高層建筑風(fēng)荷載

1、高層建筑風(fēng)荷載摘要：文章主要介紹了風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的作用，關(guān)于風(fēng)荷載研究的一些方法，并用我 做過(guò)的中鐵物流大廈的風(fēng)洞試驗(yàn)為例說(shuō)明風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)的研究方法。闡述了 一些結(jié)構(gòu)等效靜力風(fēng) 荷載的計(jì)算方法以及抗風(fēng)設(shè)計(jì)中應(yīng)值得繼續(xù)研究的問(wèn)題。關(guān)鍵字：高層建筑，抗風(fēng)，風(fēng)洞試驗(yàn)，等效靜力風(fēng)荷載，問(wèn)題1. 引言風(fēng)是從高氣壓吹向低氣壓的一種氣流。高層建筑是在特殊地區(qū)和時(shí)間下，為了滿足社會(huì) 和經(jīng)濟(jì)的需求而建造的，其獨(dú)特性和各自特異的風(fēng)格，增加了城市景觀，吸引了大量的旅游觀 光者。而更具有實(shí)用意義的是滿足了城市日益增長(zhǎng)的工作、生活空間的需求。但任何建筑高 度的增加必將會(huì)增加風(fēng)荷載的力度。風(fēng)荷載是各類建筑物的主要側(cè)向荷載之

2、一，對(duì)于高、大、細(xì)、長(zhǎng)等柔性結(jié)構(gòu)而言，風(fēng)荷 載是起主要作用的，且時(shí)常超過(guò)地震作用而成為決定性荷載，復(fù)雜的動(dòng)力風(fēng)效應(yīng)影響是結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素之一。災(zāi)害性臺(tái)風(fēng)可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主依開(kāi)裂或損壞；長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)的風(fēng)致振動(dòng) 則可能便結(jié)構(gòu)某些部位如節(jié)點(diǎn)、支座等產(chǎn)生疲勞與損傷，危及結(jié)構(gòu)安全。隨著新技術(shù)、新材 料、新工藝、新型式、新設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用，工程結(jié)構(gòu)也朝著長(zhǎng)大化、高聳化、復(fù)雜化、柔性 化、小阻尼方向發(fā)展，這使得其固有頻率越來(lái)越接近強(qiáng)風(fēng)的卓越頻率，對(duì)風(fēng)的敏感性越來(lái)越 強(qiáng)。因此重大的高聳柔性結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力效應(yīng)特性研究也受到學(xué)術(shù)界和工程界的 極大關(guān)注和重視。2. 風(fēng)荷載的分類風(fēng)對(duì)高層建筑是一種持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的

3、隨機(jī)荷載。風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)物的作用，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震動(dòng), 其原因主要有：（1）有與風(fēng)向一致的風(fēng)力作用，它包括平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)，其中脈動(dòng)風(fēng)要引起 結(jié)構(gòu)物的順風(fēng)向振動(dòng)，這種形式的振動(dòng)在一般工程結(jié)構(gòu)中都要考慮；（2）結(jié)構(gòu)物背后的漩渦 引起結(jié)構(gòu)物的橫風(fēng)向的振動(dòng)；（3）由別的建筑物尾流中的氣流引起的振動(dòng)。2.1順風(fēng)向荷載建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)（GB50009-2012）明確給出了高層建筑順風(fēng)向等效荷載的計(jì)算方法，著名學(xué)者A. G. Davenport在60年代建立了基于抖振理論的結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)荷載計(jì)算 模型，成為風(fēng)工程研究及各國(guó)制定風(fēng)荷載規(guī)的基礎(chǔ)。由于對(duì)等效靜力風(fēng)荷載認(rèn)識(shí)的差別，該 計(jì)算模型在實(shí)際應(yīng)用中又發(fā)展成陣風(fēng)荷載因子（G

4、LF）法、慣性風(fēng)荷載（IWL）法、基底彎矩陣風(fēng) 荷載因子法（MGLF）等。GLF法由Davenport于60年代提出，現(xiàn)已成為公認(rèn)的經(jīng)典方法。該 法認(rèn)為背景和共振分量與平均分量服從同一分布，且與響應(yīng)類型無(wú)關(guān)。IWL法釆用慣性力模 型來(lái)計(jì)算背景和共振分量，我國(guó)規(guī)采用這一方法。HGLF法認(rèn)為基底彎矩對(duì)應(yīng)的背景等效風(fēng) 荷載可以近似作為實(shí)際的背景等效風(fēng)荷載，根據(jù)脈動(dòng)基底彎矩并按振型分解則可得到共振等 效風(fēng)荷載。隨著城市空間的日益緊湊，高層建筑之間的距離越來(lái)越小，因此相鄰建筑之間順 向風(fēng)的干擾越來(lái)越明顯。2. 2橫風(fēng)向荷載當(dāng)高層建筑的高寬比大于4時(shí)，橫向風(fēng)動(dòng)力響應(yīng)的干擾效應(yīng)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于順向風(fēng)荷載。 但同時(shí)

5、結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)響應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制比較復(fù)雜，通常包括三種類型：與漩渦脫落有關(guān)的橫向風(fēng) 激勵(lì)、來(lái)流湍流引起的激勵(lì)和結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的激勵(lì)，而有認(rèn)為橫向風(fēng)激勵(lì)由順向風(fēng)風(fēng) 湍流、橫向風(fēng)湍流和尾流激勵(lì)產(chǎn)生，但是前兩者的貢獻(xiàn)很小，尾流激勵(lì)是橫風(fēng)力的主要原因。2.3扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載高層建筑扭轉(zhuǎn)風(fēng)振會(huì)増大截面邊界附近的位移與加速度，對(duì)于高寬比大于3的高層建 筑物，尤其當(dāng)迎風(fēng)面較大，建筑物型狀不規(guī)則時(shí)，扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載響應(yīng)可成為建筑物邊界點(diǎn)響應(yīng) 中的主要因素；又由于高層建筑中的居住者對(duì)建筑物的扭動(dòng)比平動(dòng)更為敏感，因此在高層建 筑的設(shè)計(jì)中必須考慮到扭轉(zhuǎn)風(fēng)向動(dòng)力風(fēng)荷載的響應(yīng)問(wèn)題我國(guó)對(duì)這方面容的研究還比較少。 扭轉(zhuǎn)動(dòng)力風(fēng)荷載的機(jī)理非常

6、復(fù)雜，Isyumov通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)研究不同長(zhǎng)寬比的矩形建筑物在不 同攻角下各個(gè)面動(dòng)扭矩形成機(jī)制及其對(duì)全部動(dòng)扭矩的貢獻(xiàn)oSolan從理論上建立了動(dòng)力扭矩 的解析模型，認(rèn)為扭轉(zhuǎn)動(dòng)力風(fēng)荷載可視為順風(fēng)向風(fēng)紊流、橫風(fēng)向風(fēng)親流和尾流激勵(lì)三種機(jī)制 分別作用的疊加，而不考慮三者之間的相關(guān)性。顯然，風(fēng)紊流（包括順風(fēng)向和橫風(fēng)向的風(fēng)紊 流）和尾流激勵(lì)（包括旋渦脫落和再附）是形成動(dòng)扭矩的兩種主要機(jī)制。3. 結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的破壞形式（1）高層建筑在風(fēng)荷載下的破壞形式1）主體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或損壞，如位移過(guò)大引起框架、剪力墻、承重墻裂縫或結(jié)構(gòu)主筋屈服；2）層間位移引起非承重隔墻開(kāi)裂；3）局部風(fēng)壓過(guò)大引起玻璃、裝飾物、圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞；

7、4）建筑物的頻繁、大幅度擺動(dòng)使居住者感到不適；5）長(zhǎng)期的風(fēng)致振動(dòng)引起結(jié)構(gòu)疲勞，導(dǎo)致破壞。（2）高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載下的破壞形式1）頻繁的大幅度擺動(dòng)使結(jié)構(gòu)不能正常工作；2）結(jié)構(gòu)橫截面或構(gòu)件力達(dá)到極限，發(fā)生屈服、斷裂、失穩(wěn)甚至倒塌；3）結(jié)構(gòu)長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)致振動(dòng)造成材料的疲勞累枳損傷，引起結(jié)構(gòu)的破壞。4. 風(fēng)荷載測(cè)試技術(shù)（1）風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)是開(kāi)展風(fēng)振研究與抗風(fēng)設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)。風(fēng)與結(jié)構(gòu)相互作用十分復(fù)雜，在理論 上還不能建立完善的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述實(shí)際風(fēng)工程問(wèn)題；在現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)中沒(méi)有明 確直觀的方法確定一些復(fù)雜結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是研究風(fēng)振機(jī)理、建立復(fù)雜計(jì)算模 型、驗(yàn)證計(jì)算方法的依據(jù)。Davenpo

8、rt抖振理論、Scanlan顫振理論等，都是基于風(fēng)洞試驗(yàn) 成果而得以形成、發(fā)展。(2) 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)是指觀測(cè)實(shí)際建筑物表面的風(fēng)壓分布，測(cè)量結(jié)構(gòu)各個(gè)部分的位移、變形等。通 過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，可獲得詳細(xì)全面、可信度較高的數(shù)據(jù)資料，加深對(duì)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的認(rèn)識(shí)，為制 定建筑荷載規(guī)提供依據(jù)。此外，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，以便釆取相應(yīng)的處理措施。目 前各種風(fēng)速譜都是基于大量詳實(shí)的觀測(cè)資料，如Davenport譜是在不同地點(diǎn)、不同條件下測(cè) 得的90多次強(qiáng)風(fēng)記錄的基礎(chǔ)上歸納出來(lái)的，大多數(shù)國(guó)家建筑荷載規(guī)都采用此水平風(fēng)速譜 公式。由于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)受到一些條件的限制，通常只對(duì)重大科研項(xiàng)目開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。(3) CFD數(shù)值模

9、擬計(jì)算流體力學(xué)(computational fluid dynamic或簡(jiǎn)稱CFD)是流體力學(xué)的一個(gè)分支。 計(jì)算風(fēng)工程(computational wind engineering或簡(jiǎn)稱CWE)是計(jì)算流體力學(xué)在風(fēng)工程中的 發(fā)展和應(yīng)用。風(fēng)工程研究的流體一般為低速流動(dòng)，滿足流體力學(xué)中不可壓縮流動(dòng)的假設(shè)，因 此，計(jì)算風(fēng)工程的任務(wù)是，用計(jì)算機(jī)和數(shù)值方法求解滿足定解條件的描述不可壓縮流動(dòng)現(xiàn)象 的流體動(dòng)力學(xué)方程組，或其各種簡(jiǎn)化方程組來(lái)研究風(fēng)工程的問(wèn)題。由于風(fēng)工程研究對(duì)象位于 大氣邊界層中，而且研究的重點(diǎn)是鈍體繞流，因此，流動(dòng)一般為湍流，這就給計(jì)算風(fēng)工程增 加了困難。盡管如此，近年來(lái)由于計(jì)算流體力學(xué)的發(fā)展和

10、計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，使計(jì)算風(fēng)工程 在建筑、橋梁、車(chē)輛和能源等工程領(lǐng)域中得到了很快的發(fā)展，并逐步進(jìn)入了實(shí)用的階段。計(jì)算風(fēng)工程是數(shù)值模擬，與理論分析相比，它給出的是流動(dòng)區(qū)域的離散解，而不是解析 解，因此，它可以求解復(fù)雜的流動(dòng)，但是必須與物理分析相結(jié)合，才能揭示流動(dòng)的機(jī)理和特 征。數(shù)值模擬與物理模擬(主要是風(fēng)洞試驗(yàn))相比，它具有費(fèi)用低、周期短、便于模擬真實(shí) 環(huán)境、描述流場(chǎng)細(xì)節(jié)和給出流場(chǎng)定量結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)，但是由于目前工程上還不能通過(guò)直接數(shù)值 模擬研究復(fù)雜的湍流流動(dòng)，因此，如何根據(jù)不同的研究對(duì)象選擇湍流模型是一個(gè)難題。另外， 由于在求解復(fù)雜的多維非線性偏微分方程組時(shí)，還缺乏嚴(yán)格的穩(wěn)定性分析、誤差估計(jì)、收斂

11、性和惟一性理論。因此，數(shù)值模擬要與理論分析和物理模擬相互結(jié)合、相互補(bǔ)充，才能共同 促進(jìn)風(fēng)工程的發(fā)展。5. 中鐵物流大廈風(fēng)洞試驗(yàn)5.1實(shí)驗(yàn)概況中國(guó)鐵物大廈位于豐臺(tái)區(qū)的麗澤金融區(qū)D03和D04地塊，系三個(gè)新興金融功能區(qū)之一。中國(guó)鐵物大廈總用地面積為2. 11萬(wàn)nf,總建筑面積21.85萬(wàn)耐，地上建筑面積15.5 萬(wàn)nf,地下建筑面積6.35萬(wàn)nf。中國(guó)鐵物大廈由兩棟高層建筑、會(huì)議中心部分、和公共空 間部分組成，其中A座45層，高度為200米，B座為32層，高度為150米。裙樓部分最高 為地上4層，屋頂最高為30米。通過(guò)本項(xiàng)目的風(fēng)洞試驗(yàn)研究，為中國(guó)鐵物大廈設(shè)計(jì)提供可靠的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)參數(shù)，必要時(shí) 提出改

12、善抗風(fēng)性能的建議，從而確保該大廈的抗風(fēng)安全。對(duì)建筑物表面測(cè)壓試驗(yàn)：目的是獲 得到結(jié)構(gòu)外表面壓力分布和壓力時(shí)程。5. 2基本風(fēng)度及基本風(fēng)壓根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)GB 50009-2012X查“全國(guó)基本風(fēng)壓分布圖”，當(dāng)重現(xiàn)期為100 年時(shí),市地區(qū)風(fēng)壓為0. 5kN/m由此推算得到基本風(fēng)速U,0=28. 6m/so5. 3模型設(shè)計(jì)及制作鑒于試驗(yàn)既要模擬2棟塔樓，又要模擬底部裙樓，綜合考慮需要模擬的結(jié)構(gòu)幾何尺寸和 風(fēng)洞試驗(yàn)段尺寸，模型的幾何縮尺比暫按1:100考慮。模型在風(fēng)洞中的阻塞比小于3%,滿 足風(fēng)洞試驗(yàn)要求。模型根據(jù)提供的建筑設(shè)計(jì)圖紙，按幾何外形相似要求制作。測(cè)壓模型采用 有機(jī)玻璃及復(fù)合材料等制成，

13、模型圖片見(jiàn)圖1。圖1安裝在風(fēng)洞的中國(guó)鐵物大廈測(cè)壓模型實(shí)驗(yàn)在西南交通大學(xué)風(fēng)工程試驗(yàn)研究中心XNJD-3 X業(yè)風(fēng)洞中進(jìn)行，采用美國(guó)Scanvalve 電子掃描閥(型號(hào)：DSM3400)測(cè)風(fēng)壓力。5. 4大氣邊界層的模擬大氣邊界層是指地球表面之上幾百米到一千米的大氣層，這個(gè)圍的風(fēng)特性對(duì)建筑物風(fēng)效 應(yīng)的影響較為顯著，因而在風(fēng)洞試驗(yàn)中需要對(duì)其主要特性予以模擬。大氣邊界層空氣流動(dòng)的 特性受很多因素彩響，如地表粗糙度、地形地物等。其主要特性表現(xiàn)為平均風(fēng)速和紊流度沿 高度的分布。建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)中用指數(shù)a作為區(qū)分不同地表的指標(biāo)。針對(duì)該結(jié)構(gòu)所處的位置，其邊 界層應(yīng)屬B類地區(qū)，即a=0. 16的流場(chǎng)。大氣邊界層模擬

14、裝置由檔板、尖塔、粗糙元組成。在測(cè)壓模型風(fēng)洞試驗(yàn)中，最重要的是模擬平均風(fēng)速剖面，其次是模擬風(fēng)的紊流強(qiáng)度和積 分尺度等。在大氣邊界層，平均風(fēng)速剖面符合如下的指數(shù)分布律：Vz/VG=(Z/ZG)a式中：匕為任一高度Z處的風(fēng)速；匕為邊界層頂部風(fēng)速，Z為離地高度；Zg為邊界 層高度；a為風(fēng)速剖面指數(shù)。紊流強(qiáng)度定義為vf/V ,其中為脈動(dòng)風(fēng)速的均方根值；V為平均風(fēng)速。紊流強(qiáng)度隨著 粗糙度尺度的增加而增加，在近地面達(dá)到最大值，向上逐漸衰減。流場(chǎng)校測(cè)試驗(yàn)結(jié)果表明，大氣邊界層風(fēng)速剖面指數(shù)a為0. 162,與目標(biāo)值十分吻合， 見(jiàn)圖2。大氣邊界層底部紊流度為16%稍高于目標(biāo)值，但仍符合測(cè)壓試驗(yàn)要求，見(jiàn)圖3。圖4.

15、1平均風(fēng)速剖面，a=0. 1621.0- 0.8 -當(dāng)06-04 -0.2 ：0.0II8 12 16紊流度（$圖3湍流度剖面5. 5實(shí)驗(yàn)安排試驗(yàn)的重點(diǎn)是測(cè)量中國(guó)鐵物大廈兩棟塔樓外表面以及裙樓外表面的風(fēng)壓系數(shù)。400個(gè)測(cè) 點(diǎn)布置在主樓外表面，320個(gè)測(cè)點(diǎn)布置在副樓外表面，82個(gè)測(cè)點(diǎn)布置在裙樓外表面。由于實(shí) 驗(yàn)室每次最多測(cè)量420個(gè)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)進(jìn)行兩次，第一次只測(cè)量主樓，第二次測(cè)量副樓和裙樓。5. 6實(shí)驗(yàn)工況試驗(yàn)時(shí)，對(duì)每個(gè)測(cè)點(diǎn)，采樣時(shí)間為60秒，采樣頻率為200Hz。所有壓力測(cè)點(diǎn)的脈動(dòng)壓 力時(shí)程均同步獲得。試試驗(yàn)風(fēng)向按36個(gè)羅盤(pán)方向設(shè)置，定義= 0 ,模型按圖5. 3的方 向擺放，每間隔10設(shè)置一個(gè)

16、試驗(yàn)風(fēng)向。試驗(yàn)參考點(diǎn)（取模型大約2/3高度：167cm）風(fēng)速為 10m/s,每風(fēng)向重復(fù)測(cè)量2次。5. 7試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法將風(fēng)洞試驗(yàn)中所獲得的各測(cè)壓點(diǎn)的壓力值由計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，獲得各測(cè)壓點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù), 計(jì)算公式如下：風(fēng)壓系數(shù)cp = 4-z-式中，為模型前方來(lái)流未擾動(dòng)區(qū)、相當(dāng)于站房/雨棚頂端高度處的平均風(fēng)速，為該高度處參考靜壓，莎為模型各測(cè)壓點(diǎn)處的壓力，p為空氣密度。根據(jù)上述公式可得模型表面每個(gè)測(cè)壓點(diǎn)的平均風(fēng)壓系數(shù)。由于風(fēng)壓系數(shù)為無(wú)量綱系數(shù)， 故可將其直接用于計(jì)算結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)壓。由于測(cè)點(diǎn)多，數(shù)據(jù)量大，風(fēng)壓系數(shù)不便于設(shè)計(jì)人員應(yīng)用。為了給設(shè)計(jì)提供簡(jiǎn)單實(shí)用的數(shù) 據(jù)，需要進(jìn)行體型系數(shù)的計(jì)算。根據(jù)風(fēng)壓系數(shù)

17、，按下式計(jì)算可得到建筑物表面各區(qū)域的依型 系數(shù)式中：A,為各測(cè)壓點(diǎn)所覆蓋面積，為各測(cè)壓點(diǎn)所屬面積的總和，C幾為各測(cè)壓點(diǎn) 的風(fēng)壓系數(shù)。需要指出的是：風(fēng)壓系數(shù)的負(fù)值代表吸力，正值代表壓力。列出最后計(jì)算得到的主樓的0度風(fēng)向角時(shí)各面的風(fēng)壓等值線圖，見(jiàn)圖4.圖4主樓個(gè)表面風(fēng)壓等值線圖&等效靜力風(fēng)荷載計(jì)算等效靜力風(fēng)荷載是一種靜力荷載，但可以產(chǎn)生動(dòng)力荷載作用下結(jié)構(gòu)的最大響應(yīng)，下面 介紹一些計(jì)算等效靜力風(fēng)荷載的方法，由于方便，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中得到普遍應(yīng)用。對(duì)等效靜力風(fēng)荷載的研究始于高層建筑。Davenport引入“陣風(fēng)荷載因子”（Gust Loading Factor）來(lái)考慮脈動(dòng)風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的放大，這種簡(jiǎn)

18、單可行的方法得到發(fā)展 并運(yùn)用到實(shí)際工程中，成為風(fēng)荷載規(guī)中計(jì)算風(fēng)振響應(yīng)的主要依據(jù)。目前，在大跨度屋蓋結(jié) 構(gòu)等效靜力風(fēng)荷載的研究中也多釆用陣風(fēng)荷載因子法。辰rukawa等針對(duì)來(lái)流紊流度、屋蓋 的幾何特性和梁的結(jié)構(gòu)特性為陣風(fēng)荷載因子提供了經(jīng)驗(yàn)公式。Ueda等采用同步測(cè)壓技術(shù) 研究了梁柱框架結(jié)構(gòu)平屋蓋的風(fēng)振響應(yīng)，特別研究了來(lái)流紊流對(duì)風(fēng)荷載的影響。Uematsu 等（19962001）采用模態(tài)力法對(duì)封閉平坦矩形屋蓋、圓形平屋蓋、穹頂屋蓋的風(fēng)振響應(yīng) 進(jìn)行研究，提出的陣風(fēng)荷載因子計(jì)算公式考慮了親流度、結(jié)構(gòu)跨高比、結(jié)構(gòu)形式等因素。 世釗等對(duì)于中小跨度懸索結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)進(jìn)行了研究，歸納了對(duì)于特定索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的位移和

19、 力的陣風(fēng)荷載因子。近期的研究表明，陣風(fēng)荷載因子法在理論和應(yīng)用方面均存在不足，Kasperski提出了 用LRC法，澳大利亞的Holmes提出了采用LRC法和共振等效慣性力相結(jié)合來(lái)描述高層建 筑的等效靜力風(fēng)荷載oHolmes也釆用同樣的方法來(lái)表示大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)的等效靜力風(fēng)荷載, 并繼而給出了由平均風(fēng)荷載、背景等效風(fēng)荷載以及多階共振響應(yīng)分量產(chǎn)生的慣性風(fēng)荷載組 合而成的等效靜力風(fēng)荷載的計(jì)算方法，但這一方法沒(méi)有考慮多階模態(tài)之間的耦合效應(yīng)對(duì)共 振響應(yīng)的影響。這是一明顯缺陷。如果能在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步考.慮共振分量的模態(tài)耦合效應(yīng) （也即建立一種修正的Holmes方法）無(wú)疑具有重要的實(shí)踐意義。這種方法又被稱為

20、背景 分量與共振分量組合法。其中背景分量是靜力脈動(dòng)風(fēng)的響應(yīng)分量，是脈動(dòng)風(fēng)的靜力作用； 共振分量是由于結(jié)構(gòu)和脈動(dòng)風(fēng)荷載共振作用產(chǎn)生的響應(yīng)分量，是脈動(dòng)風(fēng)的動(dòng)力作用。6. 1 LRC 法Kasperski （ 1992）年提出了荷載-響應(yīng)相關(guān)法，即LRC法。LRC法利用準(zhǔn)靜力的方法 計(jì)算背景響應(yīng)，考慮荷載與響應(yīng)之間的相關(guān)性能得到背景等效風(fēng)荷載的分布形式。LRC法給 出的背景等效風(fēng)荷載為其中，如表示背景響應(yīng)的峰值因子；a/z）為脈動(dòng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)差；Pp為脈動(dòng)荷 載p （ Z , t ）和Z 1處的背景響應(yīng)之間的相關(guān)系數(shù)（Z及Z 1表示結(jié)構(gòu)上的不同位置）， 其表達(dá)式為式中，為對(duì)應(yīng)于響應(yīng)r的影響線；為背景響

21、應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)差。6.2背景分量與共振分量的組合法背景分量與共振分量的組合法用來(lái)表達(dá)平均風(fēng)、背景與共振風(fēng)響應(yīng)對(duì)應(yīng)的靜力等效風(fēng) 荷載。上面已經(jīng)討論了用LRC法表達(dá)平均風(fēng)和背景響應(yīng)對(duì)應(yīng)的靜力等效風(fēng)荷載，而背景分 量與共振分量的組合法是結(jié)合LRC法一起考慮共振分量對(duì)應(yīng)的等效風(fēng)荷載。澳大利亞Holmes提出了采用LRC法與等效風(fēng)振慣性力相結(jié)合的方法來(lái)表示平均風(fēng)響應(yīng)、 背景和共振響應(yīng)對(duì)應(yīng)的靜力等效風(fēng)荷載，給出了平均風(fēng)荷載、背景風(fēng)荷載和代表多階共振 分量的慣性風(fēng)荷載一起組合的靜力等效風(fēng)荷載。相應(yīng)的等效靜力風(fēng)荷載為：=+肌內(nèi)+嗆J-1式中，0（Z）、Pb、PrZ分別為平均風(fēng)荷載、背景等效風(fēng)荷載和第j階振型對(duì)應(yīng)的等效慣性風(fēng)荷載， 叫、分別為背景風(fēng)荷載和第j振型慣性風(fēng)荷載的權(quán)系數(shù)。從Dave叩ort首先建立順風(fēng)向響應(yīng)和等效風(fēng)荷載的計(jì)算方法以來(lái)，在過(guò)去的幾十年中， 一直認(rèn)為順風(fēng)向的風(fēng)荷載占主要地位，是大部分結(jié)構(gòu)的控制荷載，世界各個(gè)國(guó)家的規(guī)也主 要規(guī)定順風(fēng)向靜動(dòng)力風(fēng)荷載的計(jì)算方法，該方法對(duì)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程及其應(yīng)用起到了非常重要的 作用。但對(duì)高柔的豎向懸臂結(jié)構(gòu)，例如200、300m以上的高層建筑等，除順風(fēng)向的靜動(dòng)力風(fēng) 荷載作用外，橫風(fēng)向的動(dòng)力風(fēng)荷載作用增