结构风效应
荷载与结构设计方法的3套考试试题
荷载与结构设计方法的3套考试试题(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--综合试题（一卷）一、填空题（每空1分，共20分）1． 作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_2． 影响结构抗力的因素有：材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性..3． 冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽.4． 正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值.5． 结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称.6． 结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.7． 结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质 二.名词解释(10分)1. 作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分）2. 地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分）3. 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态.（4分）三.简答题. (共20分)1. 结构抗力的不定性的影响有哪些?答：①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。
（每点1分） 2. 基本风压的5个规定.答：基本风压通常应符合以下五个规定。
①标准高度的规定。
我国《建筑结构荷载规范》规定以10m 高为标准高度。
②地貌的规定。
我国及世界上大多数国家规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。
③公称风速的时距。
规定的基本风速的时距为10min 。
④最大风速的样本时间。
我国取1年作为统计最大风速的样本时间。
⑤基本风速的重现期。
我国规定的基本风速的重现期为30年。
（每点1分）(5)3. 简要回答地震震级和烈度的差别与联系(6)答：①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。
②地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用
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第3章 风荷载3
1 2 PD = µ D ρv D 2 1 2 PL = µ L ρv D 2 1 2 PM = µ M ρv D 2
Huaihai Institute of Technology
二、结构横风向风力
在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力： 在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力：
1 2 PL ( z , t ) = ρv ( z ) D( z ) µ L sin ω s t 2 2πSt v( z ) ω s = 2πf s = D( z ) (z
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
Huaihai Institute of Technology
四 结构总风效应
风荷载总效应可将横风向风效应S 与顺风向风效应S 风荷载总效应可将横风向风效应 c与顺风向风效应 A按下 式组合后确定。 式组合后确定。 S=(S2c+ S2A)1/2
Pdj ( z ) = λ j v crϕ j (z) D( z ) （ / 12800ζ j）
2
λj—计算系数，按表 计算系数， 确定； 计算系数 按表3-14确定； 确定 Φj(z)—在z高度处结构的 振型系数； 在 高度处结构的j振型系数； 高度处结构的 振型系数 ζj—第j振型的阻尼比；对第一振型，钢结构取 振型的阻尼比； 第 振型的阻尼比 对第一振型，钢结构取0.01，有填充 ， 材料的房屋钢结构取0.02，混凝土结构取0.05，对于高振型 材料的房屋钢结构取 ，混凝土结构取 ， 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取； 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取；
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
ห้องสมุดไป่ตู้率
荷载与结构设计方法-风荷载
A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取地面粗糙度指数αA =0.12，梯度风高度 H=T3A 00m。
B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，
取地面粗糙度指数 αB =0.16，梯度风高度 HTB 350m。 C类是指有密集建筑群的城市市区，取地面粗糙度指数 αC =0.22，梯度风 高度 HTC 400m。
6～11
3
微风
0.6
1.0
渔船渐觉簸动，随风移行每小时 5～6km
树叶及微枝摇动不息，旌旗展开
12～19
4
和风
1.0
1.5 渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动
20～28
5
清劲风
2.0
2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波
29～38
6
强风
3.0
4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难
75～88 89～102
11
暴风
11.5
16.0 汽船遇之极危险
陆上很少，有时必有重大损毁
103～117
12
飓风
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
118～133
<10
1～3 4～6 7～10 11～16 17～21 22～27 28～33 30～40 41～47 48～55 56～63 64～71
0～0.2
0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9
高层建筑的风振效应与结构设计
高层建筑的风振效应与结构设计随着城市化进程的加速，高层建筑成为现代城市的标志之一。
然而，高层建筑在风力的作用下容易产生风振效应，这对建筑的结构安全性提出了挑战。
因此，高层建筑的结构设计需要充分考虑风振效应的影响，以确保建筑的稳定性和安全性。
风振效应是指由于风力对建筑所产生的振动效应。
当风力穿过高层建筑的结构体系时，会导致建筑物发生振动，这种振动可能会对建筑的结构产生一定的影响。
风振效应主要体现在两个方面：一是平面振动，即建筑在水平方向上产生的振动；二是立面振动，即建筑在垂直方向上产生的振动。
这两种振动都可能对建筑的稳定性和安全性产生影响，因此在结构设计中需要予以重视。
高层建筑的风振问题首先需要从建筑物的形状与几何特征入手。
建筑物的形状对风力的作用有很大的影响，尤其是在高层建筑中尤为明显。
对于高层建筑来说，形状越复杂、不规则，风力作用产生的非定常问题就越复杂，从而增加了风振问题的发生概率。
因此，在高层建筑的结构设计中，应尽量简化形状，避免出现过于复杂的几何特征，以减小风力对建筑的作用。
另外，高层建筑的结构材料与连接方式也是影响风振效应的重要因素。
在结构设计中，应选择适合高层建筑的材料，如钢材、混凝土等，以提高建筑的稳定性和抗风振能力。
此外，合理选择建筑的连接方式也能有效减小风振效应。
例如，在高层建筑的结构设计中，可以采用刚性钢结构连接的方式，以提高建筑的抗风振能力。
另一个影响高层建筑风振效应的因素是建筑物周围环境的影响。
建筑周围的环境，如附近的其他建筑、树木等，会引起风场的变化，进而影响风力的作用。
因此，在高层建筑的结构设计中，需要充分考虑建筑周围环境的影响，并采取相应的措施来减小风振效应的影响。
例如，在建筑物的周围可以种植一些低矮的树木，以减小风力的作用。
同时，高层建筑的结构设计还需要考虑风振效应对人体的影响。
风振效应会对建筑内的人体产生不利影响，如引起晕眩、不适等症状。
因此，在高层建筑的结构设计中，还需要充分考虑人体的舒适性。
荷载与结构设计方法名词解释
1.作用：能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变等)的各种因素总称为作用。
2.地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
3.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态。
4.单质点体系：当结构的质量相对集中在某一确定位置，可将结构处理成单质点体系进行地震反映分析。
5.基本风压：基本风压是根据全国各气象站50年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求，将不同高度的年最大风速统一换算成离地面10m的最大风速按风压公式计算得的风压。
6.结构可靠度：结构可靠性的概率量度。
结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。
7.荷载代表值：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。
8.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压。
9.路面活荷载：路面活荷载指房屋中生活或工作的人群、家具、用品、设备等产生的重力荷载。
10.土的侧压力：是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
11.静水压力：静水压力指静止的液体对其接触面产生的压力。
12.混凝土徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形。
13.混凝土收缩：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象叫混凝土收缩。
14.荷载标准值：是荷载的基本代表值，其他代表值可以在标准值的基础上换算来。
它是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是建筑结构在正常情况下，比较有可能出现的最大荷载值。
15.荷载准永久值：结构上经常作用的可变荷载，在设计基准期内有较长的持续时间，对结构的影响类似于永久荷载。
16.结构抗力：结构承受外加作用的能力。
17.可靠：结构若同时满足安全性、适用性、耐久性要求，则称结构可靠。
18.超越概率：在一定地区和时间范围内，超过某一烈度值的烈度占该时间段内所有烈度的百分比。
19.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。
是地震本身强弱程度的等级，震级的大小表示地震中释放能量的多少。
浅谈风对建筑的破坏作用
浅谈风对建筑的破坏作用近年来，随着经济的发展,人们对建筑物的各方面提出了更高的要求。
其中风对建筑的影响是不可忽略，尤其在大型建筑，如桥梁等大跨度结构。
也由此建立了结构抗风的研究.风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包括平均风作用和脉动风作用,从结构的响应来看包括静态响应和风致振动响应。
平均风既可引起结构的静态响应，又可引起结构的横风向振动响应。
脉动风引起的响应则包括了结构的准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应。
当这些响应的综合结果超过了结构的承受能力时，结构将发生破坏。
本文从高层建筑和桥梁两方面简单介绍风对建筑的破坏作用。
一风对高层建筑的影响风荷载是衡控制高层建筑结构刚度和强度的重要荷载之一.由于高层建筑广泛使用全钢架结构和大面积玻璃幕墙，使得结构的柔性增加，阻尼变小,结构的自振周期与长的风速周期较远.所以风对高层建筑的影响很大。
在建筑物的迎风面产生压力（气体流动产生的阻力） , 包括静压力和动压力；在横风向产生横风向干扰力 ( 气体流动产生的升力 ); 空气流经建筑物后产生的涡流干扰力 (包括背风向的吸力） .这些风荷载随着风的速度、风的方向、风本身的结构及作用的建筑物的体型、面积、高度、作用的位置和时间不停地变化, 而建筑物在风荷载作用下产生的运动反过来又会影响风场的分布状况, 这种相互作用使风荷载更加复杂。
一般来说, 风对建筑物的作用有以下特点: （ 1) 风对建筑物的作用力包含静力部分和动力部分, 且分布不均匀, 随作用的位置不同而变化； ( 2) 风对建筑物的作用与建筑物的几何外形有直接关系, 主要指建筑物的体型和截面的几何外形；（ 3) 风对建筑物的作用受建筑物周围的环境影响较大。
周围环境的不同会对风场的分布影响很大； ( 4）与地震相比较, 风力作用持续时间较长，有时甚至几个小时, 同时作用也频繁。
对于建筑结构来说, 其风效应包括: 结构的平均风静力反应、脉动风振反应、旋涡干扰风振反应及结构的自激振动反应。
四章节风荷载
最大风速 --随机变量 p
面积 p0=1-1/T0
年平均最大风速 基本风速
年最大风速
年最大风速概率密度分布
每年不超过基本风压的概率或保证率p0=1-1/T0（图中影形面积）
GB50009-2001规定：
以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min
内最大风速v0为标准，按w 0= v02/1600确定。
类结构体型及其体型系数 房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可参考有关资料采用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，宜由
风洞试验确定； 对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
风洞试验--在风洞中建筑物能实现大气边界层范围内风的平均风 剖面、紊流和自然流动，即要求能模拟风速随高度的变化 大气紊流纵向分量 --建筑物长度尺寸具有相同的相似常数
？对封闭式建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别孔口和缝隙，以及 机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压。
《规范》GB50009规定：对封闭式建筑物的内表面压力系数，按外表 面风压的正负情况取-0.2或0.2
2、风压高度变化系数z 地面的粗糙度、温度垂直梯度
在大气边界层内，风速随离地面高度而增大 当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主要取决于地面
v(t)
v
vf
t
平均风速 v —长周期成分，周期一般在 10min 以上
脉动风速vf —短周期成分，周期一般只有几秒钟
顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应
平均风 → 忽略其对结构的动力影响 → 等效为静力作用 （∵风的长周期 结构的自振周期）
脉动风 → 引起结构动力响应
高层建筑不同平面结构形式的风效应影响分析
０ 引 言
风是 空气 从气 压 大的地 方 向气 压小 的地方 流动 形成 的… １。结构物 如果 抗 风设 计 不 当 ， 或者 结 构 物
在进行高层建筑设计结构选型时， 应充分了解 高层建 筑结 构设 计 的主要 特点 Ｊ 。 （） １ 水平荷载在高层建筑结构设计 中起控制作
用
关， 同时 和该建筑 物 所 在地 的地 貌及 周 围的 环境 有 在 多层 建筑 中控制 结构设 计 的是 以重 力为代 表
关， 最后还与建筑物本身的高度、 形状以及表面状况
有关。
１ １ 单 位面积上 的风 荷载标 准值 ．
的竖 向荷载 ， 而在高层建筑中， 即使重力荷载仍然对 结构设计具有重要 的影响， 但起控制作用的则是水 平荷载（ 风荷载和地震作用） 。 （） ２ 在竖 向荷载作用下 ， 向构件中的轴力 Ｎ 竖 随结构高度Ｈ 呈线性关系增长 ， 而水平荷载作用下 的结构底部弯矩 Ｍ 则是随结构高度 Ｈ 的二次方关
估设计基准期 内不 同平面结构形式的风荷载效应 。 关键词 ： 平面结构形式 ；高层建 筑 ； 风荷载 ； 风效应
中图分类号 ： ３ ２ １ ＴＵ １ ．
文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： ６ ２ １４ （ｏ ７ ０一 ｏ４ —０ １ ７— １４２ ０ ）２ ０ ５ ４
Ａｎａｙ ｉ ｎ Ｗ ｉ ｆ ｃ ｆＨ ｉｈ ｒｓ ｉｄ ｎ ｎ ｆｅ ｅ ａ ｔ ｕ ｔ ｒ ｒ ｌｓｓｏ ｎｄ Ｅｆｅ ｔｏ ｇ － ｉｅＢｕ ｌ ｉ ｇ ｉ Ｄｉｆ ｒ ｎｔＰｌｎｅＳ ｒ ｃ ｕ ｅＦｏ ｍｓ
第七讲：横风向结构风效应
脱落具有随 机性， St离 散性很大
脱落重现规律性， St=0.27~0.3
旋涡脱落频率fs与结构横向自振频率接近时,剧烈 共振,产生横风向风振
的三个临界范围
亚临界范围 3×102≤Re <3×105
风速小， 可能横风向（微风）共振 设计处理： 控制结构顶部风速 vH≤vcr 采取防振构造措施或 控制结构vcr≥15 m/s
1 建筑的平面形状和质量在整个高度范围内基本相同;
2 高宽比H BD 在4~8 之间，深宽比D/B 在o. 5~2 之
间，其中B 为结构的迎风面宽度。D 为结构平面的进 深(顺风向尺寸) ;
3 vH TL1 BD 10， TL1 为结构横风向第1 阶自振周期
间，其中B 为结构的迎风面宽度。D 为结构平面的进 深(顺风向尺寸) ;
超临界范围 3×105≤Re <3.5×106 风速不大，
不会横风向 共振
不做横风向 专门处理
跨临界范围 3.5×106 < Re 风速大， 可能横风向 （强风）共振 设计处理：
按不同振型对结构 予以验算
3.5 横风向结构风效应
顺风向力
横风向力
扭力矩
P
D
D
1 2
v2
μD–顺风向风力系数
迎风面和背风面体型
2000 w
H
0
v 结构临界风速
cr
D T1St
简化结构横风向共振风效应计算，只考虑锁住区域 的周期性风作用力。
亚临界微风共振，控制 vH≤vcr
跨临界强风共振
计算共振引起在 z 高处振型 j 的 等效风荷载
w Lk，j
j
v
2
cr
（j z）12800 j
关于超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用项目
关于“超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用”项目申请2019年高等学校科学技术进步奖的公示材料附件1：项目简介项目名称超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用推荐单位华南理工大学主要完成单位华南理工大学、广州大学、汕头大学项目简介本项目围绕超高层建筑风效应研究和抗风设计的重大理论和技术需求，在多项国家自然科学基金项目的支持下，针对超高层建筑风效应评估与风效应控制的关键理论和技术问题开展攻关，在超高层建筑结构风效应的现场实测研究、超高层建筑风洞试验与风振分析的新技术和新方法、群体超高层建筑的风干扰效应以及超高层建筑的风效应控制四个方面取得了创新性突破：1.建立了我国华南地区标志性超高层建筑风效应的远程多点同步实测基地，历时十余年，积累了大量台风风场和结构风致振动的第一手观测数据，验证了一些重大工程的前期风洞试验结果，提出了新的风场模型和结构动力参数识别方法，获得了一系列新结果并用于指导超高层建筑的抗风设计。
2.发展了超高层建筑风洞试验和风振分析的新技术、新方法。
通过大量工况的风场调试深入研究并发展了大气边界层风场被动模拟技术手段；提出了与完全二次型相关法（CQC）具有相同精度的大型复杂结构风振响应的快速算法——谐波激励法（HEM），并在此基础上提出了计算超高层建筑等效静风荷载的扩展荷载响应相关法（ELRC）；发明了高频底座测力天平（HFFB）的动力校准方法，在此基础上建立了基于HFFB技术的超高层建筑三维耦合振动响应和等效静风荷载计算方法。
3.开展了迄今为止国际上规模最大的群体超高层建筑风干扰效应风洞试验研究。
首次开展了对三个建筑物间风干扰效应的系统性研究，提出描述建筑物间干扰效应分布规律的有效定量表示方法，深入研究两栋和三栋超高层建筑间的风致荷载、风致舒适性、建筑表面风压的变化规律。
提出了一些可供实际工程应用的建议条款，被国家及广东省建筑结构荷载规范所引用。
4.从超高层建筑的气动抗风方法和结构抗风优化设计两方面出发，深入研究了超高层建筑风效应的控制技术。
顺风向结构风效应计算例题
四、示例已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑，平面沿高度保持不变。
H = 100 m，B = 33m，地面粗糙度指数αa=0.22，基本风压按粗糙度指数为αs=0.15的地貌上离地面高度z s=10m处的风速确定，基本风压值为w0=0.44kN/m2。
结构的基本自振周期T1=2.5s。
求风产生的建筑底部剪力和弯矩。
解：1. 为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m高，取其中点位置的风载值作为该区段的平均风载值，如后页中图所示。
2. 体型系数：μs =1.3。
3. 高度变化系数由例[4-3]知，本例风压高度变化系数为：在各区段中点高度处的风压高度变化系数值分别为：μz （z 1）=0.651 μz （z 2）=0.883 μz （z 3）=1.105μz （z 4）=1.281 μz （z 5）=1.431风载计算简图(350/10)^0.30 * (450/10)^(-0.44) * (z/10)^0.444. 计算各区段中点高度处的第1振型系数(弯剪型结构)f 1(z 1)=0.158, f 1(z 2)=0.352, f 1(z 3)=0.525, f 1(z 4)=0.702, f 1(z 5)=0.894体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，按下式计算Bz ：5.6.716.0H60e60H 1060/H z =-+=-ρ901.0B50e 50B 1050/B x =-+=-ρ脉动风荷载竖直方向相关系数：脉动风荷载水平方向相关系数：峰值因子：g=2.523.0I 10=10m 高度名义湍流强度：7.)z ()z (716.0901.0100295.0)z ()z (kH )z (B z 1261.0z 1z x z 1μf μf ρρα⨯⨯⨯⨯==背景分量因子：B z (z 1)=0.154，B z (z 2)=0.252，B z (z 3)=0.301，B z (z 4)=0.347，B z (z 5)=0.396将上列数据代入公式：===11f 1T 12.50.4==⨯⨯=>11w 0x 30f k W 300.40.540.4424.6185πξπ=⋅+=⨯⋅+=11212432243R 6x (1x )60.0524.618(124.618)1.1118.计算各区段中点高度处的共振分量因子及风振系数：得各区段中点高度处的风振系数：β=++(z)12gI B 1R 10z 2βz (z 1)=1.265, βz (z 2)=1.434, βz (z 3)=1.518, βz (z 4)=1.596, βz (z 5)=1.680有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）计算由风产生的建筑底部剪力和弯矩分别为：9.计算各区段中点高度处的风压值：=⨯⨯⨯=w 1.265 1.30.6510.440.471kN m12=⨯⨯⨯=w 1.434 1.30.8830.440.724kN m22=⨯⨯⨯=w 1.518 1.3 1.1050.440.959kN m32=⨯⨯⨯=w 1.596 1.3 1.2810.44 1.170kN m 42=⨯⨯⨯=w 1.680 1.3 1.4310.44 1.376kN m5210.=++++⨯⨯=V (0.4710.7240.959 1.170 1.376)20333101.55kN=⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯⋅5M (0.471100.724300.95950 1.17070 1.37690)20331.84910kN m有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）右图为风压沿高度变化曲线和分5段简化的风压对比，各段中点的风压等于计算值，约等于该段风压的平均值。
高层建筑风效应及风振控制分析
高层建筑风效应及风振控制分析摘要：科技的发展与应用，使高层建筑被普遍应用，在设计高层建筑的时候，需要注意风效应对其的影响。
既要满足居住需求，又要满足减少振动的要求，一般高层建筑风振控制有耗能减振系统、吸振减振系统、锚索控制、主动控制与混合控制系统等。
关键词：高层建筑；风效应；风振控制随着经济的飞速发展与科学技术的广泛应用，高强度材料在高层建筑行业被普遍应用，使高层建筑与高耸结构不断出现，为建筑行业带来新的革命，也为城市居民生产生活带来了新形式。
高层建筑师在设计过程中，注意力多集中于建筑的平面功能布置、外观合理与空间的有效利用上，很少考虑到高层建筑间气流的影响问题。
如果高层建筑群之间的布局不合理，会为业主带来极大的不便。
高层建筑的主要荷载为水平风荷载，相比于地震等振动作用，风力作用频繁且持续时间长，影响力要大得多，为防止高层建筑在风力作用下出现倒塌、结构开裂等问题，必然要对高层建筑的风效应及风振控制进行合理的分析，使高层建筑结构抗风设计满足实际生活使用需求、安全需求、舒适度需求等。
一、高层建筑风效应的数值分析以高层建筑小区风效应进行分析，常见高层建筑小区的布局有三种形式：行列式、错列式和周边式，针对这三种布局的高层建筑，利用计算机进行模拟数值分析，得出高层建筑群内气流流动速度，并分析其影响度。
数据举例：行列式为4排每排4栋，共计16栋；错列式为五排交错排列，共计18栋；周边式为4排，呈口字形排列，共计12栋。
行列式错列式周边式拟定风向为正北和正西北两种，风速5m/s。
按人在1.8米位置进行计算。
其数值结果对比分析如下：（一）正北风向时：行列式第三、四排的风速达最高；错列式在第一、二列的第四排侧；周边式在第一、三列第四排。
其涡流形式，除错列式中间位置出现涡流外，其他二种不出现或很少出现。
通过对风速的变化趋势进行对比发现：三种布局风速会沿建筑高速而增大，行列式排末高层的高速区可达5.8m/s；错列式高层高速区达7.7m/s；周边区则达6.8m/s。
结构抗风计算的几个重要概念(顺风向风力)
第三节结构抗风计算的几个重要概念（顺风向风力）第三节结构抗风计算的几个重要概念（顺风向风力）一、结构的风力与风效应在结构物表面沿表面积分风力：风速风压风力（三个分量：顺风向力、横风向力、扭力矩）流经任意截面物体所产生的力风效应：由风力产生的结构位移、速度、加速度响应等。
引申：高层建筑结构加速度的意义？顺风向横风向有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）顺风向横风向•习惯上我们常把气动力分解到两个正交的方向上，可以取“风轴”。
也可以“体轴”，如图。
顺风向横风向风有两种成分构成= 平均风+脉动风平均风——静力风效应脉动风——动力风效应图：平均风速和脉动风速地面粗糙度的影响：地面越粗糙，v越小，v f的幅值越大,且频率越高。
风的湍流强度I v =σ v/ v ：表征风的脉动程度。
由于σ v 沿高度变化不明显，而风速随高度增加而增大，因此I v 随高度增加而减小。
turbulence图：平均风速和脉动风速脉动风的特性：①幅值特性✓为一随机过程[ v f(t),t∈T ]✓幅值服从正态分布，其概率密度函数为：σv：脉动风速的均方差:v fi：v f 的一条时程记录曲线有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺）②频率特性✓可用功率谱密度描述✓功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布自相关函数：傅立叶变换21(0)()d (t)dtT v vf vf f R S v T σωω+∞-∞===⎰⎰•Davenport水平脉动风速功率谱密度主要能量的频率/周期？。
超高层建筑结构设计中的风振效应分析
超高层建筑结构设计中的风振效应分析随着城市化进程的加速，越来越多的超高层建筑在各大城市拔地而起，成为城市风貌的一道亮丽风景线。
然而超高层建筑的建设过程中存在的一些问题和挑战也不容忽视。
其中之一便是超高层建筑结构设计中的风振效应分析。
本文将讨论这一话题，并探究其相关的技术和方案。
一、风振效应是什么？风振效应简单地说，就是指风对建筑结构的影响所形成的振动效应。
它在超高层建筑结构设计中的作用十分重要，因为超高层建筑一般都有较高的高度和较大的体积，结构非常复杂，而且受到风的影响非常大。
风振效应会对建筑物的安全性、舒适性和美观性产生很大的影响，因此必须加以充分考虑和控制。
二、风振效应的影响因素风振效应的产生并不是单一原因，而是由多种因素的综合影响所导致的。
其中主要包括如下几点：1. 风速及其方向：风振效应的大小和方向直接取决于风速和风向，风速越大、方向越垂直于建筑物立面，风振效应就越明显。
2. 建筑物结构：建筑物结构的特点、尺寸、高度和材料等都会影响风振效应。
比如说，塔形结构比矩形结构更易受到风的影响。
3. 地形：地形的高低起伏、周边环境等也都会影响风振效应。
比如说，环境中是否有高耸的建筑物、山岳地形等都会造成风场的扰动，增大风振效应。
三、风振效应的分析方法为了控制和减小超高层建筑结构的风振效应，必须对其进行分析和设计。
而在风振效应的分析中，目前比较常见的方法有如下几种：1. 加载系数法：即通过设定某些特定的载荷系数，来确定建筑物在不同风速和风向下的风荷载大小。
这种方法适用性广，但计算较为复杂，不太适合大规模的工程设计。
2. 数值模拟法：即利用计算机模拟风场的过程，来预测风振效应。
这种方法可以比较客观、直观地反映风场的情况，但需要进行大量的计算和实验研究，成本较高。
3. 物理模拟法：即通过模拟真实的风场环境，对建筑物进行实际的测试和验证，检测其在不同风速下的振动情况。
相比于数值模拟法，这种方法更加准确，但同时也需占用大量的实验场地和测试设备。
解释结构风致驰振现象
解释结构风致驰振现象1. 简介1.1 什么是结构风致驰振结构风致驰振是指结构在受到风力作用时，由于共振效应而导致的高幅度振动现象。
常见于高层建筑、桥梁、烟囱等结构物上。
结构风致驰振会对结构物的安全性和使用寿命造成不利影响，因此对其进行研究和控制具有重要意义。
1.2 驰振的产生原因驰振的产生主要取决于以下几个因素： 1. 结构物的固有频率和阻尼比：当固有频率与风速频率接近或相等时，共振效应会使振动增大；阻尼比过小时，振动会积累导致驰振。
2. 风速的分布和强度：风速分布不均匀会导致结构物在不同部位受到不同风力作用；高风速会增大结构物的风载荷。
3. 结构物的几何形状和刚度分布：结构物的几何形状和刚度分布会影响结构的固有频率和模态形态，从而影响驰振现象的发生。
2. 结构风致驰振的机理2.1 风力作用结构风致驰振的发生是由于风力作用引起的。
风是空气在空间中流动产生的现象，具有力学作用。
当风吹过结构物时，会对结构物产生风载荷，从而引起结构变形和振动。
2.2 共振效应结构物的振动是由于风力作用引起的，风力作用与结构物的固有频率相互耦合，导致结构物发生共振效应。
当风速频率接近或与结构物的固有频率相等时，共振效应会使结构物的振动幅度增大。
2.3 驰振与阻尼阻尼是指结构物振动的能量损耗。
适当的阻尼可以减小结构物的振动幅度，降低驰振的发生。
过小或过大的阻尼都会对结构的稳定性产生不利影响。
3. 结构风致驰振的影响3.1 安全性问题结构风致驰振的振动幅度较大，可能导致结构受力过大，进而引起疲劳破坏或甚至倒塌。
这对结构物的安全性提出了严峻的要求。
3.2 使用寿命问题结构物受到风致驰振的影响，其使用寿命会受到缩短。
频繁的驰振会加速结构物材料的老化和疲劳破坏，导致使用寿命的减少。
3.3 运行稳定性问题结构风致驰振的存在会影响结构物的运行稳定性，对结构物正常的使用和维护带来困难。
4. 结构风致驰振的防控措施4.1 结构设计阶段在结构设计阶段，可以通过以下方法进行结构风致驰振的防控： 1. 合理确定结构物的固有频率和阻尼比：通过优化结构的几何形状和材料选择，调整结构物的固有频率和阻尼比，使其远离激励频率，减小驰振的可能性。
广东工业大学-工程结构荷载与可靠度设计原理-复习资料(1)
荷载与结构设计原理总复习题一、判断题1.严格地讲，狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与间接作用等价。
（N）2.狭义的荷载与直接作用等价，广义的荷载与作用等价。
（Y）3.广义的荷载包括直接作用和间接作用。
（Y）4.按照间接作用的定义，温度变化、基础不均匀沉降、风压力、地震等均是间接作用。
（N）5.由于地震、温度变化、基础不均匀沉降、焊接等引起的结构内力变形等效应的因素称为间接作用。
（Y）6.土压力、风压力、水压力是荷载，由爆炸、离心作用等产生的作用在物体上的惯性力不是荷载。
（N）7.由于雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一，所以基本雪压是针对屋面上积雪荷载定义的。
（N）8.雪重度是一个常量，不随时间和空间的变化而变化。
（N）9.雪重度并非一个常量，它随时间和空间的变化而变化。
（N）10.虽然最大雪重度和最大雪深两者有很密切的关系，但是两者不一定同时出现。
（Y）11.汽车重力标准是车列荷载和车道荷载，车列荷载是一集中力加一均布荷载的汽车重力形式。
（N）12.烈度是指某一地区遭受一次地震影响的强弱程度，与震级和震源深度有关，一次地震有多个烈度。
（Y）13．考虑到荷载不可能同时达到最大，所以在实际工程设计时，当出现两个或两个以上荷载时，应采用荷载组合值。
（N）14.当楼面活荷载的影响面积超过一定数值需要对均布活荷载的取值进行折减。
（Y）15.土的侧压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
（Y）16.波浪荷载一般根据结构型式不同，分别采用不同的计算方法。
（Y）17.先张法是有粘结的预加力方法，后张法是无粘结的预加力方法。
（Y）18.在同一大气环境中，各类地貌梯度风速不同，地貌越粗糙，梯度风速越小。
（N）19.结构构件抗力R是多个随机变量的函数，且近似服从正态分布。
（N）20.温度作用和变形作用在静定结构中不产生内力，而在超静定结构中产生内力。
（Y）21.结构可靠指标越大，结构失效概率越小，结构越可靠。
结构总风效应
共振位移反应为：
此时，
横风向共振力为：
三、结构总风效应
1、对于顺风向风荷载为主的情况，横风向风荷载不参与组合
L
D S S 6.0S +=2、对于横风向风荷载为主的情况，顺风向风荷载仅静力部分参与组合，简化取顺风向风荷载的0.6倍进行计算，则结构总风效应按下式计算：
[例题] 已知：钢筋砼烟囱H=100m,顶端直径5m，底部直径10m，基本频率f1=1Hz，10米高度处基本风速v0=25m/s
问：烟囱是否发生横向风共振？
解：
烟囱顶点风速为：
烟囱顶点共振风速为：
共振风速下烟囱顶点处雷诺数：
属跨临界范围，会发生横风向共振
四、结构横风向驰振与颤振
驰振（galloping）：
在某些情况下，外界激励可能产生负阻尼成分，当负阻尼大于正阻尼时，结构振动将不断加剧，直到达到极限破坏。
这种现象称为驰振。
圆形截面因其对称性，不会发生驰振。
有缘学习更多＋谓ｙｇｄ３０７６或关注桃报：奉献教育（店铺） 颤振（flutter）：
当物体截面的旋转中心与空气动力的作用中心不重合时，将产生截面的平移和扭转耦合振动，对于这种振动形式，也会发生不稳定振动现象，称其为颤振。
2风力、结构风力及风效应
竖向荷载的适当增加并不起着很大的影响，因此对于高层建筑来说，主 要考虑水平侧向风力的影响。
➢§2－1 风力、结构风力及风效应[1]
由流体力学中的伯努利方程可知风压与风速关系：
空气单位体积重力
(kN /m3) w 1 v2 1 v2
2 2g
风压力
(kN / m2 )
空气质点密度 (t / m3 )
在标准大气情况下，约为 1
1630
沿海城市上海，上值约为 1
1740
风速
(m/ s)
高山地区的拉萨，上值约为 1
2600
已知某以高度z处的风速为v，则作用在结构上的风力 一般可表示为顺风向风力（ilong-wind）、横风向风 力(across-wind)和扭风力矩。
建筑物周围气流流形
结构上的风力
p D
D
1 2
v 2 B
p L
p M
L
M
1 v2B 2 1 B 结构的参数尺度，常取截面垂直于流动方向的最大尺度（m）
L 横向力系数（水平向结构也称升力系数）
扭矩系数
M
三种类型的振动
顺风向弯剪振动 或弯扭耦合振动
横风向风力下 涡流脱落振动
空气动力失稳 （驰振、颤振）
当结不 振当无构对 动风偏将结 在尼 间成 在吹心产构 某 力 增时 任向在 种 小 长风生，意结截顺 于 而可风构力顺面风 这 逐形向 些 渐在力，矩风式和 力 衰横情可时向下横 ， 减风况在，风 则 ，，的向下结这向 结 却在振些风构反产 都构风力将而生 能周顺动力甚处不横 发围力，可至在断风生产扭总增以向对力体长产向涡生风高矩负从生风激旋作阻而负力层力振涡用尼导号，动作，结下效致阻，应结尼所现当用构当中构效以象旋下来有，破应横。涡微振坏的，风在脱小动。力风将这。向抗落力 不 时如攻 能 的果角 随 起结时 着 点构， 时 风阻 说风，计一速算般称时为可，临除为界风了弯速必曲，须这型注种（振意动第剪犹一力如类压墙杆振）失动稳，以一外也样，，有但还剪受必到须的不同是轴心压力 切时型考（而 或虑框是 扭第风 受架二力 力类）， ）所 或振，以 颤动当常 振现称 （为象为 弯框空扭。气耦特剪动合别结力受是失力构稳），时，。当在，旋风涡可工程脱为中落弯，频通率常称接为弛振（弯 剪近型结。空构气某动一力自失稳振在频工率程时上视，为可必产须生避免共发振生现的象一类，振即动使现在象。考
高层建筑与风环境
CF5层高层建筑。采用外框架、内 混凝土核心筒体结构，混凝土强度等级C40，钢 结构的钢材采用Q235B。外框架采用H型钢 (594×302×14×23) 钢柱与工字形 (450×160×8.6×14.2)钢梁；角柱采用十字形钢 柱(594×302×14×23)；混凝土筒体墙厚300mm； 楼盖采用压型钢板上浇120mm厚的混凝土，楼盖 与钢框架和混凝土筒体采用铰接。底层柱高5.5m， 其余各层层高3.4m，平面布置见下图。试简要分 析建筑在风荷载作用下的变形 。
二、结构的风效应
1、波动风作用引起的房屋震动简图
2、风力作用下的高层建筑表面风压分布
将上图投影到平面上得到：
三、风荷载效应标准值计算
1、风压与风速的关系
由流体力学中伯努利方程可知风压与风速关系
2、风荷载标准值计算公式
为了得出各种建筑物表面风压实际大小与 分布，主要通过试验来确定。一是将建筑 物做成缩小比例的模型，在风洞实验室中 进行试验；另一种是在实际建筑物上测定 表面压力分布。
高层建筑与风环境
一、研究风荷载对高层建筑影响的 重要性
风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一。 最早的记录高层建筑在风力影响下发生损坏 的例子是1926年9月美国迈阿密市麦芽喀隆大楼 （17层钢框架建筑）在台风袭击后发生塑性变形， 顶部残余位移达0.61米。 0.61 最近，我国深圳一座超高层建筑，在多次不 同风洞试验中，还发现横风向强烈风震现象。 众多工程实例表明，结构抗风分析（包括荷 载、内力、位移、加速度等）是高层建筑重要设 计计算的因素。
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结构风效应
主要内容
风对结构作用
风洞试验方法
桥梁抗风研究
建筑结构抗风研究
卢浦大桥抗风研究
1、风对结构作用
什么是风——风是空气相对于地球表面的流动
为什么有风——地球自转；太阳对地球表面不均匀加温风是一种力——大小；方向
风速随时间变化——平均风速；脉动风速（紊流强度）风速随空间变化——风速剖面（指数律）
空气流动中的旋涡——紊流尺度、功率谱密度风对结构的作用是一种复杂力的作用
1.1自然风特性
1、风对结构作用（续）
静力作用(平均风) ——结构强度、刚度、稳定性
结构变形或破损
外装饰(幕墙)、辅助设施破损、飞落
强迫振动(脉动风) ——顺风向抖振(疲劳)
横风向涡激振动(含扭转振动)
人感不适(起居、工作、行走)
1、风对结构作用（续）
自激振动(风与结构相互作用) ——自激性涡激共振
单自由度自激发散振动
弯曲颤振、扭转颤振、驰振
耦合自激发散振动(弯扭耦合颤振)
悬索桥、斜拉桥
尾流驰振(尾索、输电线等)
缆索雨振(斜拉索)
1.2风的作用现象（续）
1、风对结构作用（续）
环境影响——建筑物周围的风环境恶化（风干扰）
局部地区的风环境恶化（质量迁移）
污染物扩散(汽车尾气、有害工业气体)
风噪声(阳台、窗框、桥栏杆等)
室内通风换气不良
1.3风的作用现象（续）
1、风对结构作用（续）
科学研究——数理模型、实验室试验、现场实测
理论分析——只有极少数问题有解析解
计算流体动力学(CFD)方法
风洞试验——目前和今后一段时间的主要方法
现场实测——最精确的方法，难于实时捕捉
1.4研究方法
2、风洞试验方法
什么是风洞——使空气按一定规律流动的管道风洞分类——按用途、风速、尺寸、结构型式大气边界层风洞
——模拟自然风特性
——试验区良好的流场品质
风洞中的自然风特性模拟
——被动式方法（尖劈加粗糙元；格栅）——主动式方法（具有可控调节功能）
2.1 大气边界层风洞
2.2 结构模型风洞试验
相似准则——基本条件
基于动力平衡方程
结构：惯性力、弹性力、重力、阻尼力
空气：惯性力、粘性力
相似参数——基本参数
模型与实际结构间的相似关系
2、风洞试验方法（续）
2.2 结构模型风洞试验（续）
2.4 结构风洞试验历史
1904年：第一次结构风洞试验，早于航空风洞
1940年：Tacoma海峡桥的风毁事故
1950年：F.B. Farquharson教授的Tacoma桥风洞试验
1960年：A.G. Davenport教授提出边界层风洞试验理论
1965年：第一座大气边界层风洞诞生（加拿大西安大略大学）90年代：大型大气边界层风洞建设
——日本土木研究所（筑波）40m×4m×30m
——中国同济大学15m×2m×14m
--------丹麦DMI（海洋研究所）13.6m×1.7m×15m
3.1 静力气动力测量
目的：测定作用在桥梁上的静力气动力
模型：刚体模型（主梁、塔柱、构件）
要点：避免三维效应（端板，辅助模型）
测量：应变式测力天平（三分力）
3.2 动力气动力测量
目的：测定桥梁的振动响应及动力气动力
模型：弹簧悬挂二元刚体节段模型
要点：避免流场中的干扰因素（外支架）
结构阻尼的模拟
测量：竖向平动与扭转运动
仪器：加速度计
位移计
应变计
3.3 三维全桥模型试验
目的：测定架设全过程及成桥状态的三维振动响应
模型：三维气动弹性模型
要点：满足结构力学、空气弹性力学相似条件
需要大试验尺寸的风洞
自然风场的模拟
测量：结构的振动响应
形态：颤振、涡激共振、抖振
3.4 桥梁抗风主要成就
大跨度桥梁设计关键问题——抗风设计
大跨度桥梁抗风研究里程碑
1990年：上海南浦大桥抗风研究（世界第三斜拉桥）1994年：上海杨浦大桥抗风研究（世界第一斜拉桥）1998年：江阴长江大桥抗风研究（世界第三斜拉桥）2003年：上海卢浦大桥抗风研究（世界第一拱桥）
大跨度桥梁抗风研究未来
2008年：苏通长江大桥抗风研究（世界第一斜拉桥）2008年：舟山西堠门大桥抗风研究（世界第一悬索桥）4.1 表面风压测量
目的：幕墙设计、结构风荷载（积分得到）
模型：刚体模型
周围地貌和环境的模拟
测量：压力扫描阀
电子式、机械式
消除管路腔体谐振影响
4.2 基底反力测量
目的：建筑物整体或局部荷载
模型：刚性模型
脉动风力测量时，轻质刚性
测量：六分力应变式天平
脉动风力测量时，高频测力天平
分段测量时的模型及天平安装
4.3 振动响应测试
目的：结构的动力稳定性
舒适度
等效风荷载
模型：单自由度模型（顺＋横风向振动）
二自由度模型（顺＋横风向振动）
多质点系模型（考虑高阶振动）
气动弹性模型（三维多振型耦合振动）
测量：加速度、位移
4.4 风作用其他问题
高层建筑物间的风干扰（群体试验）
建筑物的尾流效应（尾流测量）
建筑物的风噪声（风噪声试验）
质量迁移——堆积荷载（雪、沙）（地形试验）
4.5 高耸结构抗风成就
高耸结构设计关键问题——抗风和抗震
高耸结构抗风研究里程碑
1988年：上海广播电视塔（青海路）抗风研究
1995年：上海东方明珠塔抗风研究（世界第三高塔）1999年：上海金贸大厦抗风研究（世界第三高楼）
高耸结构抗风研究未来
2008年：上海环球金融中心抗风研究（世界第一高楼）2008年：北京奥运会主体育场抗风研究
2010年：上海世博会场馆抗风研究。