(yàn)直接測(cè)量剛性模型底和裝飾材料的破壞；3)由反復(fù)的風(fēng)振動(dòng)作用，引起結(jié)構(gòu)或構(gòu)部的剪力和力矩，通過(guò)相似理論轉(zhuǎn)換得到的是風(fēng)作用在建筑件疲勞損壞；4)由于風(fēng)振作用即動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，使建筑物的居位物底部的平均風(fēng)力和脈動(dòng)風(fēng)力及其功率譜，由此計(jì)算得到相者產(chǎn)生不舒適感。應(yīng)建筑物的位移和加速度響應(yīng)。2．風(fēng)荷載一、結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載（1）風(fēng)荷載的種類及特點(diǎn)1．風(fēng)的成因、特性及風(fēng)壓風(fēng)對(duì)建筑物的作用是一個(gè)隨機(jī)過(guò)程，因此，建筑物的風(fēng)空氣的水平運(yùn)動(dòng)稱為風(fēng)。風(fēng)是由于空氣從氣壓高處向氣荷載包括三個(gè)部分：1）平均風(fēng)壓產(chǎn)生的平均力；2）脈動(dòng)風(fēng)壓低處流動(dòng)而形成的,所以氣壓在水

4、平方向上分布不均勻就壓產(chǎn)生的隨機(jī)脈動(dòng)力；3）由于風(fēng)致建筑物振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力。是風(fēng)產(chǎn)生的直接原因。對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō)，動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載不容忽視，要比較準(zhǔn)確地確風(fēng)速觀測(cè)記錄表明瞬時(shí)風(fēng)速包含兩種成分：周期在定風(fēng)荷載往往要依賴于模型風(fēng)洞試驗(yàn)。10min以上的平均風(fēng)和周期在幾秒鐘的脈動(dòng)風(fēng)。由于受地表風(fēng)荷載是由于工程結(jié)構(gòu)阻塞大氣邊界層氣流的運(yùn)動(dòng)而引阻力等因素影響，風(fēng)向與水平面有一夾角(一般在±10°范圍起，具有以下特點(diǎn)：1）風(fēng)荷載與空間位置及時(shí)間(不確定性)內(nèi))。表征風(fēng)特性的參數(shù)有：1)平均風(fēng)速剖面；2)紊流風(fēng)速剖有關(guān)，受地形、地貌、周圍建筑環(huán)境等因素影響；2）風(fēng)荷載面；3)脈

5、動(dòng)風(fēng)速譜；4)湍流積分強(qiáng)度等。邊界層中運(yùn)動(dòng)的空與結(jié)構(gòu)的幾何外形相關(guān)，結(jié)構(gòu)不同部分對(duì)風(fēng)敏感程度不同；3）氣可視為低速、不可壓縮流體。可根據(jù)Bernouli方程由風(fēng)速對(duì)具有顯著非線性特征的結(jié)構(gòu)，可能產(chǎn)生流固耦合效應(yīng)；4）確定風(fēng)壓。結(jié)構(gòu)尺寸可能在多個(gè)方向比較接近，風(fēng)荷載需要考慮空間相風(fēng)壓是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中基本的設(shè)計(jì)依據(jù)之一,其取值大關(guān)性；5）脈動(dòng)風(fēng)的強(qiáng)度、頻率、風(fēng)向是隨機(jī)的；6）風(fēng)荷載小對(duì)高層建筑物的經(jīng)濟(jì)、適用與安全有密切的關(guān)系?；撅L(fēng)具有靜力和動(dòng)力的雙重特點(diǎn)，其動(dòng)力部分即脈動(dòng)風(fēng)的作用會(huì)壓是在最大風(fēng)速時(shí)，垂直于風(fēng)向的平面上所受到的壓力，根引起高層建筑的振動(dòng)(即風(fēng)振)

6、。據(jù)全國(guó)各臺(tái)站重現(xiàn)期50年的最大風(fēng)速作為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)速二、高層建筑的風(fēng)振控制V0，再按貝努利方程確定基本風(fēng)壓W0：1．結(jié)構(gòu)控制的概念12最早是由Kabori和Minai在1960年提出的。美國(guó)的WV=ρ002T·P·Yao教授在1972年確立了結(jié)構(gòu)控制研究的學(xué)術(shù)地位，選取自記10min平均最大風(fēng)速作為統(tǒng)計(jì)樣本，計(jì)算風(fēng)壓并于同年提出了土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的概念。與結(jié)構(gòu)自身時(shí)必須考慮臺(tái)站的空氣密度的影響?？諝饷芏裙饺缦拢旱募庸毯图訌?qiáng)相比，,結(jié)構(gòu)中引進(jìn)附加控制系統(tǒng)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。結(jié)構(gòu)控制是控制技術(shù)和建筑領(lǐng)域的交叉學(xué)科，是建筑收稿日期：2007-7-11作者簡(jiǎn)介

7、：蔡志波男（1973—）江漢油田設(shè)計(jì)院勘察室工程師（433123）研究方向：巖土工程第10期蔡志波：高層建筑風(fēng)荷載及抗風(fēng)設(shè)計(jì)79模型下應(yīng)用控制理論達(dá)到建筑安全、舒適目標(biāo)的課題。根據(jù)一種新控制策略———AMTMD。AMTMD聚MTMD和控制力是否有外加能源輸入，結(jié)構(gòu)控制可分為被動(dòng)控制和主ATMD的優(yōu)點(diǎn)于一體，能夠用多個(gè)較小的質(zhì)量和(或)主動(dòng)力動(dòng)控制。前者無(wú)外加能源，控制力是由結(jié)構(gòu)響應(yīng)被動(dòng)施加的；代替單一的大質(zhì)量和控制力，為超高層建筑的控制實(shí)現(xiàn)提供后者是有外加能源的控制，主動(dòng)控制是由一定的控制理論計(jì)了一個(gè)可行的方法。算后主動(dòng)施加的，,因此，它更優(yōu)于被動(dòng)控制，但它

8、有控制力5）杠桿式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(LT-TMD)小等