風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用及抗風(fēng)防護措施

1、風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用及抗風(fēng)防護措施劉宏睿摘要：風(fēng)災(zāi)害是發(fā)生頻繁的自然災(zāi)害每年會給人類造成重大的生命和財產(chǎn)損失。工程 結(jié)構(gòu)的 風(fēng)災(zāi)損失主要形式是結(jié)構(gòu)的開裂、損壞和倒塌。因此工程抗風(fēng)設(shè)計計算是工程安全 的關(guān)鍵，本文 研究了風(fēng)的特性、風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用、風(fēng)設(shè)計的主要內(nèi)容和方法、防風(fēng)減災(zāi)措施。關(guān)鍵詞：風(fēng)災(zāi)；工程結(jié)構(gòu)；抗風(fēng)設(shè)計；防災(zāi)措施；一.引言風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害中影響最大的一種。據(jù)有資料顯示 ，從1947 1980年全球十種主要自然災(zāi)害中，由臺風(fēng)造成的死亡人數(shù)為4919萬，占全 球自然災(zāi)害死亡總?cè)藬?shù)的41%比地震造成的死亡人數(shù)還多。1970年11月12 13日襲擊孟加拉的一個臺風(fēng)（當(dāng)?shù)胤Q風(fēng)暴），死亡人數(shù)達30 萬。

2、1973年9月14日，7314臺風(fēng)登陸海南島時風(fēng)速達60米每秒，使瓊?？h 城夷為廢墟。1992年8月24日安德魯颶風(fēng)登陸美國佛羅里達，經(jīng)濟損失高 達300億美元。2007年10月臺風(fēng)羅莎造成福建省42.91萬人受災(zāi)，房屋倒 塌130間，直接經(jīng)濟損失4.6億元。2007年11月 孟加拉遭強熱帶風(fēng)暴襲擊 至少1108人死亡，數(shù)千人受傷或失蹤，數(shù)十萬人無家可歸。對于工程結(jié)構(gòu)，風(fēng)災(zāi)主要引起結(jié)構(gòu)的開裂、損壞和倒塌，特 別是高、細、長的柔性結(jié)構(gòu)。因此，工程結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計是關(guān)系到工程安全 的重要因素。本文結(jié)合我國有關(guān)工程抗風(fēng)設(shè)計的規(guī)范，介紹了風(fēng)對工程結(jié)構(gòu) 的作用、抗風(fēng)設(shè)計的主要研究內(nèi)容和方法和防風(fēng)減災(zāi)措施。

3、二風(fēng)風(fēng)的形成乃是空氣流動的結(jié)果，是空氣相對于地面的運動。地球上任何 地方都在吸收太陽的熱量，但是由于地面每個部位受熱的不均勻性，空氣的 冷暖程度就不一樣，于是，暖空氣膨脹變輕后上升；冷空氣冷卻變重后下 降，這樣冷暖空氣便產(chǎn)生流動，形成了風(fēng)。風(fēng)形成的原因在氣象上，風(fēng)常指空氣的水平運動，并用風(fēng)向、風(fēng)速（或風(fēng)力）來表示?？諝猱a(chǎn)生運動，主要是由于地球上各緯度所接受的太陽輻射強度不同 而形成的。在赤道和低緯度地區(qū)，太陽高度角大，日照時間長，太陽輻射強度強，地面和大氣接受的熱量多、溫度較高；在高緯度地區(qū)太陽 高度角小，日照時間短，地面和大氣接受的熱量小，溫度低。這種高緯度與 低緯度之間的溫度差異，形成了南

4、北之間的氣壓梯度，使空氣作水平運動風(fēng) 應(yīng)沿水平氣壓梯度方向吹，即垂直與等壓線從高壓向低壓吹。地球在自轉(zhuǎn)，使空氣水平運動發(fā)生偏向的力，稱為地轉(zhuǎn)偏向力，這種力 使北半球氣流向右偏轉(zhuǎn)，南半球向左偏轉(zhuǎn)，所以地球大氣運動除受氣壓梯度 力外，還要受地轉(zhuǎn)偏向力的影響。大氣真實運動是這兩力綜合影響的結(jié)果。 實際上，地面風(fēng)不僅受這兩個力的支配，而且在很大程度上受海洋、地形的 影響，山隘和海峽能改變氣流運動的方向，還能使風(fēng)速增大，而丘陵、山地 卻因摩擦大使風(fēng)速減少，孤立山峰卻因海拔高使風(fēng)速增大。因此，風(fēng)向和風(fēng) 速的時空分布較為復(fù)雜。風(fēng)的分類自然風(fēng)按其性質(zhì)可以分為以下幾大類：臺風(fēng)臺風(fēng)是發(fā)生在熱帶海洋上空的一種氣旋。

5、臺風(fēng)是我國和東亞地區(qū)對熱帶 氣旋的通稱，在印度洋地區(qū)稱為熱帶風(fēng)暴，在大西洋和東太平洋地區(qū)稱為颶 風(fēng)。臺風(fēng)常帶來狂風(fēng)暴雨、驚濤駭浪，具有很大的破壞性，可以造成人民生 命財產(chǎn)的巨大損失。根據(jù)臺風(fēng)中心附近的最大風(fēng)力，又可把其分為：熱帶低壓：中心附近最大平均風(fēng)力 6級到7級；熱帶風(fēng)暴：中心附近最大平均風(fēng)力 8級到9級；強熱帶風(fēng)暴；中心附近最大平均風(fēng)力 10級到11級；臺風(fēng)即颶風(fēng)：中心附近最大平均風(fēng)力 12級以上。（2）季風(fēng)由于海陸差異對氣流運動的影響，在冬季，大陸比海洋）令，大陸 氣壓比海洋高，風(fēng)從大陸吹向海洋。夏季相反，大陸比海洋熱，風(fēng)從海洋吹 向內(nèi)陸。這種隨季節(jié)轉(zhuǎn)換的風(fēng)，稱為季風(fēng)。亞洲大陸最大，因

6、而季風(fēng)影響最 明顯。我國是季風(fēng)特別盛行的地區(qū)。從季風(fēng)的明顯性和穩(wěn)定性來說，我國東 部比西部大，華南和東南沿海比華中、華北、和東北大；在黃淮之間和遼河 下游地區(qū)出現(xiàn)穩(wěn)定性小而季風(fēng)角大的地區(qū)。（3）地方性風(fēng)在有限區(qū)域內(nèi)，因局部地形（如特殊地理位置、地形或地表性質(zhì)等）與 氣候特點而形成的風(fēng)。主要有海（湖）陸風(fēng)、山谷風(fēng)（坡風(fēng)）、冰川風(fēng)、焚 風(fēng)、山口峽谷風(fēng)等，所謂的海陸風(fēng)也是白晝時，大陸上的氣流受熱膨脹上升 至高空流向海洋，到海洋上空令卻下沉，在近地層海洋上的氣流吹向大陸，補償大陸的上升氣流，低層風(fēng)從海洋吹向大陸稱為海風(fēng)，夜間 (冬季)時，情況相反，低層風(fēng)從大陸吹向海洋，稱為陸風(fēng)。在山區(qū)由于熱力原因引起

7、的白天由谷地吹向平原或山坡，夜間由平原或 山坡吹向谷地的風(fēng)，前者稱為谷風(fēng)，后者稱為山風(fēng)。這是由于白天山坡受熱 ，快，溫度高于山谷上方同高度的空氣溫度，坡地上的暖空氣從山坡流向谷地 上方，谷地的空氣則沿著山坡向上補充流失的空氣這時由山谷吹向山坡的 風(fēng)，稱為谷風(fēng)。夜間，山坡因輻射冷卻，其降溫速度比同高度的空氣較快， 冷空氣沿坡地向下流入山谷，稱為山風(fēng)。風(fēng)對結(jié)構(gòu)的作用1順風(fēng)向效應(yīng)結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)是在平均風(fēng)和脈動風(fēng)共同作用下產(chǎn)生的。平均風(fēng)相對穩(wěn)定，即使受風(fēng)的長周期成分影響，但由于風(fēng)的長周期遠大于一 般結(jié)構(gòu)的自振周期，因此這部分風(fēng)對結(jié)構(gòu)的動力影響很小可以忽略，可將其 等效為靜力作用。脈動風(fēng)是由于風(fēng)的

8、不規(guī)則性引起的，其強度隨時間隨機變 化。由于脈動風(fēng)周期短，與一些工程結(jié)構(gòu)的自振周期較接近時，會使結(jié)構(gòu)產(chǎn) 生動力響應(yīng)。實際上，脈動風(fēng)是引起結(jié)構(gòu)順風(fēng)向振動的主要原因。根據(jù)觀測 資料，可以了解到在不同粗糙度的地面上同一高度處，脈動風(fēng)的性質(zhì)有所不 同。在地面粗糙度大的上空，平均風(fēng)速小，而脈動風(fēng)的幅值大且頻率高；反 之在地面粗糙度小的上空，平均風(fēng)速大，而脈動風(fēng)的幅值小且頻率低。平均風(fēng)效應(yīng)平均風(fēng)是在給定的時間間隔內(nèi)，把風(fēng)對建筑物的作用力的速度、方向以 及其他物理量都看成不隨時間改變的量，雖然這部分風(fēng)的本質(zhì)是動力的，但 其作用與靜力相近，因此可認(rèn)為其作用性質(zhì)相當(dāng)于靜力結(jié)構(gòu)物的平均風(fēng)荷載 除了受如前所述的地形

9、地表及風(fēng)剖面的因素影響夕卜，還受結(jié)構(gòu)物體型的影 響。建筑物采用風(fēng)荷載體形系數(shù)。風(fēng)載體型系數(shù)風(fēng)荷載體形系數(shù)是指風(fēng)作用在建筑物表面上所引起的實際壓力（或吸力）與來流風(fēng)的速度壓的比值，它描述的是建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作 用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律，主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán) 境和地面粗糙度有關(guān)。風(fēng)荷載體型系數(shù)一般由風(fēng)洞試驗測得。試驗時，首先 測得建筑物表面上任一點沿順風(fēng)向的凈風(fēng)壓力，再將此壓力除以建筑物前方 來流風(fēng)壓，即得該測點的風(fēng)壓力系數(shù)。由于同一面上各測點的風(fēng)壓分布是不 均勻的，通常采用受風(fēng)面各測點的加權(quán)平均風(fēng)壓系數(shù)。對于群體風(fēng)壓體型系 數(shù)要考慮多個建筑物間的風(fēng)力干擾產(chǎn)生的動力增大效應(yīng)

10、。對建筑物進行局部 驗算時應(yīng)考慮風(fēng)壓分布的不均勻性，采用局部風(fēng)壓體型系數(shù)。（2）脈動風(fēng)效應(yīng)脈動風(fēng)是由于風(fēng)的不規(guī)則性引起的，它的強度是隨時間按隨機規(guī)律變化 的。由于它周期短，因而其作用性質(zhì)是動力的，引起結(jié)構(gòu)的振動。研究表 明，脈動風(fēng)的影響與結(jié)構(gòu)周期、風(fēng)壓，受壓面積等有直接影響，這些參數(shù)愈 大，影響也愈大，兼之結(jié)構(gòu)上還有平均風(fēng)作用，因而對于高、柔、大跨結(jié) 構(gòu)，風(fēng)的影響起著很大的甚至決定性的作用建筑物的振動也改變著風(fēng)本身的結(jié)構(gòu)，引起建筑物表面風(fēng)壓的變化，而風(fēng)壓 的變化反過來影響著建筑物的振動。因而風(fēng)力和建筑物有著一定的耦合作 用，具有相互影響的關(guān)系，從而使問題的復(fù)雜性大大加大。風(fēng)的脈動成分完全屬于隨

11、機動力性質(zhì)，對于柔性結(jié)構(gòu)將引起很大的風(fēng)振。脈動風(fēng)風(fēng)振的影響常用等效靜力荷載來表示。我國建筑規(guī)范采用了平均 風(fēng)荷載乘上風(fēng)振系數(shù)來表示。當(dāng)然，對于剛性結(jié)構(gòu)，風(fēng)振依然是存在的，也 可以考慮風(fēng)振進行計算，但一般較小可以略去。剛性結(jié)構(gòu)考慮風(fēng)振時采用平 均風(fēng)荷載乘上陣風(fēng)系數(shù)來表示。橫風(fēng)向效應(yīng)及共振效應(yīng)結(jié)構(gòu)物受到風(fēng)力作用時，不但順風(fēng)向可以發(fā)生風(fēng)振，在一定條件下橫風(fēng)向也能發(fā)生風(fēng)振。橫風(fēng)向風(fēng)振包括渦激振動、馳振、顫振及抖振等。(1)渦激振動引起結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向強迫振動的兩個主要原因是：尾部激勵(旋渦脫落) 引起的結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向振動；橫風(fēng)向紊流(側(cè)向脈動風(fēng))引起的結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向振動。在橫風(fēng)力作用下，由于旋渦形成的情況不同，結(jié)構(gòu)

12、受力性質(zhì)也將 不同，它與結(jié)構(gòu)的截面形狀以及雷諾數(shù)有關(guān)。橫風(fēng)向振動按雷諾數(shù)大小可劃分為三個范圍，即亞臨界(300Re3X 105)，超臨界(3 x 105Re3 X 106)。范圍 不同，其引起橫向風(fēng)振的特征是不同的。亞臨界和跨臨界范圍旋渦脫落引起的 振動是確定性的周期振動，中間范圍即超臨界范圍是隨機振動。當(dāng)氣流繞經(jīng)鈍體結(jié)構(gòu)時產(chǎn)生旋渦脫落，當(dāng)旋渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻 率接近或相等時將引起結(jié)構(gòu)渦激共振，即產(chǎn)生橫向風(fēng)振，這時的風(fēng)速稱為共 振臨界風(fēng)速。由于雷諾數(shù)與風(fēng)速的大小成比例，因而使得跨臨界的共振響應(yīng) 彳艮大，振動比靜力的大到十倍到幾十倍。(2)馳振、顫振馳振和顫振一旦發(fā)生，便產(chǎn)生劇烈的振動，這

13、種失穩(wěn)式振動具有自激振 動的特點。結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下產(chǎn)生振動，同時結(jié)構(gòu)的響應(yīng)又反作用于風(fēng)。 這種由于結(jié)構(gòu)的運動而產(chǎn)生的動力風(fēng)荷載稱為自激力，它是結(jié)構(gòu)速度、位 移、加速度的函數(shù)。一般情況下，氣動力對結(jié)構(gòu)的作用起到正阻尼的抑制作 用，但由于結(jié)構(gòu)的形狀以及可能產(chǎn)生的功角，結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生負(fù)阻尼，從而在 風(fēng)速達到某一臨界值后，結(jié)構(gòu)振動不能彈回而愈振愈大，即產(chǎn)生空氣動力失 穩(wěn)?？癸L(fēng)設(shè)計的原則抗風(fēng)設(shè)計的目的在于保證結(jié)構(gòu)在施工階段和建成后的使用階段能夠安全 承受可能發(fā)生的最大風(fēng)荷載和風(fēng)振引起的動力作用。根據(jù)風(fēng)對建筑物造成的破壞來分析，我們的抗風(fēng)設(shè)計要求必須保證結(jié)構(gòu) 在使用過程中不出現(xiàn)破壞等現(xiàn)象，主要涉及以下幾個

14、方面：結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計必須滿足強度設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計必須滿足剛度設(shè)計要求。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計必須滿足舒適度的要求。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計必須防止構(gòu)件局部破壞。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計滿足疲勞破壞設(shè)計要求。由于自然風(fēng)會引起各種風(fēng)致振動，在結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計中首先要求發(fā)生危險顫振和馳振的臨界風(fēng)速與結(jié)構(gòu)的設(shè)計風(fēng)速相比具有足夠的安全度，以確保 結(jié)構(gòu)在各個階段的抗風(fēng)穩(wěn)定性。同時要求，把渦激振動和抖振的最大振幅限 制在可接受的范圍之內(nèi)，以免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)疲勞或引起人體感覺不適。如果結(jié)構(gòu) 的最初設(shè)計方案不能滿足抗風(fēng)要求，應(yīng)通過修改設(shè)計或采取氣動措施、結(jié)構(gòu) 措施和機械措施等控制方法提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性或減小風(fēng)致振動的振幅。 由于大氣邊界層紊流風(fēng)特

15、性和結(jié)構(gòu)的不規(guī)則鈍體的氣動特性具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜 性，目前無法建立起完善描述風(fēng)和結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)學(xué)模型，只能通過半實 驗或純實驗的途徑求近似的解答。因此，對于某些特殊的結(jié)構(gòu)，風(fēng)洞實驗是 結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中必不可少的手段。抗風(fēng)設(shè)計控制的主要因素1.近地風(fēng)特性不同的場地地貌對風(fēng)速的影響是不同的。由于地表摩擦的結(jié)果，使接近 地表的風(fēng)速隨著離地高度的減小而降低。只有離地200500m以上的地方。風(fēng)才不受地表的影響，達到所謂的梯度速度，這種速度 的高度叫做梯度風(fēng)高度。梯度風(fēng)高度以上，已不受地貌影響，各處風(fēng)速均為 梯度風(fēng)速。梯度風(fēng)高度以下的近地層面為摩擦層，其間風(fēng)速受到地理位置、 地形條件、地面粗糙度、高度、溫度

16、變化等因素的影響?？癸L(fēng)設(shè)計中應(yīng)考慮 風(fēng)的特性主要有風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律、風(fēng)速的水平攻角、脈動風(fēng)速的強 度、周期成分、空間相關(guān)性等。2.風(fēng)荷載Wk=z我國荷載規(guī)范規(guī)定作用在結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)荷載為Wk=zOwO,其中，B z,P z,P r,P 0, wO:分別表示：風(fēng)振系數(shù)，風(fēng)壓高度變化系 數(shù)，體型系數(shù)，重現(xiàn)期調(diào)整系數(shù)和基本風(fēng)壓。其中B z=1+ E v$ z/P z ,E為脈動增大系數(shù)，v為脈動影響系數(shù)，$ z為振型系數(shù)。這3個 系數(shù)可以根據(jù)隨機振動理論和結(jié)構(gòu)動力學(xué)方法求出。P z,P r,P 0, wO是與風(fēng)的統(tǒng)計特性有關(guān)的參數(shù)。在風(fēng)荷載確定后，可根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué) 理論，計算結(jié)構(gòu)的響應(yīng)。我國建筑結(jié)構(gòu)

17、荷載規(guī)范對于一些常見的高層結(jié)構(gòu)和 高聳結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)和體型系數(shù)做了規(guī)定。但是，對于一些新的結(jié)構(gòu)形式， 例如：膜結(jié)構(gòu)、懸索結(jié)構(gòu)和整體張拉結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載的取值設(shè)做規(guī)定。結(jié)構(gòu)的動力特性結(jié)構(gòu)動力特性分析的正確性取決于其力學(xué)模型，包括邊界條件能否真實 地反應(yīng)結(jié)構(gòu)的工作行為，以及對結(jié)構(gòu)進行合理的抽象和簡化的過程中要保持 結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量的等效性及空間的分布。進行結(jié)構(gòu)動力分析時，可采用有 限元動力分析程序。我國建筑結(jié)構(gòu)規(guī)范對一些基本結(jié)構(gòu)只考慮一階振型，并 有一些簡化公式。對于有多層拉繩的桅桿結(jié)構(gòu)根據(jù)情況可考慮的振型數(shù)目不 大于4。隨著科技的發(fā)展，又有一些新的結(jié)構(gòu)形式出現(xiàn)，例如：國內(nèi)外現(xiàn)代大型體育場館中常用的膜

18、結(jié)構(gòu)。由 于這種結(jié)構(gòu)的自重非常輕，風(fēng)振效應(yīng)就成為整個結(jié)構(gòu)設(shè)計中的主要控制因素 之一。結(jié)構(gòu)的空氣動力穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)的空氣動力失穩(wěn)主要有兩種形式：顫振和馳振。而發(fā)生顫振又有兩 種驅(qū)動機制：對于近似流線型的扁平結(jié)構(gòu)斷面可能發(fā)生古典耦合顫振，這種 顫振的臨界風(fēng)速較高。此時高速流動的風(fēng)引起的剛度效應(yīng)將改變結(jié)構(gòu)的彎曲 和扭轉(zhuǎn)頻率，在臨界風(fēng)速下耦合成統(tǒng)一的顫振頻率，并驅(qū)動結(jié)構(gòu)的振動發(fā) 散；對于非流線型的結(jié)構(gòu)斷面，容易發(fā)生分離流的扭轉(zhuǎn)顫振。由于流動的風(fēng) 對斷面的扭轉(zhuǎn)運動會產(chǎn)生負(fù)阻尼效應(yīng)，當(dāng)達到臨界風(fēng)速時，空氣的負(fù)阻尼克 服結(jié)構(gòu)的正阻尼導(dǎo)致振動發(fā)散。同時強風(fēng)帶有一定的攻角，演算結(jié)構(gòu)的顫振 穩(wěn)定性時，應(yīng)考慮攻角對臨界

19、風(fēng)速的不利影響。對于馳振，其發(fā)生的可能性 主要取決于結(jié)構(gòu)橫截面的外型。在大跨橋梁結(jié)構(gòu)和柔度大的高聳結(jié)構(gòu)中，對 這兩種空氣動力穩(wěn)定性考慮得比較多。風(fēng)致限幅振動對于抖振，可采用同時考慮抖振力和自激力作用的頻域分析方法。自激 力可由風(fēng)洞實驗測得結(jié)構(gòu)的氣動導(dǎo)數(shù)，抖振力項按準(zhǔn)定長假定由風(fēng)洞實驗測 得空氣力系數(shù)與攻角的關(guān)系曲線求得，在通過氣動導(dǎo)納函數(shù)考慮非定長效 應(yīng)，由風(fēng)速譜按隨機振動理論估算抖振響應(yīng)的根方差。風(fēng)流經(jīng)鈍體結(jié)構(gòu)時產(chǎn) 生分離，由此在結(jié)構(gòu)的兩側(cè)誘導(dǎo)出不對稱的脫落的旋渦，使結(jié)構(gòu)的兩側(cè)產(chǎn)生 交替變化的正負(fù)壓力，由此引發(fā)結(jié)構(gòu)的渦激振動。當(dāng)旋渦脫落的頻率和結(jié)構(gòu) 的某一階固有頻率相等時，結(jié)構(gòu)發(fā)生渦激共振。

20、此時結(jié)構(gòu)的振動對渦激力產(chǎn) 生反饋作用，使得旋渦脫落頻率在某一風(fēng)速范圍內(nèi)被結(jié)構(gòu)的固有頻率“捕 獲”和結(jié)構(gòu)的固有頻率相等，這種現(xiàn)象稱為“鎖定”。鎖定使作用在結(jié)構(gòu)上 的渦激力相關(guān)性增強，產(chǎn)生出氣動阻尼，在結(jié)構(gòu)振動時減小原結(jié)構(gòu)的阻尼。旋渦脫落的頻率與 結(jié)構(gòu)的截面尺寸、特征尺寸和風(fēng)速有關(guān)。對某一確定的結(jié)構(gòu)而言，與結(jié)構(gòu)的 斯特羅哈數(shù)有關(guān)。知道結(jié)構(gòu)的斯特羅哈數(shù)就可以求得結(jié)構(gòu)渦振共振的臨界風(fēng) 速，結(jié)構(gòu)的斯特羅哈數(shù)一般由風(fēng)洞實驗得到。風(fēng)洞實驗風(fēng)洞是指在一個管道內(nèi)，用動力設(shè)備驅(qū)動一股速度可控的氣流，用以對 模型進行空氣動力實驗的一種設(shè)備。風(fēng)洞種類較多，按流速劃分，有高速風(fēng) 洞（風(fēng)速在100mk s以上）和低速風(fēng)洞

21、（風(fēng)速在lOOrnZ s以下）兩大類。風(fēng) 洞試驗是開展風(fēng)振研究與抗風(fēng)設(shè)計的重要基礎(chǔ)。通過風(fēng)洞試驗，可以確定作用在工程結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載與體型系數(shù).從而提出簡便合 理、安全可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。1）風(fēng)洞試驗的理論基礎(chǔ)風(fēng)洞試驗的理論基礎(chǔ)是相似準(zhǔn)則。要使風(fēng)洞模擬的大氣邊界層流動與實 際大氣中的流動情況完全相似。則必須滿足幾何相似、運動相似、動力相 似、熱力相似以及邊界條件相似等。在常規(guī)實驗條件下，風(fēng)洞中還不能完全 復(fù)現(xiàn)真實條件下氣流的運動狀況。因此，根據(jù)不同的實驗?zāi)康?，對上述參?shù) 近似、取舍，做到部分地或近似地模擬大氣邊界層。2）風(fēng)洞組成裝置風(fēng)洞試驗中的組成裝置主要有：操縱控制系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、量測系統(tǒng)和

22、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等。操縱控制系統(tǒng)通過操縱控制臺使用風(fēng)洞控制系統(tǒng)軟件對模 試驗進行手動或自動控制。目前的風(fēng)洞已經(jīng)可以實現(xiàn)高度的自動化操作，提高了試驗數(shù)據(jù)的精度和試驗效率。支撐系統(tǒng)包括給定模型的攻角的機構(gòu)、給定模型風(fēng)向角的機構(gòu)和支撐模型或儀器的支架等。測量系統(tǒng)包括試驗風(fēng)速的測量裝置（熱線、超聲風(fēng)速儀）、模型表面壓力的測量系統(tǒng)（電子掃描閥）、模型各項分力和力矩的測量天平系 統(tǒng)（應(yīng)變天平）、模型位移響應(yīng)的測量位移系統(tǒng)（激光位移計）及模型加速 度響應(yīng)的加速度測量系統(tǒng)等。3）風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ惋L(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ陀袣鈩訌椥阅Ｐ突騽傂阅Ｐ?前者直接測量動態(tài)風(fēng)荷載和 結(jié)構(gòu)響應(yīng)：后者借助高頻動態(tài)人平測量風(fēng)荷載，再根據(jù)結(jié)構(gòu)固有特性

23、，計算 結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)。當(dāng)測定結(jié)構(gòu)物壁而的風(fēng)速與風(fēng)壓分布時，一般采用剛性模 型。4）風(fēng)洞試驗有顯著的優(yōu)點：試驗條件、試驗過程可以人為地控制、 改變和重復(fù)、測試方便且數(shù)據(jù)精確。其缺點：風(fēng)洞造價昂貴、動力消耗巨大；從模型制作到試驗完成的周期較長；試驗都是針對特定的工程結(jié)構(gòu) 進行，結(jié)構(gòu)模型利用率低等。風(fēng)致振動控制對于超過限度的風(fēng)致振動，可以采用氣動措施或機械措施予以控制。氣動措施是通過附加外部裝置或改變結(jié)構(gòu)的外形，或構(gòu)件的外型來改變 結(jié)構(gòu)周圍的氣流流動，提高抗風(fēng)能力。例如在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)盡量采用氣動 穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)外形等。氣動措施主要用于提高結(jié)構(gòu)的氣動穩(wěn)定性和降低渦 激振動。機械措施是通過改變結(jié)構(gòu)的剛

24、度、阻尼或質(zhì)量，來降低風(fēng)振響應(yīng)?？癸L(fēng)設(shè)計的目的和手段抗風(fēng)設(shè)計的目的在于保證結(jié)構(gòu)在施工階段和建成后的使用階段能夠安全 承受可能發(fā)生的最大風(fēng)荷載和風(fēng)振引起的動力作用。由于自然風(fēng)會引起各種 風(fēng)致振動，在結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計中首先要求發(fā)生危險顫振和馳振的臨界風(fēng)速與 結(jié)構(gòu)的設(shè)計風(fēng)速相比具有足夠的安全度，以確保結(jié)構(gòu)在各個階段的抗風(fēng)穩(wěn)定 性。同時要求，把渦激振動和抖振的最大振幅限制在可接受的范圍之內(nèi)。以 免產(chǎn)生結(jié)構(gòu)疲勞或引起人體感覺不適。如果結(jié)構(gòu)的最初設(shè)計方案不能滿足抗 風(fēng)要求，應(yīng)通過慘改設(shè)計或采取氣動措施、結(jié)構(gòu)措施和機械措施等控制方法 提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)穩(wěn)定性或減小風(fēng)致振動的振幅。由于大氣邊界層紊流風(fēng)特性 和結(jié)構(gòu)的

25、的不規(guī)則鈍體的氣動特性具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜性，目前無法建立起完善 描述風(fēng)和結(jié)構(gòu)相互作用的數(shù)學(xué)模型，只能通過半實驗或純實驗的途徑求近似 的解答。因此，對于某些特殊的結(jié)構(gòu)，風(fēng)洞實驗是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中必不可少 的手段。結(jié)構(gòu)外部對風(fēng)的防護與改善措施。1、對街道、廣場、人行與交通安全有影響的街道風(fēng)、穿堂風(fēng)、尾渦旋風(fēng)，通常主動方法是改變建筑物的布局、外形 ，盡量把引發(fā)不良風(fēng) 環(huán)境的根源，消除在建成之前。被動方法是采用擋墻、格柵、種植灌木林 帶、喬木林帶來改善風(fēng)環(huán)境，以保證車輛行駛與行人的安全，并確保高樓后 廣場、花園的潔凈。2、 對高層建筑迎風(fēng)面的下沖旋渦風(fēng)的防護，目前大多采用裙樓結(jié)構(gòu)隔斷下沖氣流，并在大樓主要出入口設(shè)置防護頂棚，以緩沖可能墜落的幕墻玻璃及其它裝飾物3、建筑物的拐角處、平面與曲面的交接處、立面上凸出的觀光電梯等 部位常是出現(xiàn)負(fù)風(fēng)壓（吸力）的峰值區(qū)，設(shè)計時最好把直角邊鈍化或粗糙 化，凸出部的法線與盛行風(fēng)向應(yīng)避免相垂直以減弱氣流分離而形成高吸力 區(qū)，或在負(fù)壓峰值區(qū)設(shè)置百葉窗式的擾流罩以鎮(zhèn)壓過高的負(fù)壓峰值。4、 屋