估算高层建筑顺风向等效风荷载和响应简化方法

高层建筑的等效设计风荷载与风振响应研究——基于某典型高层建筑详细的风洞试验结果，计算分析了该结构的基础等效静风荷载及结构顶部峰值加速度响应，与前期的风洞试验结果相对比，评估了不同风洞试验条件和周边建筑对试验结果的影响，获得的结果可以用于此结构...

基于某典型高层建筑详细的风洞试验结果,计算分析了该结构的基础等效静风荷载及结构顶部峰值加速度响应,与前期的风洞试验结果相对比,评估了不同风洞试验条件和周边建筑对试验结果的影响,获得的结果可以用于此结构的抗风设计以及居住者舒适度评估。

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.

以重庆宾馆为工程背景,制作了缩尺比为1∶300的试验模型,并进行了刚性模型同步测压风洞试验,采集了重庆宾馆建筑表面的脉动风压时程。风洞试验包括有周边建筑和无周边建筑两类工况。采用风洞试验的脉动风压时程数据,考虑该高层建筑2个主轴方向的前4阶弯曲模态,进行了其风致响应研究,得到了建筑顶部的位移响应和加速度响应,并进行了人体舒适度验算。采用惯性风荷载法,研究了建筑主轴方向的等效静力风荷载。结果表明:对于高度为300m的混凝土高层建筑,仅考虑1阶模态进行风致响应分析,位移响应能满足工程精度的要求,但加速度响应误差较大,至少应考虑前4阶模态;重庆宾馆10年重现期下建筑顶部的峰值加速度为0.144m/s2,满足舒适度限制要求;横风向平均风荷载较小,但惯性风荷载较大。

超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究——为避免中国现行《建筑结构荷载规范》(gb50009-2001)中所采用的风振系数仅考虑结构的1阶振型，而不考虑周围环境影响对体型不规则超高层建筑结构抗风设计造成的不合理性，采用风洞试验与风振动力响应计算分析相结合的...

在确定高层建筑顺风向风致响应及等效静力风荷载时,顺风向荷载的竖向相干函数是非常重要的因素之一。目前的大多数研究均是以风速的相干函数来代替风压的相干函数,导致计算结果的误差较大。根据多个高层建筑模型表面测压风洞试验结果,详细分析高层建筑脉动阻力在b、d两类风场中的竖向相干特性,给出顺风向阻力竖向相干函数衰减指数cdz的公式,并与有关文献中提出的davenport、shiotani、eccs等三种风速相干函数的表达公式进行比较,指出阻力相干性要明显大于风速相干性。结合准定常理论,计算一栋实际高层建筑的顺风向风致响应。结果表明:利用给出的阻力竖向相干函数得到的结果与根据风洞试验数据计算的结果相吻合,而其他几种表达公式导致的响应误差则较大,最大可达30%。

高层建筑横风向风振响应和等效静风荷载备受风工程和结构工程领域的关注。横风向风荷载产生机理复杂,一般认为主要来源于紊流、尾流及旋涡脱落和气动阻尼。横风向风振主要是旋涡脱落下的涡激振动,各国规范大都规定圆柱体横风向涡激振动是确定性振动,非圆截面要依据风洞试验确定。该文综合众多试验研究,提出了在准定常理论不适用情况下的随机振动分析方法,建立了超高层建筑的横风向等效静风荷载的计算模型。引入横风力谱,考虑气动阻尼,对某矩形截面建筑进行了等效静风荷载分析,并对相关参数进行了分析。分析结果表明,按随机振动理论建立计算模型是可行的,当计算横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性。

第23卷第7期vol.23no.7工程力学 2006年7月july2006engineeringmechanics93 ——————————————— 收稿日期：2004-10-14；修改日期：2005-05-14 基金项目：国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50321003)；教育部“高等学校骨干教师资助计划”联合资助 作者简介：*顾明(1957)，男，江苏兴化人，教授，博导，长江学者，主要从事结构抗风研究(e-mail:minggu@mail.tongji.edu.cn)； 叶丰(1977)，男，江西上饶人，博士生，主要从事结构抗风研究。 文章编号：1000-4750(2006)07-0093-06 高层建筑风致响应和等效静力风荷载的特征 *顾明，叶丰 (同济大学土木工程防灾国家重点实验室，上海200092) 摘

工程力学97 0 50 100 150 200 250 300 0.02.0x1094.0x1096.0x1098.0x1091.0x1010 顺风向弯矩/(n·m) he ig ht /m 均值 背景分量 共振分量 总量 0 50 100 150 200 250 300 0.03.0x1096.0x1099.0x1091.2x1010 横风向弯矩/(n·m) he ig ht /m 背景分量 共振分量 总量 图3选定建筑在d类风场中的弯矩响应 fig.3bendingmomentofbuildinginterraincategoryd 3.2响应和广义阵风效应因子随风速的变化特征 本节讨论响应和ggef随风速的变化。计算了 不同风速下所选建筑在b类风场中的顺、横风向的

详细讨论了高层建筑风致振动和等效静力风荷载的计算方法及其特征。将结构风致响应分解为平均响应、动力响应的背景分量和共振分量,给出了相应的计算公式;还给出了背景和共振等效静力风荷载的计算公式,提出了等效静力风荷载组合的一种简便方法,并讨论了计算背景分量的qml法和lrc法的差异。最后,以一典型高层建筑为算例,讨论了高层建筑风致响应和等效静力风荷载的主要特征。

高层建筑等效静力风荷载分析

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。

该文应用振型加速度法求解高层建筑的顺风向风致随机内力响应,得到以恢复力表示的包含拟静力项和惯性力项的内力解。在此基础上提出了基于风致内力的等效静力荷载及简化分布公式。考察了目前国内外多种等效静力荷载方法的有效性,最后通过数值算例的比较说明该方法具有适用范围广、精度高、收敛快的特点。

作为对高层建筑起控制作用的风致振动；顺风向响应在抗风设计中尤为重要.多国风荷载规范均给出了典型的矩形断面形式的高层建筑顺风向响应计算方法；但不同的计算方法导致结果存在偏差.以某矩形高层建筑为例；基于风洞试验比较研究中国、美国及加拿大规范计算方法.研究表明:因平均风速定义的差异；中国风振系数取值要高于美国的阵风影响系数；相比频域法的计算结果；中国规范中采用的惯性风荷载法计算结果偏大；在相同风荷载作用下；中国和加拿大规范方法得到的顺风向最大位移响应值偏大；结构设计偏于保守.美国规范的计算结果相对偏小；相对偏于不安全；相比于加拿大阵风荷载因子法；中国惯性风荷载法风致响应偏小.

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　　收稿日期:2005-05-11 　　作者简介:张建国(1974-),男,在职博士生,厦门大学土木工程系讲师,主要从事结构工程研究. 文章编号:167124229(2005)0620532205 高层建筑静力等效风荷载研究 张建国1,2,顾　明1,张永山3 (1.同济大学土木工程防灾国家重点实验室,上海　200092;2.厦门大学土木工程系,福建厦门　361005; 3.广州大学土木工程学院,广东广州　510006) 摘　要:静力等效风荷载是联系风工程师和结构工程师的纽带,在国内外的风荷载规范中都具有重要意义.文 章系统地介绍了国内外对高层建筑静力等效风荷载的研究成果,阐述了各种静力等效风荷载的物理意义,比较 了各自的优缺点,以供我国有关研究和设计人员参考. 关键词:高层建筑;静力

分析了某高层建筑的多通道同步测压风洞试验。利用随机振动理论计算了结构等效静力风荷载,分析了风荷载随风向的变化关系,计算了结构顶部峰值加速度响应,对居住者舒适度进行了评价。

基于瞬态脉动测压方法,分析了典型断面高层建筑结构各层合力的相干特性,结果显示横风向脉动风荷载在漩涡脱落频率处存在和顺风向不同的显著相关性,相干函数值接近于1。采用拟合方法提出了一个各层横风向脉动风荷载的相干函数公式,并给出了采用脉动测压技术分析高层建筑风振响应与等效荷载的简化方法。采用caarc高层建筑标模做了风洞试验,将其结果与高频底座力天平方法的试验和规范方法的计算结果作了对比,结果较为满意。采用本文方法可以克服力天平方法要求结构的基阶模态必须线性且不能给出结构沿高度的荷载分布等缺点。最后结合一具体的工程实例,分析了深圳新万基国际大厦的风振响应和等效设计荷载

推导了高层建筑在脉动风荷载作用下考虑桩-土-结构相互作用时其顺风向风振响应的计算公式,通过算例说明桩-土-结构相互作用对结构顺风向风振响应有明显的影响。一般而言,在结构的风振响应分析中,考虑相互作用并不总是安全的,在土中阻尼较小时,考虑相互作用后,结构弹性位移有可能会大于刚性地基的弹性位移,而结构总响应的幅值总是大于刚性基础时响应的幅值,结构越是高柔,该现象越为明显,考虑了桩-土-结构相互作用后有可能增加结构风振时的不舒适度。因此,在高层建筑的风振响应分析中应当综合考虑桩-土-结构相互作用的影响。

超高层建筑结构横风向风荷载研究——对于超高层建筑结构，我国荷载规范只给出了顺风向的抗风设计方法，对于横风向风荷载则并没有给出规定。而在实际工程中的超高层建筑，有时横风向风荷载远大于顺风项，为控制荷载，因此目前我国荷载规范在超结构的横风向抗风设...

针对矩形截面的高层建筑物,对不同高宽比和边长比的9种模型进行风洞实验,通过对大量数据的处理和分析,考察了模型高度、高宽比、边长比对高层建筑物扭转风向风力功率谱(扭矩功率谱)的影响规律,并拟合出了一个以风速、湍流强度、边长比等为参数的高层建筑物扭矩功率谱密度函数的数学表达式,与试验结果吻合较好,证明它是合理有效的.

引入横风力谱模型,分析了某高宽比为6的方形截面高层建筑在不同地貌和风速条件下的横风向风振响应.同时考虑正气动阻尼的影响,获得该建筑在不同自振基频下的风振响应及气动阻尼影响的规律.分析结果表明,对于处于低粗糙度地貌并受较高风速作用的低频建筑物,当计算其横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性.