第六講：結構抗風計算概念、順風效應

1、3.3 結構抗風計算的幾個重要概念結構抗風計算的幾個重要概念 3.3.1 3.3.1 結構的風力與風效應：結構的風力與風效應： 1、風力、風力-作用于物體表面的風壓沿表面積分作用于物體表面的風壓沿表面積分,將得到三種將得到三種 力的成分力的成分:順風向力順風向力PD、橫風向力橫風向力PL、扭風力矩扭風力矩PM。 2、結構風效應、結構風效應 由風力產(chǎn)生的結構位移、速度、加速由風力產(chǎn)生的結構位移、速度、加速 度響應。度響應。 3.3.2 3.3.2 順風向平均風與脈動風：順風向平均風與脈動風： 順風向風速成分順風向風速成分 長周期長周期成分成分(10min) 短周期短周期成分成分(幾秒幾秒) 順風

2、向風效應順風向風效應 平均風平均風(穩(wěn)定風穩(wěn)定風) 脈動風脈動風(陣風脈動陣風脈動) 順風向風效應特點順風向風效應特點 平均風平均風: 對結構的動力影響很小對結構的動力影響很小,可可等效等效為為靜力作用靜力作用。 脈動風：使結構產(chǎn)生動力響應。是引起脈動風：使結構產(chǎn)生動力響應。是引起結構順風向振動結構順風向振動 的主要原因。的主要原因。 脈動風速一般處理為脈動風速一般處理為隨機過程隨機過程vf(t),tT 工程上常假定為工程上常假定為零均值正態(tài)平穩(wěn)隨機工程零均值正態(tài)平穩(wěn)隨機工程。 地面粗糙度地面粗糙度大大的上空的上空地面粗糙度地面粗糙度小小的上空的上空 平均風平均風風速風速小小風速風速大大 脈動

3、風脈動風脈動風脈動風幅值大幅值大且且頻率高頻率高脈動風脈動風幅值小幅值小且且頻率低頻率低 3.4 順風向結構風效應順風向結構風效應 3.4.1 順風向平均風效應順風向平均風效應 1、風荷載、風荷載體型系數(shù)（體型系數(shù)（S) (Style) 工程結構物不能理想地使自由氣流工程結構物不能理想地使自由氣流停滯停滯，而是讓氣流，而是讓氣流 以不同方式在結構表面以不同方式在結構表面繞過繞過，因此需對風壓計算公式進，因此需對風壓計算公式進 行行修正修正，修正，修正系數(shù)與系數(shù)與結構物的結構物的體型有關體型有關，稱為風荷載體，稱為風荷載體 型系數(shù)。型系數(shù)。 完全從理論上確定任意受完全從理論上確定任意受 氣流影響

4、的物體表面的壓氣流影響的物體表面的壓 力尚做不力尚做不 到。到。 一般通過一般通過試驗試驗方法（方法（風洞風洞 試驗、實際測量風壓分布試驗、實際測量風壓分布 ）確定確定S 。 脫體脫體 外區(qū)（伯努利式）外區(qū)（伯努利式） （內(nèi)區(qū)）（內(nèi)區(qū)） 粘性、湍粘性、湍 流影響流影響 p0+ v02 = p + v 2 w=p-p0=(1-v2/v02)v02 = S w0 S =1-v2/v02 脫體點脫體點 壓力可壓力可 按伯努按伯努 利方程利方程 式確定式確定 S = w/ w0 = w實際 實際/ w計算計算 S查荷載規(guī)范 查荷載規(guī)范表表7.3.1 驗算驗算圍護構件及其連接的強度圍護構件及其連接的強度

5、時時,采用采用局部風壓體型局部風壓體型 系數(shù)系數(shù) 一、外表面一、外表面 正壓區(qū)正壓區(qū)- 查表；查表； 負壓區(qū)負壓區(qū)-對墻面對墻面,取取-1.0; -對墻角邊對墻角邊,取取-1.8; -屋面局部屋面局部,取取-2.2; -對檐口、雨蓬、遮陽板等突出構件，取對檐口、雨蓬、遮陽板等突出構件，取-2.0。 二、內(nèi)表面二、內(nèi)表面 對對封閉式建筑物，封閉式建筑物，按外表面風壓的正負情況取按外表面風壓的正負情況取-0.2或或0.2 實用時將同一部位的實用時將同一部位的S 值進行平均，作為該部位值進行平均，作為該部位 的風荷載體形系數(shù)代表值的風荷載體形系數(shù)代表值 VV0或或V=0 S 0 2、平均風下結構的、

6、平均風下結構的等效靜風壓等效靜風壓 平均風對結構的作用可等效為靜力荷載，考慮高度、體平均風對結構的作用可等效為靜力荷載，考慮高度、體 型修正，等效靜風壓為：型修正，等效靜風壓為： 3.4.1 順風向脈動風效應順風向脈動風效應 順風向脈動風作用下結構的動力響應順風向脈動風作用下結構的動力響應-風振計算風振計算應按應按隨隨 機振動理論機振動理論進行，結構的自振周期應按結構動力學計算。進行，結構的自振周期應按結構動力學計算。 規(guī)范條件：對于規(guī)范條件：對于基本自振周期基本自振周期T1大于大于0.25 s的工程結構，的工程結構， 如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及對于如房屋、屋蓋及各種高聳結構，以及對于高

7、度大于高度大于30m 且高寬比大于且高寬比大于1.5的高柔房屋的高柔房屋。 在在原則上原則上應考慮多個振型的影響。應考慮多個振型的影響。 對于一般對于一般懸臂型結構懸臂型結構，例如構架、塔架、煙囪，例如構架、塔架、煙囪 等高聳結構，以及對于等高聳結構，以及對于高度大于高度大于30m，高寬比，高寬比 大于大于1.5且且可忽略扭轉(zhuǎn)影響可忽略扭轉(zhuǎn)影響的的高層建筑高層建筑（由于（由于 頻譜比較稀疏，第一振型起到絕對的影響）頻譜比較稀疏，第一振型起到絕對的影響）,均均 可可僅考慮第一振型影響僅考慮第一振型影響，結構的風荷載可通過，結構的風荷載可通過 風振系數(shù)風振系數(shù)z計算。計算。 將順風向平均風壓與脈動

8、風壓之和表達為將順風向平均風壓與脈動風壓之和表達為 順風向總風壓順風向總風壓w(z) w(z)=(z)s(z)z(z)w0 z =1+z/z - 脈動增大系數(shù)（表脈動增大系數(shù)（表3-10） - 脈動影響系數(shù)脈動影響系數(shù) （表（表3-11、12、13） z - 振型系數(shù)（應按實際工程由結構力學計算）振型系數(shù)（應按實際工程由結構力學計算） 例題-順風向風效應 已知城市市區(qū)一矩形 平面RC高層建筑,平 面沿高度保持不變。 H=100m,B=33m。 基本風壓w0=0.44kN/m2， 結構自振周期T1=2.5s。 求風產(chǎn)生的建筑底部 彎矩。 為簡化計算，將建筑沿高度劃分為5個計算區(qū)段，每個 區(qū)段20

9、m高，區(qū)段中點位置風荷載值作為該區(qū)段的平均 風荷載值。 解： 1、體型系數(shù)。 迎風面 0.8(壓），背風面-0.5(吸） 順風向總體型系數(shù) s=1.3 2、風壓高度變化系數(shù)z 城市市區(qū)、地面粗糙度類別C 各區(qū)段風壓高度及 z 值如下 +0.8 -0.5 -0.7 -0.7 高度1030507090 z 0.741.001.251.451.62 3、風振系數(shù) （z =1+z/z ） 。 - - 脈動增大系數(shù)（表3-10）(C類w0 0.62） w0T12=0.440.62 2.52 =1.705 =1.51=1.51 - 脈動影響系數(shù) （表3-13） H=100m,B=33m H/B=3.03

10、C類 =0.49=0.49 z - 振型系數(shù)（規(guī)范表F1.2 ） z1 z15 5 =0.02,0.17,0.38,0.67,0.86 =0.02,0.17,0.38,0.67,0.86 z1 =1+1.51 =1+1.51 0.49 0.49 0.02/0.02/ 0.74=1.020.74=1.02 z2 =1+1.51 =1+1.51 0.49 0.49 0.17/0.17/ 1.00=1.1261.00=1.126 z3 = 1+1.51 = 1+1.51 0.49 0.49 0.38/0.38/ 1.25=1.2251.25=1.225 z4 = 1+1.51 = 1+1.51 0.49 0.49 0.67/0.67/ 1.45=1.3421.45=1.342 z5 = 1+1.51 = 1+1.51 0.49 0.49 0.86/0.86/ 1.62=1.3931.62=1.393 4、各區(qū)段中點高度處風壓值( ) Wk1=1.02 1.3 0.74 0.44=0.43(kN/m2) Wk2=1.126 1.3 1.00 0.44=0.64(kN/m2) Wk3=1.225 1.3 1.25 0.44=0.88(kN/m2) Wk4=1.342 1.3