土木工程结构抗风的设计-PPT精选文档

载体型系数，以进行合理的结构设计。
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5）平均风荷载计算
w(z) s (z)z (z) w0
平均风荷载的用途：进行静风作用下的结构内力和位移 分析。
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动态风荷载
1. 顺风向风荷载
脉动风作用在建（构）筑物上的荷载除了平 均风荷载外，还有动态风荷载。动态风荷载一 般分为顺风向动态风荷载和横风向动态风荷载。
随着城市建（构）筑物高度和密度的 增加，建（构）筑物周围的局部风环 境不仅会影响人们的舒适性，而且会 使城市的空气污染加剧，因此，近年 来越来越引起重视。
随着大跨度柔性建（构）筑物的出现， 对其风荷载特别是风致响应的研究成 为建（构）筑物空气动力学的热点问
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2. 风对结构的作用
• 使结构或其构件受到过大的风力或不稳定 • 使结构或其构件产生过大的变形，引起外墙、外装饰材料的破坏 • 由风振作用导致的结构或其构件的疲劳破坏 • 由于结构气动弹性失稳，加剧了结构在风中运动产生的风荷载 • 过大的振动导致建筑物使用者的不舒适感 • 行人高度风环境的舒适性
严格地讲，风振系数只对简单形状的高层建筑或高 耸结构较适用。对于形状较复杂的结构，则存在平 均风荷载大，动态风荷载小，或刚好相反的情况， 这时，采用风振系数往往给出偏差较大的估计。另 外，它也不适用于大跨度屋面结构。位移风振系数 是另外一种可以采用的参数。
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2)动态风荷载计算 作用在建（构）筑物上的动态风荷载可表示为
1）风振系数
在我国的建筑荷载规范中，采用等效静力荷 载来表示脉动风引起的顺风向动态风荷载，即 用平均风荷载乘以荷载风振系数（简称风振系
数）z。
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在脉动风作用下，结构的风振系数定义为总风

重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一 次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证 率应为：
P 1 1 T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极 值Ⅰ型的概率分布函数。
F (x) exp{exp[(x ) / ]}
根据概率论 由风速资料
二、风作用效应
(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定； (2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙、
外装修材料的损坏； (3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏； (4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气
动力； (5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生
• 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不 可能同时作用在全部长度上。
• 10分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短 了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分， 风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速 的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因 ： （1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
结构类型
钢筋混凝土结构
钢结构
框架 框架－剪力墙 筒体及筒中筒
剪力墙 框架 框架－剪力墙 筒体及筒中筒 剪力墙
轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准
1/500 1/650 1/800 1/900 1/900 1/1000 1/1000 1/1200 1/450 1/500 1/700 1/800 1/800 1/900 1/900 1/1100

无法忍受 150gal
注： 其中 1gal=1/100m/s2
结构类型 框架 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 一般装修标准 较高装修标准 轻质隔墙 砌体填充墙 一般装修标准 钢筋混凝土结构 1/500 1/650 1/800 1/900 1/900 1/1000 1/1000 1/1200 1/450 1/500 1/700 1/400～1/800 钢结构
三、效应分析方法
• 顺风向平均风——静力计算 • 顺风向脉动风——随机振动理论计算 • 横风向周期性风——按确定性荷载进行 动力计算
四、抗风设计要求
• • • • • 强度设计要求 刚度设计要求 舒适度设计要求 局部构件的合理设计——外墙、玻璃、女儿墙等 疲劳设计要求——高周疲劳
表1-1 高层建筑顶部水平位移与结构高之比Δ /H
风速风压关系
对工程结构设计计算来说，风力作用的大小直 接以风压来表示。
1 2 1 2 w v v 2 2 g
1.3 风对结构物的作用
一、风作用的类型
(1)顺风向力——由与风向一致的风力作用 (2)横风向力——结构物背后的旋涡引起结构物的 横风向(与风向垂直)力 (3)风力扭矩——由横风向力、顺风向力引起
实测风速时程曲线
• 风与结构的耦合
风强度的表示方法
(1)蒲福风速表 英国人蒲福(F．Beaufort)于 l 805年拟定了风 级，根据风对地面(或海面)物体影响程度而定 出的带气旋最大平均风力12级或以上
(2)福基达龙卷风风力等级表 龙卷风——范围小而时间短的强烈旋风， 切向速度达100m/s。 美国芝加哥大学福基达(T．T．—Fujita)教 授曾于1970年提出龙卷风按最大风速划分为 7个等级. 规范中未考虑。

最大风振力为：
对于第l振型，上式变成
高耸结构设计规范建议取 L 0.25
一、烟囱
检查共振风速是否属于跨临界范围。烟囱属于空 心的结构，50m以上的烟囱平均外直径一般在4-12m之 间，周期在0.5-2.5s之间，斯脱罗哈数通常可取0.2。 由前所述，共振风速在24-40m／s之间，这样的风速在 实际工程中是能够出现的。又根据雷诺数的计算式， 雷诺数当在3.5X106以上。所以可以发生横风向旋涡脱 落共振。分析时应予以考虑。
图6-1 高耸结构的变形
二、按无限自由度体系的自振周期计算
对于变截面结构，振型方程应按任意截面 方程直接解出，从而求出自振频率或周期。
假定质量与 正比。当然，实际结构是千变万化的，如需精度 极高的频率及振型，应按结构动力学原理直接进 行计算。
lx 2 ( z )成正比，刚度EI(z)与lx 4 ( z ) 成
三、按有限自由度体系的自振周期计算
（1）按质量总数分散集中到点上。
这种按质星相等集中法，对质量数较多，例如超过 3个时，精确度尚能满足要求，但当质量数很小，例如 2个甚至1个，即产生十分可观的误差。当按质量总值 集中法集中一个质量于是臂型结构顶端时，对频率或 周期可以严生30.2％的误差。
（2）按动能相等原则为基础。
由以上各项简化，临界风速变成
第j振型的最大位移为：
Lj u Lj j ( z ) w0 x j max ( z ) 2 j
Lj 1 2 j
所以，有
对于第l振型，上式积分部分积分值为1.56， 如近似取1.6，则上式变成
c2 L D j ( z ) x1max ( z ) 2000 1m12
（1）只针对圆形截面高耸结构，如烟囱等。 （2）只验算跨临界范围，非跨临界范围不需验 算，只通过构造措施解决。