估算高層建筑順風向等效風荷載和響應(yīng)簡化方法

高層建筑的等效設(shè)計風荷載與風振響應(yīng)研究——基于某典型高層建筑詳細的風洞試驗結(jié)果，計算分析了該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)等效靜風荷載及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng)，與前期的風洞試驗結(jié)果相對比，評估了不同風洞試驗條件和周邊建筑對試驗結(jié)果的影響，獲得的結(jié)果可以用于此結(jié)構(gòu)...

基于某典型高層建筑詳細的風洞試驗結(jié)果,計算分析了該結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)等效靜風荷載及結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),與前期的風洞試驗結(jié)果相對比,評估了不同風洞試驗條件和周邊建筑對試驗結(jié)果的影響,獲得的結(jié)果可以用于此結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計以及居住者舒適度評估。

從懸臂梁振動理論出發(fā),討論了高層建筑風響應(yīng)的計算以及在風洞中利用高頻天平測量高層建筑風荷載的原理,并進一步分析討論了沿建筑物高度分布的平均風力、脈動風力、風致振動慣性力以及建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計所需要的等效靜態(tài)風荷載的確定問題,指出了所提方法的局限性和應(yīng)用范圍,可為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的風荷載確定提供參考.分析結(jié)果表明,求沿高層建筑高度分布的等效靜態(tài)風荷載的方法適用于順風向風力,在應(yīng)用于橫風向風力時由于渦脫落力的影響有理論誤差.

以重慶賓館為工程背景,制作了縮尺比為1∶300的試驗?zāi)Ｐ?并進行了剛性模型同步測壓風洞試驗,采集了重慶賓館建筑表面的脈動風壓時程。風洞試驗包括有周邊建筑和無周邊建筑兩類工況。采用風洞試驗的脈動風壓時程數(shù)據(jù),考慮該高層建筑2個主軸方向的前4階彎曲模態(tài),進行了其風致響應(yīng)研究,得到了建筑頂部的位移響應(yīng)和加速度響應(yīng),并進行了人體舒適度驗算。采用慣性風荷載法,研究了建筑主軸方向的等效靜力風荷載。結(jié)果表明:對于高度為300m的混凝土高層建筑,僅考慮1階模態(tài)進行風致響應(yīng)分析,位移響應(yīng)能滿足工程精度的要求,但加速度響應(yīng)誤差較大,至少應(yīng)考慮前4階模態(tài);重慶賓館10年重現(xiàn)期下建筑頂部的峰值加速度為0.144m/s2,滿足舒適度限制要求;橫風向平均風荷載較小,但慣性風荷載較大。

超高層建筑的風振響應(yīng)及等效靜風荷載研究——為避免中國現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(gb50009-2001)中所采用的風振系數(shù)僅考慮結(jié)構(gòu)的1階振型，而不考慮周圍環(huán)境影響對體型不規(guī)則超高層建筑結(jié)構(gòu)抗風設(shè)計造成的不合理性，采用風洞試驗與風振動力響應(yīng)計算分析相結(jié)合的...

在確定高層建筑順風向風致響應(yīng)及等效靜力風荷載時,順風向荷載的豎向相干函數(shù)是非常重要的因素之一。目前的大多數(shù)研究均是以風速的相干函數(shù)來代替風壓的相干函數(shù),導致計算結(jié)果的誤差較大。根據(jù)多個高層建筑模型表面測壓風洞試驗結(jié)果,詳細分析高層建筑脈動阻力在b、d兩類風場中的豎向相干特性,給出順風向阻力豎向相干函數(shù)衰減指數(shù)cdz的公式,并與有關(guān)文獻中提出的davenport、shiotani、eccs等三種風速相干函數(shù)的表達公式進行比較,指出阻力相干性要明顯大于風速相干性。結(jié)合準定常理論,計算一棟實際高層建筑的順風向風致響應(yīng)。結(jié)果表明:利用給出的阻力豎向相干函數(shù)得到的結(jié)果與根據(jù)風洞試驗數(shù)據(jù)計算的結(jié)果相吻合,而其他幾種表達公式導致的響應(yīng)誤差則較大,最大可達30%。

高層建筑橫風向風振響應(yīng)和等效靜風荷載備受風工程和結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的關(guān)注。橫風向風荷載產(chǎn)生機理復雜,一般認為主要來源于紊流、尾流及旋渦脫落和氣動阻尼。橫風向風振主要是旋渦脫落下的渦激振動,各國規(guī)范大都規(guī)定圓柱體橫風向渦激振動是確定性振動,非圓截面要依據(jù)風洞試驗確定。該文綜合眾多試驗研究,提出了在準定常理論不適用情況下的隨機振動分析方法,建立了超高層建筑的橫風向等效靜風荷載的計算模型。引入橫風力譜,考慮氣動阻尼,對某矩形截面建筑進行了等效靜風荷載分析,并對相關(guān)參數(shù)進行了分析。分析結(jié)果表明,按隨機振動理論建立計算模型是可行的,當計算橫風向風振響應(yīng)時,應(yīng)適當考慮正氣動阻尼的影響,使計算結(jié)果更具真實性。

第23卷第7期vol.23no.7工程力學 2006年7月july2006engineeringmechanics93 ——————————————— 收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14 基金項目：國家自然科學基金創(chuàng)新研究群體科學基金(50321003)；教育部“高等學校骨干教師資助計劃”聯(lián)合資助 作者簡介：*顧明(1957)，男，江蘇興化人，教授，博導，長江學者，主要從事結(jié)構(gòu)抗風研究(e-mail:minggu@mail.#edu.cn)； 葉豐(1977)，男，江西上饒人，博士生，主要從事結(jié)構(gòu)抗風研究。 文章編號：1000-4750(2006)07-0093-06 高層建筑風致響應(yīng)和等效靜力風荷載的特征 *顧明，葉豐 (同濟大學土木工程防災(zāi)國家重點實驗室，上海200092) 摘

工程力學97 0 50 100 150 200 250 300 0.02.0x1094.0x1096.0x1098.0x1091.0x1010 順風向彎矩/(n·m) he ig ht /m 均值 背景分量 共振分量 總量 0 50 100 150 200 250 300 0.03.0x1096.0x1099.0x1091.2x1010 橫風向彎矩/(n·m) he ig ht /m 背景分量 共振分量 總量 圖3選定建筑在d類風場中的彎矩響應(yīng) fig.3bendingmomentofbuildinginterraincategoryd 3.2響應(yīng)和廣義陣風效應(yīng)因子隨風速的變化特征 本節(jié)討論響應(yīng)和ggef隨風速的變化。計算了 不同風速下所選建筑在b類風場中的順、橫風向的

詳細討論了高層建筑風致振動和等效靜力風荷載的計算方法及其特征。將結(jié)構(gòu)風致響應(yīng)分解為平均響應(yīng)、動力響應(yīng)的背景分量和共振分量,給出了相應(yīng)的計算公式;還給出了背景和共振等效靜力風荷載的計算公式,提出了等效靜力風荷載組合的一種簡便方法,并討論了計算背景分量的qml法和lrc法的差異。最后,以一典型高層建筑為算例,討論了高層建筑風致響應(yīng)和等效靜力風荷載的主要特征。

高層建筑等效靜力風荷載分析

基于風洞試驗數(shù)據(jù)和隨機振動理論,本文提出了矩形高層建筑橫風向風振響應(yīng)簡化計算公式,這些簡化公式的提出將求高層建筑橫風向風振響應(yīng)的復雜積分變?yōu)榉奖愕拇鷶?shù)運算。本文應(yīng)用這些簡化公式對大量的矩形高層建筑實例進行了計算、分析。將本文提出的簡化公式計算結(jié)果與積分計算結(jié)果比較,相對誤差基本上在5%以內(nèi),因此本文提出的公式有較高的精度。用本文簡化公式計算得到的高層建筑橫風向風振響應(yīng)與日本建筑荷載規(guī)范、加拿大國家建筑規(guī)范計算得到的橫風向風振響應(yīng)比較,總體上差異較小。由于本文提出的簡化公式所依據(jù)的風洞試驗?zāi)Ｐ秃蛿?shù)據(jù)較為精細,因此本文簡化公式有相當高的可靠性與合理性。

該文應(yīng)用振型加速度法求解高層建筑的順風向風致隨機內(nèi)力響應(yīng),得到以恢復力表示的包含擬靜力項和慣性力項的內(nèi)力解。在此基礎(chǔ)上提出了基于風致內(nèi)力的等效靜力荷載及簡化分布公式。考察了目前國內(nèi)外多種等效靜力荷載方法的有效性,最后通過數(shù)值算例的比較說明該方法具有適用范圍廣、精度高、收斂快的特點。

作為對高層建筑起控制作用的風致振動；順風向響應(yīng)在抗風設(shè)計中尤為重要.多國風荷載規(guī)范均給出了典型的矩形斷面形式的高層建筑順風向響應(yīng)計算方法；但不同的計算方法導致結(jié)果存在偏差.以某矩形高層建筑為例；基于風洞試驗比較研究中國、美國及加拿大規(guī)范計算方法.研究表明:因平均風速定義的差異；中國風振系數(shù)取值要高于美國的陣風影響系數(shù)；相比頻域法的計算結(jié)果；中國規(guī)范中采用的慣性風荷載法計算結(jié)果偏大；在相同風荷載作用下；中國和加拿大規(guī)范方法得到的順風向最大位移響應(yīng)值偏大；結(jié)構(gòu)設(shè)計偏于保守.美國規(guī)范的計算結(jié)果相對偏??；相對偏于不安全；相比于加拿大陣風荷載因子法；中國慣性風荷載法風致響應(yīng)偏小.

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　　收稿日期:2005-05-11 　　作者簡介:張建國(1974-),男,在職博士生,廈門大學土木工程系講師,主要從事結(jié)構(gòu)工程研究. 文章編號:167124229(2005)0620532205 高層建筑靜力等效風荷載研究 張建國1,2,顧　明1,張永山3 (1.同濟大學土木工程防災(zāi)國家重點實驗室,上海　200092;2.廈門大學土木工程系,福建廈門　361005; 3.廣州大學土木工程學院,廣東廣州　510006) 摘　要:靜力等效風荷載是聯(lián)系風工程師和結(jié)構(gòu)工程師的紐帶,在國內(nèi)外的風荷載規(guī)范中都具有重要意義.文 章系統(tǒng)地介紹了國內(nèi)外對高層建筑靜力等效風荷載的研究成果,闡述了各種靜力等效風荷載的物理意義,比較 了各自的優(yōu)缺點,以供我國有關(guān)研究和設(shè)計人員參考. 關(guān)鍵詞:高層建筑;靜力

分析了某高層建筑的多通道同步測壓風洞試驗。利用隨機振動理論計算了結(jié)構(gòu)等效靜力風荷載,分析了風荷載隨風向的變化關(guān)系,計算了結(jié)構(gòu)頂部峰值加速度響應(yīng),對居住者舒適度進行了評價。

超高層建筑結(jié)構(gòu)橫風向風荷載研究——對于超高層建筑結(jié)構(gòu)，我國荷載規(guī)范只給出了順風向的抗風設(shè)計方法，對于橫風向風荷載則并沒有給出規(guī)定。而在實際工程中的超高層建筑，有時橫風向風荷載遠大于順風項，為控制荷載，因此目前我國荷載規(guī)范在超結(jié)構(gòu)的橫風向抗風設(shè)...

第07卷第10期中國水運vol.7no.10 2007年10月chinawatertransportoctober2007 收稿日期：2007-7-11 作者簡介：蔡志波男（1973—）江漢油田設(shè)計院勘察室工程師（433123） 研究方向：巖土工程 高層建筑風荷載及抗風設(shè)計 蔡志波 摘要：隨著輕質(zhì)高強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。故風對高層建筑的影響越來越大。所以必須認真對待高層建筑中風荷載。本文通過簡述風的起因、 風的特征、風壓及

弦支穹頂結(jié)構(gòu)風荷載響應(yīng)研究——弦支穹頂結(jié)構(gòu)是由單層網(wǎng)殼和張拉整體復合而成的空間結(jié)構(gòu)。將水平風荷載和豎向風荷載分別分為靜風荷載和脈動風載。討論了荷載作用下跨度為35.4m和70.8m兩個典型弦支穹項結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移響應(yīng),并與相應(yīng)的單層網(wǎng)殼進行了對比分析。...

高層建筑局部構(gòu)件的風荷載效應(yīng)——高層建筑中局部構(gòu)件的質(zhì)量在總體結(jié)構(gòu)分析時，往往作為靜荷載加到各層樓面，這在動力分析中相當于局部構(gòu)件與主體剛結(jié)，與實際情況比較吻合。盡管它們之間可有彈性變形，但這種變形狀態(tài)對于主體結(jié)構(gòu)的動力特性的影響極其微小。因...

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