土木工程结构抗风设计 南航5
土木工程中的风载荷效应与结构抗风设计
土木工程中的风载荷效应与结构抗风设计土木工程中的风载荷效应与结构抗风设计引言：风是地球大气系统中重要的一部分，其强度和方向对土木工程结构具有重要影响。
土木工程中的风载荷效应及结构抗风设计是保证工程结构安全可靠的关键。
本文将从风的基本知识、风载荷效应以及结构抗风设计三个方面进行探讨。
一、风的基本知识风的形成：风是由于地球表面温度和压力差异引起的空气运动。
温度差异引起的气压差异形成气压梯度，从而产生风。
风的强度：风的强度可以通过风速来表示，一般以米/秒（m/s）为单位。
根据风速的不同，可以将风分为轻风、微风、和大风等不同等级。
风的方向：风的方向是指风吹过的方向，一般以风向标来表示。
风向的测量可以通过气象仪器或者标志物来进行。
二、风载荷效应风压力：风对建筑物表面产生的压力称为风压力。
风压力的大小与风速和建筑物表面积有关。
一般情况下，风速越大、建筑物表面积越大，所受风压力越大。
风荷载：风对建筑物产生的力称为风荷载。
风荷载是指风对建筑物各部分产生的垂直和水平力。
风荷载的大小与风速、建筑物形状和高度有关。
三、结构抗风设计风荷载计算：结构抗风设计的第一步是计算风荷载。
风荷载计算可以通过风洞试验、数值模拟和规范计算等方法进行。
根据计算结果，确定结构所受的风荷载。
结构抗风设计原则：结构抗风设计的原则是保证结构在风荷载作用下不发生破坏或失稳。
具体设计原则包括增加结构的刚度、增加结构的稳定性、减小结构的风荷载等。
结构抗风设计方法：结构抗风设计方法包括选材、结构形式选择、连接方式选择等。
选材时要选择具有良好抗风性能的材料；在结构形式选择时要考虑结构的刚度和稳定性；在连接方式选择时要选择能够有效传递风荷载的连接方式。
结论：土木工程中的风载荷效应与结构抗风设计是保证工程结构安全可靠的重要因素。
了解风的基本知识，计算风荷载，并根据设计原则和方法进行结构抗风设计，可以有效保证土木工程结构的安全性。
在今后的工程实践中，需要继续深入研究风载荷效应与结构抗风设计，以提高土木工程结构的抗风能力。
建筑结构设计中的抗风性能研究与优化
建筑结构设计中的抗风性能研究与优化随着城市化进程的不断加速，高楼大厦成为现代城市的重要标志与特色，但同时也面临着自然灾害带来的挑战，尤其是抗风性能的要求。
建筑结构设计中的抗风性能研究与优化，成为了工程师们需要解决的重要问题。
一、抗风性能的重要性建筑结构在受到强风的作用下常常会产生振动现象，如果结构刚性不足或者设计不合理，很容易导致结构破坏，甚至发生倒塌事故。
因此，抗风性能的研究与优化对于确保建筑安全和人员生命财产安全具有至关重要的意义。
二、风荷载的评估与计算抗风性能的研究和优化首先需要进行风荷载的评估与计算。
通常采用的方法有：国家标准规定的静风和动风荷载计算方法，还有一些国际上通用的风洞试验与计算方法。
这些方法可以根据建筑的性质和地理环境的风速特性，对风荷载进行准确的评估与计算。
三、抗风结构设计与优化在风荷载计算的基础上，需要进行抗风结构的设计与优化。
抗风结构的设计包括选择合适的材料和结构形式，并确定适当的结构刚度与强度。
优化设计则是通过计算机模拟和试验验证，对结构的参数进行调整和优化，以提高抗风性能。
常见的优化方法有：增大结构的刚度和强度，采用减震和承载体控制等。
四、影响抗风性能的因素抗风性能的优化与研究受到许多因素的影响，包括：结构形式、几何形态和尺寸、材料力学性能、结构连接方式、地基土的承载能力等。
工程师需综合考虑这些因素，进行系统的计算和分析。
五、国内外抗风技术与经验借鉴在建筑结构设计中，可以借鉴国内外的抗风技术与经验。
例如，日本在地震频繁的环境下，建筑结构的抗震与抗风技术相对成熟，可以从其经验中汲取灵感；美国则在抗风方面积累了丰富的研究成果，将其应用到建筑结构中，提高了抗风能力。
六、未来展望随着科技的不断进步，建筑结构设计中的抗风性能研究与优化也将取得更多的突破。
未来可能会涌现更多针对不同地理环境和建筑形式的抗风技术，同时应用新材料和新工艺，提高抗风能力，并且结构设计中的可持续性和环境友好性也将得到更多关注。
土木工程中的桥梁抗风设计技术
土木工程中的桥梁抗风设计技术桥梁作为连接两地交通的重要通道，在土木工程中占据着举足轻重的地位。
然而，在桥梁的设计和建设过程中，抗风是一个不可忽视的重要因素。
本文将介绍土木工程中的桥梁抗风设计技术，重点分析桥梁的抗风设计原则、设计方法和常用技术。
一、桥梁抗风设计原则在土木工程中，桥梁抗风设计的原则是保证桥梁在遭受风力作用时能够保持结构的稳定和安全。
具体而言，桥梁抗风设计需要考虑以下几个方面：1. 桥梁的形状设计：合理的桥梁形状设计可以减小桥梁受风的面积，降低风力对桥梁的影响。
例如，在大跨度桥梁的设计中，采用空腹箱梁或曲线形状的桥面板可以减小风阻力，提高桥梁的抗风性能。
2. 桥墩和支座的布置：桥墩和支座的布置对桥梁的抗风性能有着重要影响。
合理的桥墩布置可以增加桥梁的稳定性，减小风力对桥梁的作用力。
同时，在桥梁的设计中还需要考虑桥墩的高度和断面形状，以减小斜向风对桥梁的冲击力。
3. 桥面横向刚度的设计：桥面横向刚度对桥梁的抗风性能起着至关重要的作用。
适当增加桥面的横向刚度可以提高桥梁的自振周期，减小动力响应，增加桥梁的抗风能力。
二、桥梁抗风设计方法基于桥梁抗风设计原则，桥梁的抗风设计方法也日趋成熟。
常用的桥梁抗风设计方法包括静力分析和动力分析两种。
1. 静力分析：静力分析是桥梁抗风设计中较为简单和常用的分析方法。
它通过对桥梁结构所受风力的静力平衡分析，确定桥梁在不同风速下的受力状态，进而判断桥梁是否满足设计要求。
静力分析方法在桥梁设计初期用于快速评估桥梁的抗风能力具有一定的优势。
2. 动力分析：动力分析是桥梁抗风设计中较为精确和全面的分析方法。
它通过考虑风力的频谱特性，结合桥梁结构的固有振动特性，综合计算桥梁的响应和变形情况。
动力分析方法可以更加准确地评估桥梁的抗风性能，并对桥梁的关键部位进行优化设计。
三、常用的桥梁抗风技术为了提高桥梁的抗风性能，土木工程师们还开发了许多创新的桥梁抗风技术。
下面介绍两种常用的技术：1. 风洞试验技术：风洞试验是桥梁抗风设计中常用的实验方法，通过模拟真实风场的风洞试验，获取桥梁结构在不同风速下的受力和变形情况。
混凝土结构的抗风设计
混凝土结构的抗风设计引言：混凝土结构在现代建筑设计中起着至关重要的作用。
风是一种主要的自然力量，它对建筑物的安全性和稳定性有着巨大的影响。
因此，在混凝土结构设计过程中，抗风设计是非常重要的一环。
本文将探讨混凝土结构的抗风设计原理和方法，并介绍一些常用的设计规范。
一、风对混凝土结构的影响风是由大气运动引起的空气流动现象，具有惊人的威力。
在混凝土结构中，风对结构的影响主要体现在以下几个方面：1. 风荷载：风的作用会产生水平荷载，即风荷载，它会对建筑物施加压力，特别是对墙体、屋顶等立面结构的垂直表面产生较大压力。
2. 气流压力分布：在流体介质中，例如风，会产生静压和动压，对建筑物施加压力。
静压主要作用于建筑物表面，而动压则作用于建筑物各个方向的边缘区域。
3. 风振：风的振动频率可以与结构固有频率共振，使得结构产生共振振动，并且可能导致结构疲劳破坏。
二、抗风设计的基本原则在进行混凝土结构的抗风设计时，需要遵循以下几个基本原则：1. 定义设计风速：根据地理位置和气象资料，确定设计基准风速。
这是设计的起点，对结构的风荷载计算和抗风设计有着重要影响。
2. 考虑结构稳定性：抗风设计的首要考虑是结构的整体稳定性。
建筑物应具备足够的刚度和强度，以能够有效抵抗风荷载产生的压力。
3. 选择合适的结构形式：设计应综合考虑结构的外形、高度、重量等因素，选择适合的结构形式，以提供较佳的风荷载抵抗能力。
4. 强化连接与节点设计：风荷载会在结构的连接与节点处集中，因此需要设计合理的连接和节点细部，以确保结构的整体稳定性。
5. 考虑风振控制：对于高层建筑或其他易受风振影响的结构，需要进行风振分析，采用相应的控制措施，如阻尼器和减振器等，来减小结构产生共振振动的概率。
三、常用的抗风设计规范在混凝土结构的抗风设计中，有一些常用的规范和标准可以作为设计参考。
以下是国际上常用的两个规范：1. ACI 318：美国混凝土协会（American Concrete Institute）发布的混凝土结构设计规范，其中包括了关于风荷载计算和抗风设计的规定。
全套土木工程结构抗风设计
P 1 1 T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极 值Ⅰ型的概率分布函数。
F (x) exp{exp[(x ) / ]}
根据概率论 由风速资料
二、风作用效应
(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； (2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、
外装修材料的损坏； (3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏； (4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气
动力； (5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生
• 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不 可能同时作用在全部长度上。
• 10分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短 了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分， 风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速 的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因 ： （1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
结构类型
钢筋混凝土结构
钢结构
框架 框架－剪力墙 筒体及筒中筒
剪力墙 框架 框架－剪力墙 筒体及筒中筒 剪力墙
轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准
1/500 1/650 1/800 1/900 1/900 1/1000 1/1000 1/1200 1/450 1/500 1/700 1/800 1/800 1/900 1/900 1/1100
土木工程结构抗风设计概要
无法忍受 150gal
注： 其中 1gal=1/100m/s2
结构类型 框架 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 钢筋混凝土结构 1/500 1/650 1/800 1/900 1/900 1/1000 1/1000 1/1200 1/450 1/500 1/700 1/400～1/800 钢结构
三、效应分析方法
• 顺风向平均风——静力计算 • 顺风向脉动风——随机振动理论计算 • 横风向周期性风——按确定性荷载进行 动力计算
四、抗风设计要求
• • • • • 强度设计要求 刚度设计要求 舒适度设计要求 局部构件的合理设计——外墙、玻璃、女儿墙等 疲劳设计要求——高周疲劳
表1-1 高层建筑顶部水平位移与结构高之比Δ /H
风速风压关系
对工程结构设计计算来说，风力作用的大小直 接以风压来表示。
1 2 1 2 w v v 2 2 g
1.3 风对结构物的作用
一、风作用的类型
(1)顺风向力——由与风向一致的风力作用 (2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的 横风向(与风向垂直)力 (3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起
实测风速时程曲线
• 风与结构的耦合
风强度的表示方法
(1)蒲福风速表 英国人蒲福(F．Beaufort)于 l 805年拟定了风 级，根据风对地面(或海面)物体影响程度而定 出的带气旋最大平均风力12级或以上
(2)福基达龙卷风风力等级表 龙卷风——范围小而时间短的强烈旋风， 切向速度达100m/s。 美国芝加哥大学福基达(T．T．—Fujita)教 授曾于1970年提出龙卷风按最大风速划分为 7个等级. 规范中未考虑。
土木工程中的建筑物抗风设计与施工技术
土木工程中的建筑物抗风设计与施工技术近年来，自然灾害频发，其中风灾给建筑物的稳定性造成很大的威胁。
土木工程中的建筑物抗风设计和施工技术的研究和应用迫在眉睫。
本文将探讨土木工程中的建筑物抗风设计与施工技术，以期提高建筑物的抗风性能，确保人们的生命和财产安全。
1. 风力分析和设计标准在进行建筑物抗风设计之前，首先需要进行风力分析，并根据当地气象条件和设计要求确定风力设计标准。
建筑物的抗风性能在很大程度上取决于风荷载的合理估计。
1.1 风场分析风场的分析是抗风设计的前提。
通过测量和模拟得到当地的风速、风向、风荷载等参数，了解风场特征和分布规律，以便进行合理的风荷载估算。
1.2 风荷载计算风荷载计算是建筑物抗风设计的基础。
常用的方法有静力法和动力法。
在静力法中，风荷载根据建筑物表面积和风压系数进行计算；而在动力法中，需要考虑风荷载对建筑物产生的振动效应，采用结构动力学的理论进行分析。
1.3 设计标准根据国家、地区的相关规范和准则，设计师需要确定适用的抗风设计标准。
常见的标准包括《建筑抗风设计规范》以及国际上的ISO、ASCE等标准。
确保设计符合当地的环境和气候特点，并能够抵御一定程度的风灾。
2. 抗风结构设计在进行抗风结构设计时，需要充分考虑建筑物的形状、材料、结构系统等因素，以增强其抗风能力并降低损坏风险。
2.1 框架结构在土木工程中，框架结构是最常见的建筑结构形式。
钢结构和混凝土结构是常用的材料。
通过使用合适的截面形状、增加刚度和强度，以及提供适当的支撑和连接，可以增强框架结构的整体刚度和抗风能力。
2.2 剪力墙剪力墙是一种常见的抗风结构形式，能够承受侧向风荷载的作用。
通过设置混凝土或钢板墙体，可以提高建筑物的刚度和稳定性。
剪力墙的布置和尺寸应根据风荷载分布进行合理设计。
2.3 风洞试验风洞试验是评估建筑物抗风性能的常用方法。
通过在缩比的风洞中模拟实际风场条件，观察和记录建筑物的响应，可以对建筑结构进行有针对性的优化设计。
土木工程结构抗风设计 南航6
最大风振力为：
对于第l振型，上式变成
高耸结构设计规范建议取 L 0.25
一、烟囱
检查共振风速是否属于跨临界范围。烟囱属于空 心的结构，50m以上的烟囱平均外直径一般在4-12m之 间，周期在0.5-2.5s之间，斯脱罗哈数通常可取0.2。 由前所述，共振风速在24-40m／s之间，这样的风速在 实际工程中是能够出现的。又根据雷诺数的计算式， 雷诺数当在3.5X106以上。所以可以发生横风向旋涡脱 落共振。分析时应予以考虑。
图6-1 高耸结构的变形
二、按无限自由度体系的自振周期计算
对于变截面结构，振型方程应按任意截面 方程直接解出，从而求出自振频率或周期。
假定质量与 正比。当然，实际结构是千变万化的，如需精度 极高的频率及振型，应按结构动力学原理直接进 行计算。
lx 2 ( z )成正比，刚度EI(z)与lx 4 ( z ) 成
三、按有限自由度体系的自振周期计算
（1）按质量总数分散集中到点上。
这种按质星相等集中法，对质量数较多，例如超过 3个时，精确度尚能满足要求，但当质量数很小，例如 2个甚至1个，即产生十分可观的误差。当按质量总值 集中法集中一个质量于是臂型结构顶端时，对频率或 周期可以严生30.2％的误差。
（2）按动能相等原则为基础。
由以上各项简化，临界风速变成
第j振型的最大位移为：
Lj u Lj j ( z ) w0 x j max ( z ) 2 j
Lj 1 2 j
所以，有
对于第l振型，上式积分部分积分值为1.56， 如近似取1.6，则上式变成
c2 L D j ( z ) x1max ( z ) 2000 1m12
（1）只针对圆形截面高耸结构，如烟囱等。 （2）只验算跨临界范围，非跨临界范围不需验 算，只通过构造措施解决。
土木工程的结构抗风
土木工程的结构抗风风灾是自然灾害的主要灾种之一，其发生频繁，在全世界范围内造成了巨大的人员伤亡和经济损失。
其中对结构工程师来说，如何使自己的结构能够抵抗可能出现的风灾，也是近年来结构设计的重点之一。
近20年来，国内外建造了大量的重大工程建筑结构，在这些重大工程的设计中，强风作用下结构的风荷载往往决定着结构的安全性能，需要引起设计人员的高度重视。
风，即在外力作用下引起的气流流动。
首先能够影响到建筑安全性的风大多都是近地风。
那么近地的风有什么样的特点呢？在流体力学中我们知道，流体固壁对流体的剪切力使得流体速度接近于零，并且随着与固壁距离的增大这种剪力会减小。
同理，地球表面通过地面的摩擦对空气水平运动产生阻力,从而使气流速度减慢,该阻力对气流的作用随高度的增加而减弱,当超过了某一高度之后,就可以忽略这种地面摩擦的影响,气流将沿等压线以梯度风速流动,称这一高度为大气边界层高度或边界层厚度，一般达到几百米以上。
结构上需要考虑的风都处于大气边界层中。
在边界层以上的大气称为自由大气，以梯度风速流动的起点高度称作梯度风高度，用zc 表示，梯度风速用vzc表示，就可以得到以下一个定性的风速关系：一般来说如果与流体力学相对应的话，大气边界层内近地层的气流是湍流。
而在自由大气中的空气流动则是层流，基本上是沿着等压线以梯度速度流动（均匀流）。
作为土木工程结构设计者，我们最关心的是处于大气边界层内部风的状况。
在对大气边界层内部风速变化的研究中，一般用对数律表示大气底层风速廓线比较理想，其表达式为式中， ——大气底层内z ’高处的平均风速——摩擦速度或流动剪切速度——卡曼常数——地面粗糙长度——有效高度这种方法是现阶段公认的较为理想的大气底层风速廓线描述方法。
在此基础上，接下来对风对结构的作用进行描述。
首先，我们能测得的是风的速度，而风对结构的作用则是采用风压或者风力进行表达，因此这里首先说到如何将风速转化成风压。
因为大气边界层中我们认为气体不可压，因此根据伯努利方程p + ρv2/2 +ρgh =常量忽略体力作用的话，以w1表示单位面积上的静压力（k N/m ²），可将上公式改写成当v=0时，C 1=w 2为最大静压力，令 为静压力则有 这就是在已知基本风速情况下的风压计算公式。
浅谈土木工程结构的抗风研究发展现状
浅谈土木工程结构的抗风研究发展现状王宇飞摘要：本文介绍了结构抗风研究的发展现状，包括频域范围内的抗风分析和时域范围内的抗风分析，具体又包括风洞试验、现场测试以及数值风洞方法。
文中指出了这些研究、分析结构抗风方法的优缺点并对未来的发展方向做了展望。
关键词：风荷载抗风高层建筑大跨结构风洞风工程频域时域随着经济技术的发展与社会的进步以及生产生活的需要，高层、超高层建筑以及大跨空间结构形式越来越受到人们的青睐，显示出极具竞争力的发展前景。
而随着新材料, 新工艺, 新技术, 新形式以及新的设计方法的应用使得这些结构形式的体型更加复杂, 结构更加轻柔,从而使得其对于风荷载的作用也更加敏感。
因此土木工程结构抗风研究变得日益重要化和迫切化。
本文就目前结构抗风研究的发展现状进行简要介绍并分析各种方法的优缺点，提出对未来的展望。
一、频域范围内的抗风分析1.风洞试验风洞试验是开展结构抗风研究的重要基础。
风与结构相互作用十分复杂,在理论上还不能建立完善的数学模型来描述实际问题。
而现行荷载规范风荷载条文中，关于结构的风荷载计算规定和说明虽为建筑结构的风荷载计算提供了实用的方法，但由于规范所提供的体型系数没有具体考虑所处的周围环境、大气边界层等的影响，加上结构体型的不规则性等复杂因素，计算结果误差较大。
风洞主要是用来做缩尺模型试验的设备，物体在介质中运动时，若一个模型与全尺寸事物具有相同的雷诺数和马赫数，则模型上作用的力和力矩与实物上的力和力矩成一定比例。
对于体形特殊、高度较大、周围地形复杂及周围建筑较多的高层建筑及大跨建筑，规范不能明确地提供体型系数并建议进行风洞试验。
风洞可以采用模型来做试验，且随时可以使用，因而是一种方便、准确的研究结构抗风性能的方法。
目前，风洞己成为专用的试验设备，其理论和试验技术日臻完善和成熟。
风洞试验有显著的优点:试验条件、试验过程可以人为地控制、改变和重复；在实验室范围内测试方便并且数据准确而且直观。
土木工程中的风工程学与风荷载分析
土木工程中的风工程学与风荷载分析风工程学是土木工程中的一个重要领域，主要研究大气风对建筑物和结构物的作用和影响。
风工程学的发展使得建筑物能够更好地抵御风的力量，提高了建筑物的结构安全性和稳定性。
风工程学分为两个方面，即风的产生和风对建筑物的作用。
风产生是通过大气环流、地形等因素引起的，而风对建筑物的作用则涉及风压、风速、气流分布等。
风作为一种自然力量，对建筑物产生剪切力、抗风能力等影响，因此风工程学在土木工程中极为重要。
风对建筑物的作用主要通过风荷载来描述。
风荷载是指风对建筑物表面或横截面单位面积上所产生的作用力。
风荷载通常由风压和风力矩来表示，分别作用于建筑物的墙面和屋面。
在进行风荷载分析时，需要考虑建筑物的尺寸、形状、高度、方位以及建筑物周围环境等因素。
风荷载分析通常采用实验、数值模拟和经验公式等方法。
实验方法是通过风洞试验或全尺寸试验来获取建筑物所受风荷载的实际数据。
数值模拟方法则是通过计算流体力学模型对风场进行数值模拟，从而得到建筑物的风荷载信息。
经验公式方法是根据大量的实验数据和观测资料总结出来的简化计算方法，具有计算简单、适用范围广的优点。
风荷载分析在土木工程设计中具有重要意义。
在建筑物结构的设计过程中，合理确定风荷载可以保证结构的稳定性和安全性。
特别是在海岸地区、高层建筑、大跨度结构等场所，风荷载的影响更为显著。
因此，风荷载分析成为土木工程师必须掌握的技能之一。
风工程学的发展不仅对建筑物的安全性和稳定性有着重要的影响，还为新型建筑物的设计和施工提供了新的思路和方法。
例如，在高层建筑设计中，风工程学对于建筑物的设计高度、结构形式、横截面积等提出了一系列要求和建议，确保了高层建筑的安全性。
同时，风工程学也为建筑物的防风、抗震等方面提供了宝贵的参考。
总之，土木工程中的风工程学与风荷载分析是一个重要的领域，对建筑物的安全性和稳定性有着重要的影响。
在风荷载的分析中，需要综合考虑多个因素，采用合适的方法和工具进行计算和模拟。
土木工程结构抗风课程教学改革的探讨
土木工程结构抗风课程教学改革的探讨土木结构抗风近年在国内外发展很快,已形成一门新兴学科,它涉及气象学、空气动力学及气动弹性力学、结构工程学、振动工程学等多门学科。
国际风工程学会和中国风工程学会分别于20世纪60年代和80年代成立。
其学科基础是风工程,而南航作为国内外最早开展风工程研究的高校之一,在这门课程的教学、试验方面拥有独特的优势。
但是,由于土木结构抗风学科对交叉学科的要求较高,一些学生对这门新兴学科避而远之、提不起兴趣、没有信心。
但现代社会的发展要求结构风工程工作者需具备很强的主动进取精神和创新思维能力,要善于从错综复杂的工程实际中独立地提出问题和解决问题。
面对这一挑战,我们在土木工程结构抗风教学改革中,注重提高学生学习的积极性和主动性,鼓励他们自觉探索创新,尽量多接触相关的交叉学科,以适应培养面向21世纪人才的需要。
1 提高学生学习的主动性在土木结构抗风的第一堂课上,我们坚持抽出半节课时列举重大工程中结构抗风研究的重要性,以及国内外这门学科的发展现状和未来展望。
在以后的课堂讲授中,也不时地穿插国内外一些重大风灾事故的实例,目的是希望学生把今天的学习和明天的责任联系起来,使他们深切地感受到土木结构抗风是和我们国家的重大工程建设的安全性息息相关。
现在不掌握这门学科,万一将来疏忽失误,可能就给人民生命财产造成重大的损失。
通过事例分析、思想教育,提高了学生学习本课程的自觉性、主动性和积极性。
2 将学生的学习兴趣充分的调动起来在我们的教学中,要把学生的学习兴趣放在首位,并且让他们学会自己独立思考。
让学生们通过不同的思路进行探讨,当然环境不是特定的,课上也好课下也好,充分激发出学生的学习兴趣。
作为老师我可以保证,学生所提出的问题都可以给予负责的解答;而通过书面提出的问题也会给予书面解答;在课堂上提出普通意义的问题,要在全班同学面前公开解答,并及时给予表扬,鼓励同学多提出有创新的问题。
对于最近来说我们新增了一些奖励措施,就是对于一些爱提问的学生并且提出问题很有深度的学生,在平时成绩中给予加分的奖励。
混凝土结构的抗风设计
混凝土结构的抗风设计一、前言混凝土结构的抗风设计是现代建筑工程设计中非常重要的一部分，特别是在一些地区经常受到自然灾害的影响，如台风、龙卷风、飓风、地震等等，因此对混凝土结构的抗风能力的要求也越来越高。
本文将从混凝土结构的抗风设计的基本原理、设计规范和方法、设计计算、施工和监理等方面进行详细的阐述，希望能对工程师们在实际工作中的抗风设计提供有帮助的参考。
二、混凝土结构的抗风设计基本原理混凝土结构的抗风设计的基本原理是通过分析建筑物受到风荷载的作用，确定建筑物的抗风能力，然后根据设计规范和方法，确定建筑物的结构形式、构造和尺寸，从而保证建筑物在风力作用下的安全性和稳定性。
具体来说，混凝土结构的抗风设计应该考虑以下几个方面：1.建筑物的地理位置和环境条件：包括建筑物所处的地理位置、地形条件、气候条件、周边环境等等。
2.建筑物的结构形式：包括建筑物的平面形式、高度、开间、跨度等等。
3.建筑物的结构构造：包括建筑物的柱、梁、墙、板、框架等构件的强度、刚度、稳定性等等。
4.建筑物的风荷载：包括建筑物所受到的静风荷载、动风荷载、压力系数、风速、风向、气压等等。
5.建筑物的抗风能力：包括建筑物的抗倾覆能力、抗倒塌能力、抗风振能力等等。
三、混凝土结构的抗风设计规范和方法混凝土结构的抗风设计需要遵循一定的规范和方法，以保证设计的安全性和可靠性。
目前国内外已有许多抗风设计规范和方法，其中比较有代表性的有：中国建筑标准设计规范《建筑抗风设计规范》（GB 50009-2012）、美国建筑师协会规范《ASCE 7-10 Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》等等。
具体来说，混凝土结构的抗风设计应该遵循以下几个规范和方法：1.建筑抗风设计规范：该规范是我国建筑抗风设计的基本规范，其中包括了建筑物的风荷载计算、抗风设计的基本要求、抗风设计的计算方法、抗风结构构造的设计等等。
结构设计中的抗风性能评估
结构设计中的抗风性能评估在建筑和工程领域，结构设计的合理性和安全性至关重要。
其中，抗风性能评估是一个不可或缺的重要环节。
风，作为一种自然力量，可能对建筑物和结构造成巨大的破坏。
因此，在设计阶段就充分考虑并准确评估结构的抗风性能，对于保障结构的稳定性和安全性具有极其重要的意义。
风对结构的作用是复杂多样的。
首先，风会产生直接的压力和吸力，作用在结构的表面。
这种压力和吸力的大小和分布取决于风速、风向、结构的形状和尺寸等因素。
例如，高层建筑的迎风面通常会受到较大的正压力，而在背风面和侧面则可能出现负压力（吸力）。
其次，风还可能引起结构的振动。
当风速达到一定程度时，风的脉动特性会激发结构的共振，导致结构的振幅增大，从而加剧结构的疲劳和损伤。
此外，风还可能与结构周围的环境相互作用，产生漩涡脱落等现象，进一步增加了风对结构的影响。
为了评估结构的抗风性能，工程师们需要进行详细的风荷载计算。
风荷载的计算通常基于风洞试验或数值模拟的结果，并结合相关的规范和标准。
风洞试验是一种通过在风洞中模拟实际风场来测量结构风荷载的方法。
在风洞中，可以精确地控制风速、风向和湍流特性，从而获得较为准确的风荷载数据。
然而，风洞试验成本较高，且对于复杂的结构和环境，试验难度较大。
数值模拟则是利用计算机软件对风场和结构进行建模和计算。
随着计算技术的不断发展，数值模拟在风荷载计算中的应用越来越广泛。
但数值模拟的准确性往往取决于模型的合理性和参数的选取。
在结构设计中，合理的外形设计可以显著提高结构的抗风性能。
例如，流线型的外形可以减少风的阻力和漩涡脱落，从而降低风荷载。
对于高层建筑，采用逐渐收进的体型可以减小风对上部结构的作用。
此外，在结构的边缘和角落处进行倒角处理，也可以改善风的流动特性，减少局部的风压力。
结构的刚度和强度对于抗风性能也有着重要的影响。
足够的刚度可以保证结构在风荷载作用下的变形在允许范围内，避免过大的位移导致结构的损坏或使用功能的丧失。
结构风工程概论
结构风工程概论
结构风工程是土木工程领域中的一个重要分支，主要研究风对结构的作用以及结构对风的响应。
它涉及到如何减小风致响应和风损风毁事故，以及如何设计出更符合风环境要求的结构。
结构风工程的主要研究内容包括风速、风向、湍流、风力作用下的振动和稳定性等。
这些研究涉及到空气动力学、流体动力学、结构动力学和气象学等多个学科领域。
在结构风工程中，研究人员通常使用风洞实验、数值模拟和实测数据等方法来研究风对结构的作用。
其中，风洞实验是最常用和有效的方法之一，可以通过模拟不同的风环境条件来观察和研究结构的响应。
此外，结构风工程还需要考虑如何设计出更符合风环境要求的结构。
这涉及到如何优化结构的形状、尺寸和材料等方面，以提高结构的抗风能力。
总的来说，结构风工程是一个综合性、交叉性和应用性都很强的学科领域，对于提高建筑、桥梁和道路等结构的抗风能力、保障人们的生命财产安全具有重要意义。
建筑结构抗风设计研究
建筑结构抗风设计研究在建筑设计中，结构抗风设计是非常重要的一部分。
风是自然界中常见的气象现象，对建筑物产生的影响也是不容忽视的。
因此，合理的抗风设计是确保建筑物安全稳固的关键。
首先，抗风设计需要考虑建筑物的基础结构。
建筑物的基础是其稳固性的基石。
在遇到强风时，建筑物会受到风力的作用，因此基础结构必须足够坚固，能够抵抗风力的挑战。
基础结构的设计需要充分考虑土壤的承载力、地下水位等因素，以确保建筑物的稳定性。
其次，建筑物的框架结构也需要进行抗风设计。
框架结构是建筑物的骨架，承担着重要的荷载作用。
抗风设计考虑的一个重要因素是框架结构的抗侧移能力。
当受到强风的侧向作用时，建筑物的结构必须具备足够的刚度，以保持在风载作用下的稳定性和整体完整性。
因此，在框架结构设计中要充分考虑各种外力的作用，通过合理的加强策略和结构配置，确保建筑物能够承受来自大气环境的风力。
另外，抗风设计还需要考虑建筑物的外包装结构。
外包装结构是建筑物表面的覆盖物，起到保护建筑物内部结构的作用。
在遇到强风时，建筑物外部表面会受到风力的冲击，因此外包装结构必须具备足够的强度和稳定性。
合理的材料选择和优化的施工技术可以有效提升外包装结构的抗风能力，从而保证建筑物的安全性和持久性。
此外，抗风设计还需要充分考虑建筑物的屋面结构。
屋面是建筑物的重要组成部分，也是风力作用下极易受损的部位。
因此，在屋面结构设计中应采取适当的措施，如增加支撑、加强连接等，以提高屋面的抗风能力并减少损坏的发生。
随着科技的不断进步，抗风设计也在不断创新和优化。
例如，采用风洞模型试验可以更精确地预测建筑物在强风环境下的受力情况。
同时，借助计算机仿真技术，可以对建筑物进行全面的力学分析和结构优化，以实现更好的抗风性能。
总之，建筑结构抗风设计是确保建筑物安全稳固的重要一环。
在设计过程中需要充分考虑基础结构、框架结构、外包装结构和屋面结构等方面。
同时，借助科技手段的发展，也为抗风设计提供了更多的可能性。
土木工程中的建筑物通风与空调设计与施工
土木工程中的建筑物通风与空调设计与施工土木工程中的建筑物通风与空调设计与施工对于建筑物的舒适性和功能性起着至关重要的作用。
正确的通风与空调系统设计以及精确的施工过程可以保证建筑物内部空气的质量、温度和湿度的控制，提供一个良好的室内环境。
本文将重点介绍土木工程中建筑物通风与空调的设计与施工相关内容。
一. 通风设计与施工1.1 通风设计原则通风设计的主要原则是保证建筑物内部的新鲜空气流通，排除室内污浊空气，达到良好的室内空气质量。
在通风设计中，需要考虑以下几个方面：1.1.1 自然通风与机械通风自然通风依靠建筑物本身的自然气流来实现，比如通过窗户、门口的进出风口来实现空气的流通。
机械通风则需要使用通风设备，比如风扇、排风机等来增强气流的流通效果。
在通风设计中，需要根据建筑物的具体情况来选择合适的通风方式。
1.1.2 通风系统的布局与设计通风系统的布局与设计需要考虑到建筑物的内部结构、功能要求以及外部环境条件等因素。
合理的通风系统布局可以提高空气的流通效果，并确保每个区域都能得到充分的通风。
1.1.3 通风设备的选择与安装通风设备的选择与安装也是通风设计中的重要环节。
合适的通风设备可以提供足够的气流量，确保室内空气质量的达标要求。
在安装通风设备时，需要考虑设备的位置、数量以及布局等因素，以保证其正常运行和维护。
1.2 通风施工流程通风施工的流程一般包括以下几个环节：1.2.1 施工准备通风施工前，需要进行充分的准备工作。
包括对建筑平面布局进行评估和测量，确定通风系统的布局和设计方案。
同时，需要采购和调试好所需的通风设备，准备好施工所需的材料和工具。
1.2.2 通风管道安装通风管道的安装是通风施工中的关键环节。
根据通风系统的设计方案，将预制好的通风管道和附件进行安装。
在安装过程中，需要注意管道的密封性、固定性以及防火性能等要求。
1.2.3 通风设备安装与调试通风设备的安装和调试需要在通风管道安装完成后进行。
土木工程结构抗风的设计
2020/5/1
四、抗风设计要求
• 强度设计要求 • 刚度设计要求 • 舒适度设计要求 • 局部构件的合理设计——外墙、玻璃、女儿墙等 • 疲劳设计要求——高周疲劳
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表1-1 高层建筑顶部水平位移与结构高之比Δ/H
结构类型
钢筋混凝土结构
钢结构
框架 框架－剪力墙 筒体及筒中筒
w1v2 1 v2
2 2g
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1.3 风对结构物的作用
一、风作用的类型
(1)顺风向力——由与风向一致的风力作用 (2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的横 风向(与风向垂直)力 (3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起
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二、风作用效应
(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； (2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、
剪力墙 框架
框架－剪力墙 筒体及筒中筒
剪力墙
轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准
1/500 1/650 1/800 1/900 1/900 1/1000 1/1000 1/1200 1/450 1/500 1/700 1/800 1/800 1/900 1/900 1/1100
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课程内容
• 风工程基本知识
风的特性 结构上的静力风 结构上的脉动风
• 结构抗风设计
结构的风振响应(高层、屋盖、桥梁） 结构风振控制
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第一章 绪论
南通大学 土木工程 毕业设计
子三个方法来实现。
在垂直交通联系部分设计中在建筑物的东侧和电梯厅处各设置了一个双跑平行楼梯，并
设置了防火门，加设了消防通道；在建筑物的门厅部位设置了两台电梯，单侧布置，轿厢尺 寸为 2000mm×1900mm。
门厅是建筑物主要出入口作为室内外过度空间，也是供建筑物内部各部分联系的交通中
心。门厅布置在建筑物中部南侧，门厅处设置两个 M1 使得疏散安全，且具有良好的天然采
求，采用纵向 7.8m，横向 9.6m 与 7.2m 的柱距，满足建筑开间模数和进深的要求。
窗和门的尺寸以及布置详见建筑设计总说明，其平面布置图如下图 1.1 所示
图 1. 1 结构平面布置图
1.3 立面设计
结构韵律和虚实对比，是使建筑立面富有表现力的重要设计手法。建筑立面上结构构件 或门窗作用有规律的重复和变化，给人们在视觉上得到类似音乐诗歌中节奏韵律变化的感受 效果。在本设计中，正立面中所有的窗尺寸都是一样的，给人以特别整齐的感觉！
3．找平层：10 厚 1:3 水泥砂浆打底；
4．刷一道加气混凝土界面处理剂； 5．基层墙体：240 厚加气混凝土砌块；
1.6.6 雨篷
1．底层东山墙，西山墙，门厅处 3 个雨篷都选用玻璃钢雨篷。
1.6.7 门窗
1．见建筑设计总说明门窗表。
1.6.8 楼梯电梯
1．首层楼梯：开间 3900mm，进深 7200mm，层高 3300mm。
梯段高度 H1=H2=n*h=11*150=1650mm； 平台深度：B1 不小于梯段宽度 1600mm，取 B1=2000mm；
B2=7200-120-2000-3300=1780mm。
栏杆高度 900mm
2．二层以上楼梯：开间 3900mm，进深 7200mm，层高 3000mm。
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二、扭转振动
极限角速度是根据居住者的实验得出。 当建筑物即使有轻微的转动，朝窗外看时， 也能被觉察出来。对这种转动的感觉，其极 限角速度值为
第五章 高层建筑结构抗风设计
主要讨论高层建筑结构顺风向静动 力风荷载的计算，采用前面所述风振动 力分析的原理和方法，即按风振随机振 动的振型分解法，且一般只考虑第一振 型的影响
5.1 高层建筑结构的振型和频率
一、高层结构的变形特征
高层建筑的结构型式通常有剪力墙、框架、框剪结 构、筒中筒结构等。 剪力墙结构的变形形式一般如图5-1(a)所示，所 以可以归并在弯曲型类型中。框架结构由于楼面 在平面内刚度极强，它的变形一般如图5-1(b)所 示，它类似于剪切型的变形形式。框剪结构的变 形形式一般如图5-1(c)所示，它由于剪力墙的弯 曲型和框架的剪切型的协同作用而呈弯剪型的型 式。
一、弯曲振动
(1)顺风向弯曲振动的最大加速度 能引起加速度的是脉动风荷载部分。由于 脉动风力下引起的是随机振动，因而应按随 机振动理论来分析。 任何干扰过程通过结构频率响应的传递， 都将产生窄带过程。在窄带过程中，结构正穿 越零的频率和极大值频率是相同的，因而存在 下式关系
如果只取第l振型，则计算最大加速度值应为
二、顺风向脉动风作用下的弯曲响应
只要求出风振力，即可求出各种响应。点风振 力一般公式为
式中，
当沿高度不变时，上式变成
式中，
三、顺风向风力作用下的总弯曲响 应——风振系数
如果采用风振系数来计算，则对于等截面结构，荷 载风振系数为
位移风振系数为
四、顺风向风振系数计算的简化
上述的风振系数公式，由于涉及很多参 数，因而需要套用多个计算用表才能求出其 值。实际上，如果将某些参数加以约化，某 些参数用近似式代入计算，则可以化简为仅 存几个基本参数，制成一张计算用表直接查 用即得。
将风压高度变化系数写为：
代入到前式得：
5.3 风力作用下的舒适度分析
在风力作用下，高层结构发生振动。在振动到 达某一限值时，入们开始出现某种不舒适的感觉。 这种就居住者舒适感而言的振动效应的分析，常称 为舒适度分析。 研究表明，单单振幅的大小并不足以反映居住 者的舒适度。除了振幅以外，还与频率有关．两者 到达某一关系时形成居住者的不舒适感。对舒适度 的研究表明，弯曲振动时，起决定作用的是所考虑 点的最大加速度值，它与振幅及频率都有关系；扭 转振动时，起影响作用的是扭转角速度，它与扭转 角幅值及频率都有关系。
由悬壁结构边界条件：
得到频率方程为
图5-3 等截面悬臂剪切型结构前三阶振型和频率
3.弯剪型
剪力墙只考虑弯曲变形，框架作为连续体考虑剪切变形
令：
代入前式得：
二、按有限元计算
自由振动方程：
自由振动是简谐振动，故可设：
代入自由振动方程得： 上述有非零解的条件为：
三、按能量法计算（瑞利法）
能量法以能量守恒定律为依据，任一时刻总 能量为—常数。当体系在振动中达到幅值时， 速度为零从而动能为零，而此时变形能达到 最大值。当体系经过平衡位置时，其速度最 大，而变形为零，从而动能到达最大值由此 得到：
图5-1 高层建筑结构的变形
二、按无限自由度体系计算
1. 弯曲型
自由振动平衡方程：
设偏微分方程的解为：
代入上式得：
展开得：
第一式的解为：
第二式按数学物理理方程求解方法求解
图5-2 等截面悬臂弯曲型结构前三阶振型和频率
2.剪切型
自由振动平衡方程：
式中 为截面剪切形状系数
由此得到振型方程的解为
(2)横风向弯曲振动的最大加速度 在横风向跨临界范围内，横向力是简谐力， 属确定性振动。在共振风速下，横向力的频率 等于自振频率，因而响应的频率亦等于自振频 率。设只取第1振型，此时
则最大加速度为:
(3) 弯曲振动极限加速度
弯曲振动就舒适感而言的加速度限值由居 住者多次实验确定，图列出各种情况的加速度 限值。
设：
则有：
则有：
当为有限自由度体系时：
如果y(z)正好是某个振型曲线，各式将得出精 确解。实际上计算时并未知道真正的y(z) ，因此可 近似假设振型曲线进行计算，此时得出的频率亦为 近似值。计算表明，如果假定振型曲线满足边界条 件，则第1频率精确度非常高，以后频率逐渐精度下 降。因此能量法最适于第l频率的计算。常用的假定 第1振型曲线的方法是将质量作为横向荷载所得到的 变形曲线。实际上，假定任意横向荷或作用，只要 振型曲线与第1振型相似，精确度也是可以的。
四、经验公式
5.2 高层建筑结构的顺风向响应
一、顺风向平均风作用下的弯曲响应
在平均风作用下，响应(位移和内力)可由高层结 构的力学分析求得，但是如求的是位移，采用振型分 解法可更为方便
式中：
高层建筑的振型常为弯剪型，我国荷载规范对高 层建筑第一振型取成
将风压高度变换系数和振型代入到前面式 子中，可得各种地貌下的 vs1 ，制成表。