高层建筑的风振系数计算步骤
风荷载计算办法与步骤
12风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
2.1风向垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值（基本风压50年一遇³，单位为kN/m2。
也可以用公式计算基本风压的数值，也不得小于0.3kN/m2。
2.2.32.2.4风压高度变化系数风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以B类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。
2.2.6风荷载体形系数1）单体风压体形系数（1）圆形平面；（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数；（3）高宽比的矩形、方形、十字形平面；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比的矩形、鼓形平面；（5）未述事项详见相应规范。
2）群体风压体形系数檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于米且高宽比的房屋，以及自振周期虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。
且可忽略扭转的可按下式计算：○1g为峰值因子，去g=2.50；为10米高度名义湍流强度，取值如下：○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取；为地面粗糙修正系数，取值如下：可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用下列公式近似计算：○3脉动风荷载的背景分量因子，对于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，计算方法如下：、为系数，按下表取值：为结构第一阶振型系数，可由结构动力学确定，对于迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均其主要作用时，振型系数查下表，其中H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度≤2H，H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；同时和建筑物本身的高度、形状以及表面状况有关。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计
浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计摘要：风荷载与高层建筑的安全和使用有着密切关系，过大的侧向位移会使结构产生过大的附加内力，这种内力与位移成正比，附加内力越大位移越大，以致形成恶性循环，可能导致或者加速建筑物的倒塌。
过大的侧向变形也会导致结构性的损坏或者裂缝，从而危及结构的正常使用，影响人们的生活和工作，本文简要介绍了风的起因、特性、风荷载的计算，以及高层建筑结构抗风设计。
关键词：风荷载；高层建筑；体型；抗风设计一、风荷载1、风的特性风是由于气压分布不均引起空气流动的结果，随着建筑物高度的增加，风速也会随之产生变化。
当气流遇到建筑物时，在建筑物表面产生吸力或者压力，即形成风荷载。
风荷载的大小主要与近地风的性质、风速、风向有关，也与建筑物的高度、形状和地表状况有关。
风荷载是由于建筑物阻塞大气边层气流运动而引起的，风荷载的特点有以下几点：1、风荷载与空间位置、时间有关，并且还受到地形、地貌、周围建筑环境的影响，具有不确定性；2、风荷载与建筑物的外形有关，建筑物不同部位对风的敏感程度不同；3、对于具有显著非线性特征的结构，风荷载可能会产生流固耦合反应；4、脉动风的强度、频率、风向是随机的，具有不确定性；5、风荷载具有静力和动力双重特点，动力部分即脉动风的作用会引起高层建筑物的振动。
建筑物风荷载主要包括三部分：平均风压产生的平均力、脉动风压产生的随机脉动力、由于风引起建筑物振动产生的惯性力。
2、风荷载的计算我国规范GB50009-2012《建筑结构荷载规范》规定，垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按下式计算式中：为风荷载标准值（KN/m2）；为高度Z处的风振系数；为风荷载体型系数；为风压高度变化系数；为基本风压（KN/m2）；基本风压与高层建筑结构的安全性、经济性、适用性有着密切关系，基本风压的确定方法和重现期关系到建筑结构在风荷载作用下的安全。
我国确定风压的方法包括对观测场地、风速仪的类型和高度以及统计方法的规定，重现期为50年的风压为基本风压。
《高层建筑结构设计》第2章_高层建筑结
际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面
风力的大小。 • 当风流经过建筑物时， 通常在迎风面产生压力（风荷
载体型系数用+表示），在侧风面及背风面产生吸力
（风荷载体型系数用-表示）。
• 风压值沿建筑物表面
的分布并不均匀， 如
右图所示， 迎风面的
风压力在建筑物的中
部最大， 侧风面和背
风面的风吸力在建筑
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
三、地震作用
2. 三水准抗震设计目标及一般计算原则
④ 一般计算原则
a) 一般情况下， 应至少在结构两个主轴方向分别考虑水平 地震作用计算；有斜交抗侧力构件的结构，当相交角度 大于15°时，应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震 作用。
b) 质量与刚度分布明显不对称、不均匀的结构，应计算双 向水平地震作用下的扭转影响。其他情况，应计算单向 水平地震作用下的扭转影响。
周期应根据场地类别和设计地震分组按附表8.5 采用，
计算8、9 度罕遇地震作用时， 特征周期应增加0.05ｓ。
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
三、地震作用 4. 反应谱理论
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2.1 高层建筑结构上的荷载与作用
4. 反应谱理论
附表8.4 水平地震影响系数最大值
② 当建筑结构的阻尼比不等于0.05时，地震影响系数曲线
的形状参数和阻尼比调整应符合下列要求：
a) 曲线水平段地震影响系数应取
。
b) 曲线下降段的衰减指数应按下式确定：
γ=0.9+(0.05 - ζ)/(0.3+6ζ)
式中 γ ——曲线下降段的衰减指数；ζ ——阻尼比。
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
风荷载计算方法与步骤
欢迎共阅1 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值（KN/m2）按下式计算：1.1.1基本风压按当地空旷平坦地面上50年一遇按公式 其中的单位为，kN/m 2。
也可以用公式1.1.2 风压高度变化系数风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以粗糙度类别场地确定之后上式前两项为常数，于是计算时变成下式：1.1.3风荷载体形系数1）单体风压体形系数（1）圆形平面；（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数；（3）高宽比的矩形、方形、十字形平面；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比的矩形、鼓形平面（5）未述事项详见相应规范。
23檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于1.1.4米且高宽比的房屋，以及自振周期虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。
且可忽略扭转的结构在高度处的风振系数○1g为○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取；为地面粗糙修正系数，取值如下：为结构第一阶自振频率（Hz）；高层建筑的基本自振周期可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用），B为房屋宽度（m）。
○3对于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，、为系数，按下表取值：为结构第一阶振型系数，可由结构动力学确定，对于迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均其主要作用时，振型系数查下表，其中H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
为脉动风荷载水平、竖直方向相关系数，分别按下式计算:B。
风荷载计算方法与步骤
1 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值ωk （KN/m ²）按下式计算：ωk =βz μs μz ω0风荷载标准值（kN/m 2）=风振系数×风荷载体形系数×风压高度变化系数×基本风压1.1.1 基本风压ω0按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的最大值确定的风速v 0(m/s)，再考虑相应的空气密度通过计算确定数值大小。
按公式 ω0=12ρv 02确定数值大小，但不得小于0.3kN/m 2，其中ρ的单位为t/m ³，ω0单位为kN/m 2。
也可以用公式ω0=11600v 02计算基本风压的数值，也不得小于0.3kN/m2。
1.1.2 风压高度变化系数μZ风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以B 类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。
μZX=(H tB 10)2αB (10H tX )2αX (Z 10)2αXμZA =1.248(Z 10)0.24μZB =1.000(Z )0.30μZC =0.544(Z 10)0.44μZD =0.262(Z 10)0.601.1.3 风荷载体形系数μS1）单体风压体形系数（1）圆形平面μS =0.8；（2）正多边形及截角三角平面μS=0.8+√n，n为多边形边数；（3）高宽比HB≤4的矩形、方形、十字形平面μS=1.3；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比HB >4的十字形、高宽比HB>4，长宽比LB≤1.5的矩形、鼓形平面μS=1.4；（5）未述事项详见相应规范。
第五章-横向风荷载计算
第五章横向风荷载计算5.1自然情况基本风压为0.40kN/m²,即Ｗ0=0.40kN/m²,c类粗糙度。
5.2荷载计算：1.风荷载标准值Ｗk=βz μsμzWo AwFkiw ki⨯=βz-高度z处的风振系数2.风压高度变化系数（μz ）：μ5=0.84 μ4=μ3=μ2=μ1=0.743.风荷载体型系数: μs=1.44.Z高度处的风振系数在实际工程中，对于高度不大于30m，高宽比小于1.5的高层建筑，取风振系数βZ=1.05.Fwk5=0.47 ×（0.8+1.8）×4.5=5.63kNFwk4=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642kNFwk3=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642kNFwk2=0.41 ×3.6 ×4.5=6.642knFwk1=0.41 ×(1.8+2.215) ×4.5=7.41kN6.层间剪力 V5=5.63kN V4=12.276kN V3=18.91kN V2=25.55kN V1=32.96kN7.荷载作用分布图：5.6312.27F 4F 536003600360053600F n 32.9618.9125.55F 34430F 1F 25.3风荷载作用下框架柱剪力和柱弯矩（D 值法，取横向中框架计算）1.柱剪力 V ik =D/ΣD ×Vi ， 柱弯矩 M 下=V ik×Yi ，M 上=Vi k ×（1-Yi ）×hi2.反弯点高度h ’=(y 0+y 1+y 2+y 3) ×hy 0——标准反弯点高度比 y 1——为上、下层梁线刚度变化修正值y 2——为上层层高变化修正值 y 3——为下层层高修正值根据框架总层数m,该柱所在层数n 和梁柱线刚度比值K 确定，对于地震作用，y 值由按荷载表查得，并由内插法根据K 值确定，并考虑层高的因素进行修正。
高层建筑风振加速度计算、计算案例、风振控制系统性能参数的确定
(A.1.3)
式中：
——迎风面体型系数；
——背风面体型系数；
【条文说明】根据广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ 15-101-2014），对于高度超过45m的矩形截面高层建筑，迎风面及背风面体型系数可按下表取值：
D/B
≤1
1.2
2
≥4
迎风面体型系数
+0.8
背风面体型系数
-0.6
-0.5
-0.4
空气密度 也可根据所在地的海拔高度按下式近似估算：
式中： ——海拔高度（m）；
当取 时，式（A.1.1-2）可以转换为：
将上式代入式（A.1.1-1）可得：
A.1.2
(A.1.2)
式中：
——顺风向一阶频率（Hz），可按照《建筑结构荷载规范》（DBJ 15-101-2014）附录F.2近似确定；
【条文说明】峰值因子为与结构自振频率相关的量，根据本公式计算高层结构周期1～7s时对应的加速度峰值因子数值介于3.18～3.74之间，大于国标标准《建筑结构荷载规范》（GB50009）和广东省《建筑结构荷载规范》（DBJ 15-101-2014）峰值因子2.5。
——湍流尺度 在参考高度H处的值（m）；
——建筑顶部H处风速（m/s），按本规程式（A.1.1-2）计算；
——迎风面宽度（m）；
——建筑顶部高度（m）。
A.1.7
(A.1.7)
式中：
——楼层总数；
——第 层质量（kg）；
——第 层顺风向一阶振型系数。
【条文说明】当无法获得实际振型系数 、 、 时，可取 进行计算，其中 为 层高度。
附录A
1 顺风向风振加速度计算
A.1.1
(A.1.1-1)
高层建筑结构设计 第三讲 高层建筑结构荷载
回顾-地震作用的知识点
地震效应: 地面运动产生的结构反应,包括加速度、速度、位移 反应。 地面运动特性的特征量（三要素）：强度、频谱和持续时间。
建筑物本身的动力特性对建筑破坏程度有很大的影响，建筑物的 动力特性：主要指建筑物的自振周期、振型和阻尼。 抗震设防是对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震措施，以达 到结构抗震的效果和目的。 抗震设防的目标：(三水准)
高层建筑结构设计
第三讲 高层建筑结构荷载
高层建筑主要承受竖向荷载、风荷载和地震作用。本章的主要 任务是介绍上述荷载的汇集方法。
3.1 竖向荷载
永久荷载（恒荷载）：结构及装饰材料自重、固定 设备自重。 竖向荷载分为 可变荷载（活荷载）：楼面均布活荷载、雪荷载、 积灰荷载及施工检修荷载。 恒荷载标准值可由《建筑结构荷载规范》GB50009提供的各种材 料自重标准值及构件和装饰物等截面尺寸进行计算，固定设备自重 由有关专业人员提供。 活荷载标准值应按《建筑结构荷载规范》GB50009的有关规定 采用。
“小震不坏，中震可修，大震不倒”
通过二阶段设计法来实现上述“三水准”抗震设计目标。
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3.3 地震作用
一、地震作用的有关规定 1.建筑物重要性分类 甲类——指重大建筑工程和地震作用时可能发生严重次生灾 害的建筑。 乙类——指地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑。 丙类——指一般高层民用建筑。
（1）甲类建筑：应按高于本地区设防烈度计算； （2）乙、丙建筑，应按本地区设防烈度计算。 抗震措施不同，具体抗震措施要求看《规范》。
在计算高层建筑楼面活荷载引起的内力时，一般可不考虑楼 面活荷载不利布置，因为高层建筑楼面活荷载标准值一般为 2kN/m2 ，而高层建筑全部竖向荷载标准值一般为12～16kN/m2， 楼面活荷载最不利布置对内力影响较小，为简化计算，可不考虑 楼面活荷载不利布置，按活荷载满布进行计算，然后对梁跨中弯 矩乘以1.1～1.3的放大系数。 当楼面活荷载大于4kN/m2时，应考虑活荷不利布置。
高层建筑顺风向和横风向风振加速度计算
附录J 高层建筑顺风向和横风向风振加速度计算J.1 顺风向风振加速度计算J.1.1 体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，顺风向风振加速度可按下式计算：mBB w gI a a z z s R z D ημμ10,2=(J.1.1)式中，a D,z ——高层建筑z 高度顺风向风振加速度(m/s 2)；g ——峰值因子，可取2.5； I 10——10m 高度名义湍流度，对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；w R ——重现期为R 年的风压(kN/m 2)，可按本规范附录E 公式(E.3.3)计算； B ——迎风面宽度(m)；m ——结构单位高度质量(t/m)； μz ——风压高度变化系数； μs ——风荷载体型系数；B z ——脉动风荷载的背景分量因子，按本规范公式(8.4.5)计算； ηa ——顺风向风振加速度的脉动系数。
J.1.2 顺风向风振加速度的脉动系数ηa 可根据结构阻尼比ζ1和系数x 1，按表J.1.2确定。
系数x 1按本规范公式(8.4.4-2)计算。
J.2.1 体型和质量沿高度均匀分布的矩形截面高层建筑，横风向风振加速度可按下式计算：)(2)(8.211110,a smFL L H R z L C S z mBw gI a ςςπφμ+=(J.2.1)式中：a L,z ——高层建筑z 高度横风向风振加速度(m/s 2)；g ——峰值因子，可取2.5；W R ——重现期为R 年的风压(kN/m 2)，可按本规范附录E 第E.3.3条的规定计算； B ——迎风面宽度(m)；m ——结构单位高度质量(t/m)；μH ——结构顶部风压高度变化系数；S FL ——无量纲横风向广义风力功率谱，可按本规范附录H 第H.2.4条确定； C sm ——横风向风力谱的角沿修正系数，可按本规范附录H 第H.2.5条的规定采用；φL1(z)——结构横风向第1阶振型系数； ζ1——结构横风向第1阶振型阻尼比；ζa1_——结构横风向第1阶振型气动阻尼比，可按本规范附录H 公式(H.2.4-3)计算。
高层建筑的风振分析与控制
高层建筑的风振分析与控制在现代城市的天际线中，高层建筑如林立的巨人般引人注目。
然而，这些高耸的建筑在面对自然界的风力作用时，面临着严峻的挑战。
风振现象可能导致结构的损坏、使用者的不适，甚至威胁到建筑的安全性。
因此，对高层建筑进行风振分析与控制是至关重要的。
风对于高层建筑的影响是多方面的。
首先，风会在建筑表面产生压力分布的不均匀，从而导致水平方向的力和扭矩。
这种水平力可能引起建筑的整体晃动，尤其是在强风条件下。
其次，风的脉动特性会激发建筑的振动，类似于风吹过琴弦产生的振动。
如果这种振动的频率与建筑的固有频率接近，就会发生共振现象，使振动幅度急剧增大。
为了准确分析高层建筑的风振特性，工程师们采用了多种方法和技术。
风洞试验是其中一种常用且有效的手段。
在风洞中，可以模拟不同风速和风向条件下的风场，将缩小比例的建筑模型放置其中，通过测量模型表面的压力和模型的响应来获取风振相关的数据。
计算流体动力学（CFD）也是一种重要的分析方法，它通过数值模拟来计算风场和建筑表面的相互作用。
此外，基于结构动力学的理论分析方法，可以建立建筑的数学模型，计算其固有频率、振型和响应等。
在风振分析中，建筑的外形和结构形式对风振特性有着显著的影响。
流线型的建筑外形通常能够减少风的阻力和压力差，从而降低风振响应。
例如，一些现代化的高层建筑采用了逐渐收分的外形或者带有弧形边缘的设计。
结构的刚度和质量分布也会影响固有频率和振型，从而改变风振的响应特性。
增加结构的刚度，如使用更强大的梁柱体系或增加剪力墙，可以提高建筑抵抗风振的能力。
当分析出高层建筑可能存在较大的风振风险时，就需要采取相应的控制措施。
一种常见的方法是增加结构的阻尼。
阻尼可以消耗振动能量，减小振动的幅度。
通过在结构中安装阻尼器，如粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器（TMD）或调谐液体阻尼器（TLD）等，可以有效地控制风振响应。
以 TMD 为例，它通常由质量块、弹簧和阻尼器组成，其固有频率被调整到接近建筑的主要振动频率，当建筑发生振动时，TMD 产生相反的力来抵消振动。
第3章高层建筑结构荷载
建筑抗震设计方法 （两阶段设计方法）
第一阶段设计：按小震作用效应和其他荷载效应的基 本组合验算结构构件的承载能力，以 及在小震作用下验算结构的弹性变形 以满足第一水准抗震设防目标
第二阶段设计： 在大震作用下验算结构的弹塑性变形 以满足第三水准抗震设防目标
以抗震构造措施来加以保证第二水准抗震设防目标的要求
（12个）
一次地震，只有一个震级，而在
不同的地区却有不同的烈度
基本烈度： 一个地区的基本烈度是指该地区在今后 50年期限内,在一般场地条件下可能遭遇 的超越概率为10%的地震烈度。
第3章 高层建筑 结构荷载
3.2 地震荷载
建筑抗震设防分类
甲类建筑—— 属于重大建筑工程和地震时可能发 生严重次生灾害的建筑
第3章 高层建筑 结构荷载
一、定义
3.1 风荷载
风可在建筑物表面产生压力与吸力，称为风荷载。
动力荷载
静荷载
（实质）
（设计）
二、风荷载标准值按下式决定
wk zszw0
w0— 基本风压(kN/m2) z —高度z处的风振系数
风荷载标准值(kN/m2)
s — 风荷载体型系数
z — 风压高度变化系数
第3章 高层建筑 结构荷载
质点 m
位移 xt 最大加速度 xt
惯性力 F t
H
L 地面运动位移 xg t
最大加速度 xg max
第3章 高层建筑 结构荷载
3.2 地震荷载
加速度反应谱曲线（地震影响系数曲线）—P28
max 水平地震影响系数最大值
与设防烈度有关 P29表2-10
设计特征周期
与场地类别有关
第3章 高层建筑 结构荷载
建筑结构荷载规范风振系数
建筑结构荷载规范·风荷载·顺风向风振和风振系数编制日期：2002-3-1 点击：344 人次如果公式不能正确显示，您需要安装IE6和MathPlayer7.4.1对于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及对于高度大于30m 且高宽比大于1.5 的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。
风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。
注:近似的基本自振周期T1 可按附录E 计算。
7.4.2对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5 且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式(7.1.1-1)通过风振系数来计算，结构在z 高度处的风振系数βz可按下式计算:`β_z=1+(ξv varphi_z)/μ_z`(7.4.2)式中`ξ`—脉动增大系数；`v`—脉动影响系数；`v varphi_z`—振型系数；`μ_z`—风压高度变化系数。
7.4.3脉动增大系数，可按表7.4.3 确定。
注：计算`ω_0T_1^2`时，对地面粗糙度B 类地区可直接代入基本风压，而对A 类、C 类和D 类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62 和0.32 后代入。
7.4.4脉动影响系数，可按下列情况分别确定。
1结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等):1) 若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表7.4.4-1 确定。
2) 当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表7.4.4-1 中的脉动影响系数应再乘以修正系数`θ_B`和`θ_voθ_B`应为构筑物迎风面在z 高度处的宽度Bz 与底部宽度`B_o` 的比值；`θ_ν`可按表7.4.4-2 确定。
注：`B_H、B_o` 分别为构筑物迎风面在顶部和底部的宽度。
高层建筑结构设计确定风荷载
高层建筑结构设计确定风荷载高层结构设计要确保结构在风荷载作用下具有足够的抵抗变形能力和承载能力，保证结构在风荷载作用下的安全性。
同时，高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高楼内居住的人们感觉不舒适，因此高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足舒适度的要求。
1.1 等效静态风荷载一般作用在建筑物上的风包括平均风和脉动风。
其中平均风是风荷载的长周期部分作用在建筑物上，其周期常在10min以上，可认为是作用在建筑物上的静荷载，因为其周期与建筑物的自振周期相差较远；脉动风则是短周期部分作用在建筑物上，其脉动的周期很短，一般只有几秒，其作用可以被认为是作用在建筑物上随机的动荷载，因为其周期与建筑物的自振周期比较接近。
作用在建筑结构上的风荷载除了平均风和脉动风产生的平均风力和脉动风力，还有风振产生的惯性力。
平均风力、脉动风力和惯性力组合得到最终的等效静态风荷载。
（1）惯性力根据高频动态天平试验结果，可以求出高层建筑底部的平均风力(包含力矩和剪力)和脉动风力，在给出高层建筑结构参数的情况下，可以计算出位移和加速度响应,由共振加速度可以进一步求出惯性力。
惯性力是由振动产生的，由加速度和质量决定，沿高度分布惯性力均方根σaf(z)表达式为：上式中m(z)为沿高度的质量，为沿高度的加速度。
（2）平均风力和脉动风力空气来流沿高层建筑高度分布的风力可通过下式表达：其中：ρ为空气密度；是z处单位高度上的力系数，一般通过风压测量试验确定；是来流风速。
风速是平均风速与脉动风速的合成，即：一般来说，脉动风速相对于平均风速是小量，忽略二阶小量，即可得到沿高度分布的平均风力和脉动风力分别如下：脉动力均方根为：其中，为沿高度的来流湍流度。
（3）等效静态风荷载沿高度分布的等效静态风荷载由下式给出：式中g为峰值因子，可取3.5。
1.2 结构体型系数对于普通的高层结构，结构体型系数一般按《建筑结构荷载规范》（GB 50009-2022）表8.3.1和《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2022）第4.2.3条取包络值。
【金新阳】新荷载规范中超高层建筑的横风向及扭转风振解析
新荷载规范中【超高层建筑】的横风向及扭转风振金新阳1陈晓明肖丽杨志勇黄吉锋(中国建筑科学研究院，北京100013)提要基于《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）矩形平面结构横风向与扭转风振的计算方法，结合PKPM软件，讨论了结构高宽比、深宽比、周期、阻尼比等参数对等效风荷载计算结果的影响以及规范中相关计算方法的适用范围，为设计人员采用新荷载规范计算横风向与扭转风振提供支持。
关键词荷载规范，横风向风振，扭转风振，PKPM1.引言相对于上一版规范GB50009-2001（以下简称2001规范），《建筑结构荷载规范》GB50009-2012（以下简称2012规范)对风荷载的计算方法做了较大的修改。
其中不仅调整了【风压高度变化系数】和【体型系数】等静力计算内容，而且对【风振计算的内容与方法】做了大量的改进和完善工作，这其中包括：●修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数；●增加了大跨度屋盖结构风振计算的原则规定；●增加了横风向和扭转风振等效风荷载计算的规定；●增加了顺风向风荷载、横风向及扭转风振等效风荷载组合工况的规定；●增加高层建筑结构顺风向及横风向风振加速度计算等内容。
在风荷载的计算中，除了少数工程通过风洞试验获得数据以外，大多数工程仍需要借助于软件的自动计算功能，这就需要由工程人员自行确定相关的参数。
由于2012规范中风荷载计算涉及的参数较2001规范明显增多，且计算方法变得更加复杂，使得参数的选择和对计算结果的定性校核变得比较困难，因此有必要对各参数的选择和主要参数对计算结果的影响进行详细的分析讨论。
在本文中，依据2012规范提供的计算方法，结合PKPM的软件，讨论了不同的参数设置和结构的特征对计算结果的影响，并对规范中的重要条文，如适用范围等进行了重点探讨。
2.矩形平面结构的【横风向风振】按2012规范8.5.1条，“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。
高层建筑结构设计(风荷载例题)
z H i 1.502 0.478 H i z 1 1 1 z z H z H
（4）风荷载计算：风荷载作用下，按式（3.1）可得
沿房屋高度分布的风荷载标准值为：
q( z) 0.45 0.8 0.57 40z z 24.66z z
下室采用筏形基础，埋置深度为12m，如图所示。已
知基本风压 w0 0.45 kN m2 ，建筑场地位于大城市郊 区。已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标
准值的总值为 800kN 。为简化计算，将建筑物沿高度
划分为六个区段，每个区段为20m，近似取其中点位
置的风荷载作为该区段的平均值。计算在风荷载作用
筏形基础底面的弯矩为：
M 800 132 1384.8 122 1262.2 102 1123.8 82 971.0 62 788.6 42 522.8 22 600266.4kN m
下结构底部（一层）的剪力和筏形基础底面的弯矩。
解：（1）基本自振周期：根据经验公式可得
T1 0.05n 0.05 38 1.90s
w0T12 0.45 1.92 1.62kN s 2 m2
（2）风荷载体型系数：对于矩形平面，由附录1求得 s1 0.8
H 120 s 2 0.48 0.03 0.48 0.03 0.57 L 40
例题31某高层建筑剪力墙结构上部结构为38层底部13层层高为4米其他各层层高为3米室外地面至檐口的高度为120米平面尺寸为30m40m地下室采用筏形基础埋置深度为12m如图所示
例题3-1 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，
高层建筑抗风抗震设计计算
§1-1 概述
§1-2 高层建筑的结构体系
第二章 风荷载及风致响应
§2－1 简介 §2－2 风力、结构风力及风效应 §2－3 基本风速和基本风压 §2－4 顺风向的等效风荷载 §2－5 横风向涡流脱落共振等效风荷载 §2－6 风力下空气动力失稳 §2－7 风洞试验
第三章 高层建筑结构抗震分析与设计 §3－1 简 介 §3－2 抗震设防准则及基本方法 §3－3 抗震计算理论 §3－4 抗震概念设计
参考文献：
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