章4風荷載(2)

1、土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法土木工程荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法土木工程學科土木工程學科-梁超鋒梁超鋒第第4章章 風荷載風荷載內(nèi)容提要內(nèi)容提要 第一節(jié)第一節(jié) 風的有關(guān)知識風的有關(guān)知識 第二節(jié)第二節(jié) 風壓風壓 第三節(jié)第三節(jié) 順風向結(jié)構(gòu)風效應順風向結(jié)構(gòu)風效應 第四節(jié)第四節(jié) 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應 第五節(jié)第五節(jié) 橋梁風荷載橋梁風荷載 4.1 風的基本知識風的基本知識4.1.1 4.1.1 風的形成風的形成- 空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成 地表上存在氣壓差或壓力梯度地表上存在氣壓差或壓力梯度北極北極赤道赤道大氣熱力學環(huán)流模型大氣熱力學環(huán)流模型 赤道

2、和低緯度地區(qū)：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小赤道和低緯度地區(qū)：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小, ,且大氣因加熱膨脹，由表面向高空上升且大氣因加熱膨脹，由表面向高空上升 極地和高緯度地區(qū)：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、極地和高緯度地區(qū)：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、 氣壓氣壓大大 ，且大氣因冷卻收縮由高空向地表下降，且大氣因冷卻收縮由高空向地表下降4.1.2 4.1.2 兩類性質(zhì)的風兩類性質(zhì)的風1 1、臺風（、臺風（typoontypoon）l弱的熱帶氣旋性渦旋弱的熱帶氣旋性渦旋l氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內(nèi)部氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內(nèi)部l形成形成暖心暖心（渦旋內(nèi)部空氣密度

3、減小，下部海面氣壓下降）（渦旋內(nèi)部空氣密度減小，下部海面氣壓下降）l循環(huán)增強循環(huán)增強熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級 名稱名稱 屬性屬性 臺風 （Typhoon） 最大風速出現(xiàn)326 米/秒，也即 12 級以上（64 海里/小時或以上） 強熱帶風暴 (Severe tropical storm) 最大風速出現(xiàn) 245-326 米/秒，也即風力 10-11 級（48-63 海里/小時） 熱帶風暴 (Tropical storm) 最大風速出現(xiàn)17 2-24 4米/秒， 也即風力8-9級 （34-47海里/小時） 熱帶低壓 (Tropical

4、 depression) 最大風速出現(xiàn)17 2 米/秒， 也即風力為 6-7 級 （22-33海里/小時） 4.1.2 4.1.2 兩類性質(zhì)的風兩類性質(zhì)的風2 2、季風、季風 冬季冬季: :大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低 風從大陸吹向海洋風從大陸吹向海洋 夏季夏季: :大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低 、氣壓高、氣壓高 風從海洋吹向大陸風從海洋吹向大陸4.1.3 4.1.3 風級風級 1313個等級（個等級（0 0級級 1212級）級）（P74P74，表，表4-14-1） 0 0級

5、級 1 1級級 2 2級級 3 3級級 4 4級級 5 5級級 6 6級級 7 7級級 8 8級級 9 9級級 1010級級 1111級級 1212級級靜風靜風 軟風軟風 輕風輕風 微風微風 和風和風 清勁風清勁風 強風強風 疾風疾風 大風大風 烈風烈風 狂風狂風 暴風暴風 颶風颶風根據(jù)風對地面或海洋物體的影響程度根據(jù)風對地面或海洋物體的影響程度4.2 風壓風壓4.2.1 4.2.1 風壓與風速的關(guān)系風壓與風速的關(guān)系建筑物建筑物小股氣流小股氣流流向流向高壓氣幕高壓氣幕壓力線壓力線w= v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA風壓的形成風壓的形成4.2 風壓風壓cvw2121 4.2.1 4.2

6、.1 風壓與風速的關(guān)系風壓與風速的關(guān)系dlw1dA(w1+dw1)dA風壓的形成風壓的形成邊界條件：邊界條件： 當當0v時時，mww 1（氣氣流流沖沖擊擊結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)物物后后其其截截面面中中心心點點產(chǎn)產(chǎn)生生的的最最大大氣氣流流壓壓強強） 當當v時時，bww 1（氣氣流流原原先先壓壓力力強強度度） mbwvw221 風風壓壓：16302vw (kN/m2) 各地的各地的/2g參見表參見表4-2風工程風壓風工程風壓4.2 風壓風壓4.2.2 4.2.2 基本風壓基本風壓按規(guī)定的按規(guī)定的地貌地貌、高度高度、時距時距等量測的風速所確定的風壓等量測的風速所確定的風壓 地貌（地面粗糙度）地貌（地面粗糙度） 空

7、曠平坦地貌空曠平坦地貌 高度高度 1010米高為標準高度米高為標準高度 公稱風速時距公稱風速時距 =10min=10min 公公稱稱風風速速 odttvv10, 即即一一定定時時間間間間隔隔內(nèi)內(nèi)的的平平均均風風速速 4.2 風壓風壓4.2.2 4.2.2 基本風壓基本風壓 最大風速的樣本時間最大風速的樣本時間 一年一年 (季風一年重復季風一年重復)基本風速的重現(xiàn)期基本風速的重現(xiàn)期T T0 0l 基本風速基本風速l 重現(xiàn)期重現(xiàn)期年最大風速年最大風速 -隨機變量隨機變量年最大風速年最大風速p基本風速基本風速面積面積 p0=1-1/T0年平均最大風速年平均最大風速年最大風速概率密度分布年最大風速概率

8、密度分布 每年不超過基本風壓的概率或保證率每年不超過基本風壓的概率或保證率p p0 0=1-1/=1-1/T T0 0（圖中影形面積）（圖中影形面積）4.2 風壓風壓4.2.2 4.2.2 基本風壓基本風壓 GB50009-2012GB50009-2012規(guī)定：規(guī)定： 以當?shù)匾援數(shù)乇容^空曠平坦地面比較空曠平坦地面上上離地離地10m10m高統(tǒng)計所得的高統(tǒng)計所得的5050年年一遇一遇10min10min內(nèi)最大風速內(nèi)最大風速v v0 0為標準，按為標準，按w w 0 0= = v v0 02 2/1600/1600確定。確定。重現(xiàn)期重現(xiàn)期l 一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)50年；年；l 橋梁結(jié)構(gòu)與超高層建筑橋梁結(jié)

9、構(gòu)與超高層建筑100年年基本風壓查基本風壓查P249附錄附錄2建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 GB50009-2012對風荷載敏感的高層建筑對風荷載敏感的高層建筑 (高度超過高度超過60m)，100年重現(xiàn)期年重現(xiàn)期4.2 風壓風壓4.2.3 4.2.3 非標準條件時的換算非標準條件時的換算n 非標準高度換算非標準高度換算szzsvv風速換算：風速換算：基本風壓換算：基本風壓換算：2s220zz)(saavvwzw4.2 風壓風壓4.2.3 4.2.3 非標準條件時的換算非標準條件時的換算n 非標準地貌換算非標準地貌換算 梯度風：梯度風：不受地表影響，能夠在氣壓梯度作用自由流動的風不受地表影響

10、，能夠在氣壓梯度作用自由流動的風 梯度風速梯度風速 梯度風高度及梯度風高度及4.2 風壓風壓4.2.3 4.2.3 非標準條件時的換算非標準條件時的換算n 非標準地貌換算非標準地貌換算風速換算：風速換算：基本風壓換算：基本風壓換算：asaTaasTsszHvzHv00asaTasTsazHzHww2-200據(jù)公式據(jù)公式4-114.2 風壓風壓4.2.3 4.2.3 非標準條件時的換算非標準條件時的換算n 不同時距的換算不同時距的換算不同時距與不同時距與10min時距風速比值時距風速比值時距時距1h10min2min30s10s瞬時瞬時比值比值0.941.01.161.261.351.54.2

11、風壓風壓4.2.3 4.2.3 非標準條件時的換算非標準條件時的換算n 不同重現(xiàn)期的換算不同重現(xiàn)期的換算不同重現(xiàn)期與常規(guī)不同重現(xiàn)期與常規(guī)50年時風壓比值：年時風壓比值：重現(xiàn)期重現(xiàn)期/年年10050301010.5比值比值1.1141.00.9160.7340.3530.239429. 0lg336. 00Tr4.2 風壓風壓4.2.4 4.2.4 山區(qū)的基本風壓山區(qū)的基本風壓荷載規(guī)范荷載規(guī)范2012規(guī)定了考慮地形的修正系數(shù)規(guī)定了考慮地形的修正系數(shù) 山峰與山坡頂部山峰與山坡頂部B點點 其他位置線性插值其他位置線性插值山峰山峰山坡山坡4.2 風壓風壓4.2.4 4.2.4 山區(qū)的基本風壓山區(qū)的基本

12、風壓 盆地、谷地等閉塞地形盆地、谷地等閉塞地形85. 075. 0 與風向一致的谷口、山口與風向一致的谷口、山口1.5020. 1例題例題4.14.2 風壓風壓4.2.5 4.2.5 遠海海面和海島基本風壓遠海海面和海島基本風壓距海岸的距離距海岸的距離/km30m 30m且高寬比且高寬比H H/ /B B 1.5 1.5的高柔房屋的高柔房屋( (風振系數(shù)風振系數(shù)) )基本自振周期基本自振周期T T1 10.25s0.25s的各種高聳結(jié)構(gòu)的各種高聳結(jié)構(gòu)( (風振系數(shù)風振系數(shù)) ) 對風敏感的或?qū)︼L敏感的或跨度大于跨度大于36m36m的柔性屋蓋結(jié)構(gòu)的柔性屋蓋結(jié)構(gòu)( (隨機振動理論隨機振動理論) )

13、考慮風壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風向風振的影響考慮風壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風向風振的影響4.3.3平均風與脈動風平均風與脈動風8.4.3 8.4.3 對于一般豎向懸臂型結(jié)構(gòu)，例如高層建筑和構(gòu)架、塔架、煙囪對于一般豎向懸臂型結(jié)構(gòu)，例如高層建筑和構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，均可僅考慮結(jié)構(gòu)第一振型的影響。結(jié)構(gòu)順風向風荷載等高聳結(jié)構(gòu)，均可僅考慮結(jié)構(gòu)第一振型的影響。結(jié)構(gòu)順風向風荷載可按公式可按公式(8.1.1-1)(8.1.1-1)計算。計算。Z Z高度處風振系數(shù)可按下式計算：高度處風振系數(shù)可按下式計算：4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)0)(wzwzszk210121zzgI BR 式

14、中：式中： 為峰值因子?？扇榉逯狄蜃?。可取2.52.5； 為為10m 10m 高度名義湍流強度，對應地面粗糙度取值為高度名義湍流強度，對應地面粗糙度取值為 A(0.12)A(0.12)、 B(0.14)B(0.14)、 C(0.23) C(0.23)、 D(0.39) D(0.39)； 為脈動風荷載的共振分量因子；為脈動風荷載的共振分量因子； 為脈動風荷載的背景分量因子；為脈動風荷載的背景分量因子；4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)210121zzgI BR 10IgRzB脈動風荷載的共振分量因子：脈動風荷載的共振分量因子： 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷

15、載規(guī)范20122012)210121zzgI BR 212 4/3116(1)xRx111030, 5wfxxk w為結(jié)構(gòu)第為結(jié)構(gòu)第1階自振頻率階自振頻率(Hz)， 。為地面粗糙度修正系數(shù)，對為地面粗糙度修正系數(shù)，對A(1.28)、 B(1.0)、 C(0.54)、 D(0.26)、為結(jié)構(gòu)阻尼比，鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)為結(jié)構(gòu)阻尼比，鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)0.05，鋼結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)0.01，有填充墻鋼，有填充墻鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)0.03，等，等1fwk1111/fT結(jié)構(gòu)基本周期結(jié)構(gòu)基本周期 (P94-95)(P94-95) 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)212 4/3116(1

16、)xRx1T脈動風荷載的背景分量因子：脈動風荷載的背景分量因子： 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)210121zzgI BR 11( )azxzzzBkH 結(jié)構(gòu)第結(jié)構(gòu)第1 階振型系數(shù)；階振型系數(shù)；1( ) zH 結(jié)構(gòu)總高度，分別不大于結(jié)構(gòu)總高度，分別不大于300m (A) 350 m(B) 450 m(C)550 m(D) ； 脈動風水平、豎直方向相關(guān)系數(shù)；脈動風水平、豎直方向相關(guān)系數(shù)；zx、振型系數(shù)振型系數(shù) 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)11( )azxzzzBkH 1( ) z8.4.7 振型系數(shù)應根據(jù)結(jié)構(gòu)動力計算確定。對外形、

17、質(zhì)量、剛度沿高度按振型系數(shù)應根據(jù)結(jié)構(gòu)動力計算確定。對外形、質(zhì)量、剛度沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的豎向懸臂型高聳結(jié)構(gòu)及沿高度比較均勻的高層建筑，也可連續(xù)規(guī)律變化的豎向懸臂型高聳結(jié)構(gòu)及沿高度比較均勻的高層建筑，也可按相對高度按相對高度z/H 按本規(guī)范附錄按本規(guī)范附錄G確定。確定。 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)11( )azxzzzBkH z z振型系數(shù)，由結(jié)構(gòu)動力計算確定振型系數(shù)，由結(jié)構(gòu)動力計算確定( (一般取第一振型一般取第一振型) )底層建筑，剪切型變形底層建筑，剪切型變形高層建筑，彎剪型變形高層建筑，彎剪型變形高聳結(jié)構(gòu)，彎曲變型高聳結(jié)構(gòu)，彎曲變型4.3.4風振系數(shù)

18、風振系數(shù)zzzv1Hzz2sin7 . 04tanHzz44322346HzHzHzz截面沿高度規(guī)律變化的高聳結(jié)構(gòu)，查表截面沿高度規(guī)律變化的高聳結(jié)構(gòu)，查表4.12確定確定(迎風面迎風面BH/B0)質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型高層建筑質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的彎剪型高層建筑Hzz/脈動風荷載的背景分量因子：脈動風荷載的背景分量因子： 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)210121zzgI BR 11( )azxzzzBkH 系數(shù)取值；系數(shù)取值；k a、脈動風荷載的背景分量因子：脈動風荷載的背景分量因子： 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范2012

19、2012)210121zzgI BR 11( )azxzzzBkH 對迎風面和側(cè)風面的寬度沿高度按直線或接近直線變化，而質(zhì)量沿高度按對迎風面和側(cè)風面的寬度沿高度按直線或接近直線變化，而質(zhì)量沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的高聳結(jié)構(gòu)，背景分量因子應乘以修正系數(shù)連續(xù)規(guī)律變化的高聳結(jié)構(gòu)，背景分量因子應乘以修正系數(shù) 。Bv、(z)(0)BBB迎 風 面 寬 度 底 部 寬 度 脈動風荷載的空間相關(guān)系數(shù)：脈動風荷載的空間相關(guān)系數(shù)： 4.3.4風振系數(shù)風振系數(shù)(荷載規(guī)范荷載規(guī)范20122012)11( )azxzzzBkH 1. 豎直方向相關(guān)系數(shù)豎直方向相關(guān)系數(shù)/60106060HzHeH2. 水平方向相關(guān)系數(shù)水平方

20、向相關(guān)系數(shù)/50105050BxBeB 結(jié)構(gòu)總高度，分別不大于結(jié)構(gòu)總高度，分別不大于300m (A) 350 m(B) 450 m(C)550 m(D) ；HB 結(jié)構(gòu)迎風面寬度結(jié)構(gòu)迎風面寬度(m), 2BH3. 對迎風面寬度較小的高聳結(jié)構(gòu)，水平方向相關(guān)系數(shù)可取對迎風面寬度較小的高聳結(jié)構(gòu)，水平方向相關(guān)系數(shù)可取1.0。2 2、圍護結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu) 對于圍護結(jié)構(gòu)，由于其剛度一般較大，在結(jié)構(gòu)效應中可不必考慮其對于圍護結(jié)構(gòu)，由于其剛度一般較大，在結(jié)構(gòu)效應中可不必考慮其共振分量，可僅在平均風的基礎(chǔ)上，近似考慮脈動風瞬間的增大因共振分量，可僅在平均風的基礎(chǔ)上，近似考慮脈動風瞬間的增大因素，通過素，通過陣風系數(shù)

21、陣風系數(shù) gzgz 來計算風效應。來計算風效應。 w w(z)= (z)= gzgz s s z z(z) (z) w w0 0 gzgz陣風系數(shù)，陣風系數(shù)，按下式確定按下式確定: : gzgz= =k k (1+2(1+2 f f) )4.3.4陣風系數(shù)陣風系數(shù)k k 地面粗糙度調(diào)整系數(shù)地面粗糙度調(diào)整系數(shù), , k k =0.92 =0.92（ A A類）類）; ; k k =0.89 =0.89（ B B類）類）; ; k k =0.85 =0.85（ C C類）類）; ; k=k=0.800.80（ D D類）；類）； f f 脈動系數(shù)，脈動系數(shù)， 地面粗糙度，地面粗糙度， =0.12

22、=0.12 （ A A類）；類）； =0.16 =0.16 （ B B類）；類）； =0.22 =0.22 （ C C類）；類）； = =0.30 0.30 （ D D類）。類）。4.3.4陣風系數(shù)陣風系數(shù))2(1fgz k-1.6)-(8 . 110355 . 0zf4.3.4陣風系數(shù)陣風系數(shù))2(1fgz k注意：直接承受風壓的的幕墻構(gòu)件注意：直接承受風壓的的幕墻構(gòu)件(及門窗及門窗)的陣風系數(shù)可查表的陣風系數(shù)可查表4.16確定。確定。其他取為其他取為1.04.3.4順風向風荷載標準值及效應計算順風向風荷載標準值及效應計算p確定基本風壓確定基本風壓p風荷載體型系數(shù)或局部風壓體形系數(shù)風荷載體型

23、系數(shù)或局部風壓體形系數(shù)p確定結(jié)構(gòu)的基本周期確定結(jié)構(gòu)的基本周期(荷載規(guī)范或高規(guī)荷載規(guī)范或高規(guī))p確定風振系數(shù)確定風振系數(shù)p確定風荷載標準值確定風荷載標準值p計算受風面積，計算相應的風荷載效應計算受風面積，計算相應的風荷載效應0)(wzwzszk0gz)(wzwzsk210121zzgI BR 4.3.5 例題例題4.44.3.5 例題例題4.44.3.5 高層風力計算例題高層風力計算例題(例題例題4.3)某鋼筋混凝土框架某鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為矩形，剪力墻結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為矩形，H=100m，迎風面寬度，迎風面寬度B=45m，建于，建于C

24、類地區(qū)，基本風壓類地區(qū)，基本風壓w0=0.55kN/m2, 求求95m高處風壓標準值。高處風壓標準值。風荷載體型系數(shù)風荷載體型系數(shù)矩形，矩形，H/B=2.221.5, 考慮風振系數(shù)考慮風振系數(shù)23130.250.53 101.745HTB210121zzgI BR 2.5g 100.23(C)I類212 4/3116(1)xRx111030, 5wfxxk w1110.573fT11030300.57331.5550.540.55wfxk w2212 4/32 4/3113.1431.551.0476(1)60.05 (131.55 )xRx例例4.3 某鋼筋混凝土框架某鋼筋混凝土框架-剪力墻

25、結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為剪力墻結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為矩形，矩形，H=100m，迎風面寬度，迎風面寬度B=45m，建于，建于C類地區(qū)，基本風壓類地區(qū)，基本風壓w0=0.55kN/m2, 求求95m高處風壓標準值。高處風壓標準值。(3)風振系數(shù)風振系數(shù)房屋高度大于房屋高度大于30m，且，且H/B=2.221.5, 考慮風振系數(shù)考慮風振系數(shù)210121zzgI BR 11( )azxzzzBkH /601060600.716HzHeH/501050500.87BxBeB1(95)0.95zH10.2611( )0.950.295 1000.870.7160.3961.4

26、65azxzzzBkH 例例4.3 某鋼筋混凝土框架某鋼筋混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為剪力墻結(jié)構(gòu)，質(zhì)量和外形沿高度均勻分布，平面為矩形，矩形，H=100m，迎風面寬度，迎風面寬度B=45m，建于，建于C類地區(qū)，基本風壓類地區(qū)，基本風壓w0=0.55kN/m2, 求求95m高處風壓標準值。高處風壓標準值。(3)風振系數(shù)風振系數(shù)房屋高度大于房屋高度大于30m，且，且H/B=2.221.5, 考慮風振系數(shù)考慮風振系數(shù)2210121122.5 0.23 0.3961 1.0471.956zzgI BR (4)風壓標準值風壓標準值201.956 1.3 1.465 0.552

27、.049 kN/mkzszww (5)簡化集中力簡化集中力2.04945 10922 kNkiFw Bh(6)對基地傾覆力矩對基地傾覆力矩922 9587588.8 kN miMFL要求：要求：110m處風荷載標準值處風荷載標準值wk及及F6對筏基底板的傾覆力矩對筏基底板的傾覆力矩(T1=1.9s)作業(yè)作業(yè)1作業(yè)作業(yè)24.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應一、橫風向風振一、橫風向風振（對細柔性結(jié)構(gòu)應考慮）（對細柔性結(jié)構(gòu)應考慮） 橫風向風振橫風向風振由不穩(wěn)定的空氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落由不穩(wěn)定的空氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落、弛振、顫振、擾振等空氣動力現(xiàn)象。、弛振、顫振、擾振等

28、空氣動力現(xiàn)象。 與與結(jié)構(gòu)截面形狀結(jié)構(gòu)截面形狀和和雷諾數(shù)雷諾數(shù)R Re e有關(guān)有關(guān)vBlvlvFlvFvRe690002粘性力慣性力雷諾數(shù)sm251045. 1,-空氣動力粘性系數(shù)粘性力粘性力= =粘性應力粘性應力 面積面積F F = =（粘性系數(shù)（粘性系數(shù) 速度梯度速度梯度dvdv/dy/dy）面積面積F F慣性力慣性力= =單位面積上的壓力單位面積上的壓力 v v2 2/2 /2 面積面積F F 橫向風振的產(chǎn)生橫向風振的產(chǎn)生( (圓截面柱體結(jié)構(gòu)圓截面柱體結(jié)構(gòu)) )沿上風面沿上風面ABAB速度逐漸增大（速度逐漸增大（v v ），），B B點壓力達到最小值點壓力達到最小值; ;沿下風面沿下風面B

29、CBC速度逐漸降低（速度逐漸降低（ v v ），壓力重新增大。），壓力重新增大。氣流在氣流在BCBC中間某點中間某點S S處速度停滯（處速度停滯（ v v =0 =0），生成），生成旋渦旋渦，并在外流，并在外流的影響下以一定周期脫落（的影響下以一定周期脫落（脫落頻率脫落頻率f fs s）-Karman Karman 渦街渦街當氣流旋渦當氣流旋渦脫落頻率脫落頻率f fs s與結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)橫向自振頻率橫向自振頻率接近時，結(jié)構(gòu)發(fā)生接近時，結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，即發(fā)生共振，即發(fā)生橫向風振橫向風振 。ABC Strouhal Strouhal數(shù)數(shù)ABCvDfSs/tD為圓柱截面直徑；為圓柱截面直徑；v為平均風速；

30、為平均風速；fs為漩渦脫落頻率為漩渦脫落頻率4-23周期性脫落周期性脫落周期性脫落周期性脫落隨機性隨機性4.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應雷諾數(shù) Re= 圓筒式結(jié)構(gòu)三個臨界范圍圓筒式結(jié)構(gòu)三個臨界范圍跨臨界范圍：跨臨界范圍： R Re e 3.5 3.5 10 106 6 強風共振強風共振超臨界范圍：超臨界范圍： 3.03.0 10105 5 R Re e 3.5 3.5 10 106 6 呈隨機性呈隨機性亞臨界范圍：亞臨界范圍： 3.03.0 10102 2 R Re e 3.0 3.0 10 105 5 微風共振微風共振3.5 106跨臨界跨臨界3.0 105超臨界超臨界3.0 102

31、亞臨界亞臨界vBlvlvFlvFvRe690002粘性力慣性力雷諾數(shù)4.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應二、結(jié)構(gòu)橫向風力和風效應二、結(jié)構(gòu)橫向風力和風效應1 1、結(jié)構(gòu)橫向風力、結(jié)構(gòu)橫向風力 PL= L( v2/2)B L L - -橫風向風力系數(shù)，與橫風向風力系數(shù)，與雷諾數(shù)雷諾數(shù)R Re e有關(guān)，一般情況有關(guān)，一般情況0.4 跨臨界范圍、亞臨界范圍的結(jié)構(gòu)橫風向作用具有周期性，結(jié)構(gòu)橫向風作用力跨臨界范圍、亞臨界范圍的結(jié)構(gòu)橫風向作用具有周期性，結(jié)構(gòu)橫向風作用力 PL(z,t)= ( v2(z)/2)B(z) Lsin st 風旋渦脫落圓頻率風旋渦脫落圓頻率 s=2 fs= 2 St v(z)/B

32、(z) P103 (4-43)P103 (4-43) St- St-斯脫羅哈數(shù)，對圓形截面結(jié)構(gòu)取斯脫羅哈數(shù)，對圓形截面結(jié)構(gòu)取0.24.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應 結(jié)構(gòu)橫風向共振現(xiàn)象結(jié)構(gòu)橫風向共振現(xiàn)象 橫風向風作用力頻率橫風向風作用力頻率( fs )與結(jié)構(gòu)橫向自振基本頻率與結(jié)構(gòu)橫向自振基本頻率(f1)接近時，結(jié)構(gòu)橫向產(chǎn)生共振反應接近時，結(jié)構(gòu)橫向產(chǎn)生共振反應 鎖?。ㄦi住（look-in）區(qū)域）區(qū)域 風旋渦脫落頻率風旋渦脫落頻率fs保持常數(shù)（保持常數(shù)（=結(jié)構(gòu)橫向自振頻率結(jié)構(gòu)橫向自振頻率f1）的風速區(qū)域）的風速區(qū)域 跨臨界范圍（確定性振動）跨臨界范圍（確定性振動） 鎖住區(qū)域鎖住區(qū)域: PL(

33、z)sin 1t 其它區(qū)域：其它區(qū)域： PL(z)sin s(z)t 亞臨界范圍（確定性振動）亞臨界范圍（確定性振動） PL(z)sin s(z)t 超臨界范圍（隨機振動）超臨界范圍（隨機振動） PL(z)f (t)4.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應 對豎向細長結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)橫風向受三種不同性質(zhì)的風作用力對豎向細長結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)橫風向受三種不同性質(zhì)的風作用力vzyx亞臨界范圍亞臨界范圍 （確定性振動）（確定性振動）PL(z)sin s(z)t超臨界范圍超臨界范圍 （隨機振動）（隨機振動） PL f(t)跨臨界范圍跨臨界范圍 PL(z)sin st確定性振動）確定性振動） s = 1 鎖住區(qū)域鎖住

34、區(qū)域PL(z)sin stPL(z)sin stH1H24.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應 共振區(qū)高度共振區(qū)高度(H1H2)vDfSs/t共振條件：共振條件：f1= fs115DTStDfvcr02000HHwv/112 . 1HcrvvHHf1結(jié)構(gòu)基本自振頻率；結(jié)構(gòu)基本自振頻率； St斯脫羅哈數(shù)，斯脫羅哈數(shù)，St =fsD/v ，圓截面結(jié)構(gòu)取，圓截面結(jié)構(gòu)取St =0.2； H結(jié)構(gòu)頂部風壓高度變化系數(shù)；結(jié)構(gòu)頂部風壓高度變化系數(shù)；w0基本風壓基本風壓(kN/m2)； 空氣密度空氣密度(kg/m3)。據(jù)式據(jù)式4-11,1.2系系數(shù)解釋見數(shù)解釋見P1054.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應

35、 共振區(qū)高度共振區(qū)高度(H1H2)vDfSs/t共振條件：共振條件：f1= fs115DTStDfvcr02000HHwv/123 . 1HcrvvHH實際工程中，一般取實際工程中，一般取H2=H4.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應StDfvcr1=02000HHwv2 2、結(jié)構(gòu)橫風向風效應、結(jié)構(gòu)橫風向風效應對圓形截面的結(jié)構(gòu)對圓形截面的結(jié)構(gòu), ,應根據(jù)應根據(jù)雷諾數(shù)雷諾數(shù)R Re e的不同情況進行橫向風振的不同情況進行橫向風振( (旋渦旋渦脫落脫落) )的校核。的校核。vBlvlvFlvFvRe690002粘性力慣性力雷諾數(shù)當當Re 3.0 102 且結(jié)構(gòu)頂部風速且結(jié)構(gòu)頂部風速vH vcr 時時，可在構(gòu)造上采取防振，可在構(gòu)造上采取防振措施，或控制結(jié)構(gòu)的臨界風速措施，或控制結(jié)構(gòu)的臨界風速v vcrcr 15m/s15m/s。4.4 橫風向結(jié)構(gòu)風效應橫風向結(jié)構(gòu)風效應 當當R Re e 3.5 3.5 10 106 6 且結(jié)構(gòu)頂部風速且結(jié)構(gòu)頂部風速v vH H v vcrcr 時（跨臨界的時（跨臨界的強風共振強風共振） 設(shè)計時必須按不同振型對結(jié)構(gòu)予以驗算設(shè)計時必須按不同振型對結(jié)構(gòu)予以驗算 跨臨界強風共振引起在跨臨界強風共振引起在 z 高處振高處