超高层建筑结构横风向风荷载研究

高层建筑在强风作用下由于脉动风的影响将产生振动，这种振动有可能使在高层建筑内生活或工作的人在心理上产生不舒适的感觉,从而影响建筑物的正常使用”由于风是一种经常性的荷载作用,因此有必要将风引起的高层建筑的振动限制在人体舒适的感觉范围之内”重现期的选择也最大风速样本的取法影响着平均风速的数值”如果以口最大风速为样本,则一年有365个样本，平时低风速的口子的风速值占有很大的权，而最大风速那一天的风速只占1/365的权,因而最大风速重要性大大降低了，统计出的平均风速必将大大偏低"如果采用月最大风速,则每年最大风速在整个数列中也只占1/12的权,也降低了最大风速所起的重要性，所得结果也是偏低的"对十工程结构应该能承受一年中任何口子的极大风速,因此取年最大风速为样本”最大风速有它的自然周期，每年季节性地重复一次,因而采用年最大风速作为一个样本,较为合适”世界各国基本上是取年最大风速作为统计样本的”平均风的时距平均风速的数值与时距的取值有很大的关系”如果时距取得很短,例如3秒钟,则必定将记录中最大值附近的较大数据都突出反映在计算中,较低风速在平均风速中的作用难以得到反映，因而平均风速值很高”如果取得很长,例如1天，则必定将1天中大量的小风平均进去,较高风速在该长时距中起不到显著作用,其值一般偏低”一般来说,时距愈短,平均风速愈大，时距愈长，平均风速也就愈小"风速记录表明,阵风的卓越周期约为1min，通常认为10min(约10个周期)至1小时（约60个周期,由于阵风有较长的持续性,衰减较慢)其平均值基本上是一个稳定值,因而我国规范规定以10分钟作为取值标准”一般我们所研究的对象不会出现异常风的气候,称为良态气候"对十这种气候,我们可以认为年最大风速的每一个数据都对极值的概率特性起作用,因此，世界上许多国家把年最大风速作为概率统计的样本,由重现期和风速的概率分布获得该地区的设计最大风速，或者称为基本风速"我国规定基本风速采用极值I型概率分布函数进行统计分析"对于多层建筑和高层建筑的风致响应问题，连续体系，采用随机振动理论进行分析。

高层建筑钢结构的抗风设计与风荷载分析随着城市化进程的加快，高层建筑的建设越来越普遍。

而高层建筑面临的一个重要挑战是抗风设计和风荷载分析。

由于建筑高度和风压的增加，高层建筑的钢结构必须经受住强大的风力，确保建筑的结构安全性和稳定性。

本文将对高层建筑钢结构的抗风设计和风荷载分析进行详细论述。

首先，了解风荷载在进行高层建筑的抗风设计之前，我们必须了解风荷载的概念和特征。

风荷载是指风对建筑结构产生的作用力。

风荷载可以分为静风荷载和动风荷载两种类型。

静风荷载是指风对建筑站立姿态产生的压力，它通常呈正压和负压相间的形式。

动风荷载是指风速和风压随时间变化的载荷。

高层建筑面临的动荷载特别重要，该荷载源于风和建筑之间较大压力差而产生的风力。

其次，风荷载分析风荷载分析是高层建筑抗风设计的核心部分。

它涉及到建筑结构与风场相互作用的复杂过程，需要结合建筑特点以及环境条件来进行分析。

分析过程通常包括以下几个步骤：1. 确定风场特征：根据建筑所处的地理位置、气候条件和设计要求，确定风场的特征，包括风速、风向、风谱特点等。

2. 确定建筑形态：建筑的形态决定了其将承受的风荷载的特点。

建筑的高度、宽度和横截面形状都会对风荷载产生影响。

3. 风荷载计算：根据建筑的形态和风场特征，进行风荷载计算。

这通常包括使用气象数据和数值模拟方法来预测风场，然后根据这些数据计算出建筑上的风压。

4. 结构响应分析：建筑的结构响应分析是确定其在风荷载下的变形和应力分布的过程。

这通常包括使用有限元分析等数值方法来模拟结构的行为，评估其在风荷载下的性能。

最后，高层建筑钢结构的抗风设计抗风设计是确保高层建筑结构安全的关键。

在进行抗风设计时，需要考虑以下因素：1. 钢结构的材料和连接方式：钢结构的材料和连接方式应能有效地传递和抵抗风荷载产生的力。

合适的钢材选择和连接设计可以提高结构的抗风性能。

2. 结构的刚度和稳定性：高层建筑钢结构的刚度和稳定性对于抵抗风荷载非常重要。

超高层建筑结构抗风性能研究摘要：高层建筑数量的不断增加更加充分利用土地资源，在结构设计中我们需要考虑高层建筑与多层建筑的区别，且高层建筑由于整体高度，结构内部受力情况也更加复杂。

对于高层建筑而言，风荷载引起的效应在总荷载效应中所占的比重比较大，所以要做好高层建筑结构抗风设计工作，提高建筑结构的科学性和合理性，从而为人们提供一个舒适的居住环境，以此促进高层建筑的发展和进步。

关键词：超高层；建筑结构；抗风；性能1高层建筑结构抗风设计理论高层建筑一般具备较大的高宽比，同时其抗侧刚度较小；并且地震作用和风荷载都是其主要承担的水平荷载。

相比较地震作用，风荷载出现的频率比较高。

所以，在高层建筑结构中，主要设计的荷载是风荷载。

1.1基于性能的结构抗风设计理论基于性能的结构抗风设计理论，主要目标是在不一样强度水平风振的影响下，对建筑结构的安全和舒适度进行有效的控制，从而确定不同性能水准，确保在整个生命周期内的建筑物，在承担可能会出现的风振作用下，其总体成本费用是最小的。

1.2结构风振性能水准1.2.1风振系数作为我国目前使用得荷载规范的一个重要系数，风振系数对风载值的作用比较大。

1.2.2人体舒适度在侧向力的影响下，高层建筑会出现振动的情况，如果振动处于某一个限值时，人们会产生不舒服的感觉。

人体得舒服度可以分为六个不同的等级，分别是无振感、轻微振感、中等振感、烦恼和非常烦恼以及无法忍受。

1.2.3结构风振性能水准性能水准，主要是指所设计的建筑物，在可能会遭受的特定风作用下，所明确的最大容许舒服度，或者所容许的最大破坏度。

主要是从舒适度和变形两个方面确定性能水准的指标。

1.3结构性能目标性能目标，主要指的是所设计的建筑物，在设计风压等级的需求下，满足性能水准的总和。

结构性能目标，要综合考虑建筑物的使用要求、功能要求的重要性等等要素。

1.4结构抗风计算1.4.1理论计算在计算分析的工作中：①要充分的考量结构的线性，同时要充分的考量非线性恢复力特性，从而完成模型分析工作；②选择科学的计算方法，计算模拟风场，同时分析风振的动力时程；③按照不一样的性能目标，选择有效的分析方法；④推广实用性较强和容易掌握的计算方法，降低计算量，重视前后处理软件程序的开发和利用工作。

横风向风效应研究摘要：目前，关于建筑物横风向荷载与响应的相关问题仍较为复杂，风荷载是高层或是超高层建筑物所承受的主要侧向荷载，与尾流、来流紊流和气动反馈密切相关。

此文主要从风效应、横风向气动力的确定方法、横风向气动阻尼的识别方法、横风向等效静力风荷载的计算方法和风效应相关模型几个方面对横风向风效应进行研究探讨。

关键词：横风效应高层建筑荷载1.风效应的定义风效应可分为顺风向结构风效应和横风向结构凤效应，是由于风力产生的结构位移，速度和加速度响应而产生。

对于高层建筑或超高层建筑，横风向风效应对建筑结构产生的影响更大。

2.横风向气动力的确定方法2.1 气动弹性响应反演法气动弹性响应反演法是用单自由度气动弹性模型风洞试验的中得到的动力特性参数从而反演出横风向气动力谱，并且这种方法略去了气动反馈作用。

这个方法的具体做法需要在忽略高阶模态影响的基础前结合模型的动力特性参数反演模态广义横向位移响应谱。

通过这个方法就可以了解紊速度、折算风速、高宽比、截面形状、涡旋共振、非线性及角沿修正对动力气谱的影响。

但是这个方法也有它的缺陷或是不足之处，他的适用范围受到限制，只适用于一定风速作用下具有一定刚度的建筑，这就是他的运用受到了很大的局限性，并且这个方法也存在较大的误差。

2.2 刚性模型表面风压积分法刚性模型表面风压积分法就是对刚性模型表面风压进行空间积分，得到高层建筑的横风向气动力谱。

我们通过同步测压试验分解横风向气动力谱的方法，第一，可以解释高层建筑横风向气动力谱的结构部分；第二，可以计算出结构基阶和高阶广义气动力谱。

当然，这种方法也有它的不足，就是操作过程繁复，也会存在一定的误差。

3.横风向气动阻尼的识别方法3.1 刚性模型与气动弹性模型试验比较法这种方法是通过横风向气动力谱与气动力阻尼相结合，从而能够计算得出与实际测量结构很吻合的横风向响应。

通过实验研究表明：在城市风场的条件之下，其中的方形建筑物横风向响应是启动稳定的；另外，由于质量阻尼系数，开阔地区的横风向响应则可分为气动稳定区、气动非稳定区和气动发散区三个区域。

超高层建筑的结构抗风设计大跨、柔、轻质和低阻尼方向发展，使得结构对风的敏感性大大增强，风荷载正逐渐成为结构设计时的主要侧向荷载之一，甚至是决定性的设计荷载。

因此对于高、长等柔性结构的抗风计算和设计是结构抗风安全的关键，具有重要意义。

合理的进行结构抗风设计，是保证结构安全的重要因素，特别是超限高层建筑，由于它们的结构设计计算己经超出了相关规范及规程的要求。

因此，在设计时应进行专门的研究，对于实际工程具有现实的指导意义。

一、风对建筑结构的作用及结构抗风设计要求风荷载是建筑物的主要荷载之一，虽然其作用幅度比一般地震荷载小，但其作用频度却较地震荷载高得多。

随着结构规模的增加(高度与长度)，风荷载变得越来越重要以至于最后成为结构设计中控制性荷载，即非抗震设计时的荷载效应组合控制结构的设计。

1.1 建筑结构的风致效应建筑结构的风致效应包括静力效应和动力效应。

静力风效应是指由于结构上的静力风荷载所引起的结构的静内力和静位移;动力风效应是指由结构上的脉动风荷载和漩涡干扰力所引起的结构的振动反应，包括振动内力、振动位移和振动加速度。

1.2 风对建筑结构的作用在风力的作用下处在风场中的建筑物承受由风引起的静力荷载与动力荷载。

按风对建筑物作用力的方向不同可分为:1.在建筑物的迎风面上产生的压力(气流流动产生的阻力)，包括静压力和动压力;2.在横风向产生横风向干扰力(气体流动产生的漩涡扰力与湍流脉动压力);3.空气流经建筑物后在建筑物的背后产生的涡流干扰力(包括背风向的吸力)。

1.3 建筑结构抗风设计要求建筑物抗风设计必须保证结构在使用过程中不出现破坏现象，主要涉及以下几个方面：1.结构抗风设计必须满足强度设计的要求，也就是说结构的构件在风荷载和其他荷载的共同作用下内力必须满足强度设计的要求。

确保建筑物在风力的作用下不会产生倒塌、开裂和大的残余变形等破坏和损伤。

2.结构抗风设计必须满足刚度设计的要求，以防止建筑物在风力作用下产生过大的变形，引起隔墙的开裂、建筑装饰和非结构构件损坏。

超高层建筑风载结构分析及风振控制研究随着城市化的加速和经济的发展，越来越多的超高层建筑拔地而起。

然而，由于高楼的特殊性质，其面临的风载结构分析和风振控制也是一项复杂的工程。

超高层建筑风载结构分析当设计师设计超高层建筑时，一定要考虑到其中出现的风荷载问题。

因为超高层建筑的层数越高，其受到的风荷载就会越大。

对于这些高楼大厦，需要进行风载分析，并制定相应的风荷载标准。

风荷载标准不仅包括了结构的抵抗力上限，还限定了设计的规范和要求。

设计师在进行风荷载分析时，往往使用数学统计的方法去计算建筑受风荷载的概率，从而找出风荷载与风速的线性关系。

然后根据该线性关系对建筑结构进行选材和设计。

超高层建筑风振控制研究风荷载作为超高层建筑面临的重要问题，不仅需要进行分析，还需要进行风振控制研究。

随着超高层建筑的层数一层层叠加，风荷载造成的振动问题也逐渐加剧。

由于风振的存在，许多人都会在高楼上感受到晕眩和失衡感，这必须尽快得到解决。

除了采用风荷载分析的结果来指导设计建筑的结构与抵抗力之外，还需要采用其它手段来控制超高层建筑的风振现象。

其中比较常见的控制手段有：自适应控制、主动控制和缓冲控制。

自适应控制是一种通过感应风荷载，从而对建筑结构和飘挂物体的运动进行相应的控制的技术。

通过感应到风荷载的方向和强度，可以采取相应的控制手段，从而减小风振造成的影响。

主动控制是一种更具有智能化的方法，其通过计算机控制算法对建筑结构的平衡进行控制。

当建筑结构产生风荷载的振动时，计算机会迅速进行数据处理，对结构进行相应的调整，从而消除振动的影响。

缓冲控制是一种有着长期的实践基础的控制手段，其借助了一些物理学的原理。

常用的缓冲控制手段包括振动消除器、缓冲器、减震器等。

总结一下，超高层建筑在设计之初就必须考虑到其风荷载问题。

而各种风荷载分析和控制手段也不断在进步。

然而，新型建筑经常会采用混合或组合的设计方法，对于这种情况，需要设计师们集思广益，共同解决超高层建筑的风荷载问题，确保人居安全和建筑的可持续发展。

高层建筑顺、横风向和扭转方向风致响应及静力等效风荷载研究国家自然科学基金重大项目(59895410)国家自然科学基金创新研究群体科学基金(50321003)教育部“高等学校骨干教师资助计划”资助博士生：叶丰指导教师：顾明教授二零零肆年肆月摘要高层建筑的发展使得结构风效应成为控制设计的主要因素，对其计算方法的准确认识是非常重要的。

本文对高层建筑顺、横、扭三个方向上的风致响应及静力等效风荷载作了深入研究，建立了一个统一、完整的高层建筑风致响应及静力等效风荷载计算体系。

主要工作包括：1)完成了十个典型高层建筑刚性模型同步测压试验，并根据风洞试验结果研究了各种高层建筑在紊流风场中表面风压分布的一些基本特性，主要考虑了风向角、截面外周各点位置、高度、截面形状等对风压系数和三分力系数的影响。

在此基础上确定了不同截面形状高层建筑的最不利风向角、此风向角对应的平均三分力系数及其偏导数，为后续的风荷载参数研究工作提供了依据。

2)将高层建筑顺、横、扭三个方向上的外加风荷载视为三种激励分量(顺、横向紊流和尾流激励)共同作用的结果，且各种激励分量可假定为互相独立的随机高斯过程。

为此，本文将刚性测压试验结果按不同激励分量予以分离，在此基础上给出了不同激励对应的力系数、形状函数以及归一化的激励谱的计算公式。

3)建立了结构顺、横、扭三个方向的风致运动方程，并根据脉动风致响应的特性给出了背景和共振响应计算方法。

前者不能按振型分解法求解，而应通过对气动力协方差与影响函数乘积积分的方法来计算；后者可只考虑一阶振型的贡献，两者应按平方和开方的原则组合得到脉动风致响应的峰值。

4)研究分析了荷载响应相关(LRC)法的优点，并将其用于计算背景等效风荷载。

共振等效风荷载可以采用结构一阶振动产生的惯性力来描述。

由于背景等效风荷载与共振等效风荷载分布不一致，故不能简单叠加。

为此，本文提出了总等效风荷载的四种计算方法并分析了各自的优缺点。

5)考察了高层建筑风致响应和静力等效风荷载的基本特性，并以截面形状、高宽比、长宽比、一阶振型指数、一阶阻尼比以及风场为主要参数分析了它们对响应和等效风荷载各种组合方法精度的影响。