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
λj—计算系数
临界风速起始高度 H 1
H
PL
L
1 2
v2
μL –横风向风力系数
PM
M
1 2
v2
μM – 扭转力系数
系数之和
μL
Subcritical Supercritical Transcritical
0.2~0.6
不能准确确定 0.15~0.2
3.5.2 结构横风向风力
亚临界范围跨临界范围横向风作用有周期性，该范围横向风作力：
PL
(z,t)
结构扭转中心 和空气动力作 用的中心不重 合而产生的不 稳定振动现象
城市高层密集区，一 个结构处于另一个结 构的卡门涡道中时， 可能发生。如前面结 构物漩涡脱落后产生 的顺风向风的频率与 背后结构物的自振频 率接近时，抖振就会 发生。
3.5.4 结构总风效应
计算结构总风效应：
应将横风向风效应与顺风向风效应叠加 S=SS+Sd
w w C R Lk
g
0
z
'
L
1
（B） 2
C
' L
—
横风向风力系数
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
L
RL — 横风向共振因子
3.5.5 驰振（galloping) 、颤振（flutter)、抖振（thrill)
驰振——横向弯曲振动 颤振——扭转振动 抖振——顺风向共振
外界激励产生负阻尼 大于正阻尼时，结构 振动将不断加剧，直 至达到极限幅值而破 坏
雷诺通过大量实验首先给出惯性力与粘性力之比为参数的动力相 似定律,该参数即雷诺数。只要雷诺数相同，流体动力便相似。
x = μ/ ρ 为动粘性。对空气 x =0.145×104 m2/s， 以D(垂直流速方向物体截面最大尺寸）代替l
Re=69000vD
规范 对圆形截面的结构，应根据雷诺数Re的不同进行横风向风振
( vcr 1.2v
H
)1
φj （z）— 振型系数
ζj — 第 j 振型的阻尼比；
对第一振型，钢结构 0.01,
对高振型
房屋钢结构 0.02
若无实测资料，近
混凝土结构 0.05
似按第一振型的取值
矩形截面结构横风向风振等效凤荷载
• 矩形截面高层建筑当满足下列条件时，可按式(B)的规定确 定其横风向风振等效风荷载:
（旋涡脱落）的校核
1、Re〈3×105
大于2临、界R风e≥速3.值5×V10c6r且结构顶部风速VH的1. 2 倍
横风向风振产生原理
压力最低 横风向风振产生原理
速度停滞，生成旋涡
D
外流影响下周期脱落—Karman涡街
旋涡脱落频率fs表示
斯脱罗哈数（Strouhal)
St
fsD v
周期性脱落明显， 接近常数、St约0.2
顺风向动力作用效应（脉动效应）与横风向动力作用效应
（风振效应）的最大值不一定同一时刻发生，采用平方和开
方近似估计总风动力效应
Sd Sd2D Sd2L
S Ss Sd2D Sd2L
顺风向风荷载效应SA （包含SS SdD） 横风向风荷载效应SC （包含 SdL）
S
SC2
S
2 A
1 2
v2
(z)D(z)L
s in st
A—横向振幅
共振
共振风速
1.3 倍共振风速
较高建筑物上，沿高度方向结构横向受 三种不同性质横风向作用力
3.5.3 结构横风向风效应
一般情况下横风向风效应可以忽略（μL《μD )
横风向共振时，横风向风效应不能忽略，甚至对设计取控制作用。
v 结构顶部风速 H