高楼建筑抗风设计

目程技术　建筑结构中抗风设计原则与方法　黄曙华’孙立新　ｌ浙江联合建工设计研究院有限公司；２华汇工程设计集团有限公司　一．建筑结构风荷载与风振系数分析　风对建筑物的作用是不规则的，风压随风　速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常把风　作用的平均值看成稳定风压或平均风　，实际　风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建　筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在　该恻移附近左右振动。对于高度较大，刚度较　小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动　力效应，在设计中必须考虑。目前采用加大风　荷载的办法解决这个动力效应问题，在风压值　上乘以风振系数。结构上的风荷载可分为两种　成分：平均风和脉动风。对应的，风对结构的　作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作　用。平均风的作用可用静力方法计算，而脉动　风是随机荷载，它引起结构的振动，一般采用　随机振动理论对其振动进行分析。　风振系数是指结构总响应与平均风压引　起的结构响应的比值。对于风振系数，高度小　于３０ｍ的单层工业厂房仍可按以往实践经验不　考虑风振系数，阵风系数是考虑到瞬时风较　平均风大而乘的系数，一股是阵风风速与时　距ｌＯｒｅ　ｉ　ｎ的平均风速之间的比值。对于阵风系　数，现行规范提供的阵风系数主要是对高层建　筑的玻璃幕墙结构参考国外规范而加以制定　的，但低矮房屋是否合适，仍需通过今后的设　计和科研实践给以完善。　风荷载计算，是根据美国有关设计手册中　的试验资料确定，更能符合实际，风荷载影响　较大的结构一般都要考虑风振系数，具体如何　取值只能参考以往的相关类似工程。对于屋盖　结构（如大跨度的看台）不应当成“围护结构”　而只考虑阵风系数建筑水平位移观测点的位　置应选在墙角、柱基及裂缝两边等处。标志可　采用墙上标志，具体形式及其埋设应根据点位　条件和观测要求确定。　＝、建筑结构中抗风设计原则　空气的流动形成风，风作用在建筑物上，　使建筑物受到双重的作用：一方面风对建筑物　产生一个基本上比较稳定的风压力；　时又使　建筑物产生风力振动（风振）。因此风力使建筑　物既受到静力作用，又受到动力作用。　（一）高层建筑结构抗风分析　风速在不同的地区是不一样的。在沿海、　山口等地方风速大，在城市中心风速会小一　些。在我国的Ⅸ建筑结构荷载规范》中，已经　给出了各城市、地区设计用的基本风压，这个　基本风压是以各地气象台站多年的气象观测　资料为依据，取当地３０年一遇的、ｌＯｍ高度上　的１０ｍ　ｉ　ｎ平均风压值来计算的。对于高层建筑　物，风荷载是主要荷载，宜采用５０年…遇的风　力更为妥当，所以，在高层建筑抗风设计中应　采用将荷载规范给出的基本风压值乘以系数　１．１的值。　离地面越高，空气流动受到地面摩擦影　响越小，风速越大，风压也越大，风压随高度　变化呈指数规律变化，增长程度与地面粗糙度　有关。目前规范将地面粗糙程度分为三类：Ａ　类：海面；海岛、海岸、湖岸、沙漠地区；Ｂ类：　田野、乡村、丘陵、房屋比较稀疏的中小城镇和　大城市郊区；Ｃ类：有密集建筑群的大城市市　区。　高层建筑主要位于Ｂ，Ｃ两类地区。高层建　筑主要位于Ｂ，Ｃ两类地区。荷载规范给出的基　本风压是１０ｍ高度上的，不同高度上的风压要　乘以高度系数。风压在建筑物上的分布是非常　复杂的，取决于其平面形状、立面体型和高宽　比。一般用体型系数来反映风对建筑物的作　用。通常，在建筑物的迎风面产生风压力，侧　风面和背风面产生风吸力。这些风压力和风吸　力在建筑物表面的分布也是不均匀的，在迎风　面上沿中轴线风压值最大，在背风面和侧风面　靠近角区风吸力最大。　（二）高层建筑物抗风设计原则　在高层建筑的抗风设计中，应考虑下列问　题：保证结构具有足够的强度，能可靠地承受　风荷载作用下的内力；结构必须具有足够的刚　度，控制高层建筑在水平荷载下的位移，保证　良好的居住和工作条件・选择合理的结构体系　和建筑外形。采用较大的刚度可以减少风振的　影响。圆形、正多边形平面可以减少风压的数　值；尽量采用对称平面形状和对称结构布置，　减少风力偏心产生的扭转影响；外墙、玻璃、　女儿墙及其他围护构件必须有足够的强度并与　主体结构可靠地连接，防止局部损坏。　三　建筑结构中抗风设计方法　根据风对建筑物造成的破坏来分析，我们　的抗风设计要求必须保证结构在使用过程中　不出现破坏等现象，主要涉及以下几个方面：　。　结构抗风设计必须满足强度设计要求，也　就是说结构的构件在风荷载和其他荷载共同　作用下内力必须满足强度设计的要求。确保建　筑物在风力作用下不会产生倒塌、开裂和大的　残余变形等破坏现象，以保证结构的安全。　结构抗风设计必须满足刚度设计要求，也　就是说要使结构的位移或者相对位移满足有　关的规范要求，以防止建筑物在风力的作用下Ｉ　引起隔墙的开裂、建筑装饰和非结构构件因位　移过大而损坏。高层建筑的强度和刚度都可由　结构顶部水平位移或结构层间相对水平位移　来控制。对于不同的结构和隔墙类型，其值差　别也较大。顶部水平位移或结构层间相对水平　位移界限值分别由顶部位移与结构高和层间　相对位移与层高的比值来决定。　结构抗风设计必须满足舒适度设计要求，　以防止居住者和工作人员在风力作用下引起的　摆动造成的不舒适。影响人体感觉不舒适的主　要因素有振动频率、振动加速度和振动持续的　时间。由于振动持续的时间取决于风力作用的　时间，结构振动频率的调整又十分困难，因此　一般采用限制结构振动加速度的方法来满足　舒适度的设计要求。根据对人体振动的舒适界　限标准可得到结构舒适度的控制界限。当然在　具体选择舒适度的控制界限时是应根据结构　层的不同使用功能来定。　结构抗风设计满足疲劳破坏设计要求，　风振引起高层建筑结构或构件的疲劳破坏是　高周疲劳累积损伤的结果。结构或构十的疲劳　寿命由实验或统计分析得到的ｓ—Ｎ曲线决定。　ｓ—Ｎ曲线的解析表达式为ＮＳｍ＝Ｃ，式中ｓ为　响应水平，Ｎ为在响应水平ｓ下结构或构件疲　劳失效的循环次数，ｍ、Ｃ为经验参数。　四．我国建筑结构中抗风设计的发展　我国目前的建筑结构技术、大跨度空间结　构技术等已达到或者已接近国际先进水平。随　着经济持续快速发展和城镇化进程的加快，我　国已成为建筑结构和大跨度空间结构的大国。　在一些高层和超高层建筑的设计、建造过程　中，我国的科研、设计和施工水平不断提升。从　单纯的学习，到逐渐掌握再到创新，完成了很　多有特色的工程。在高层建筑混合结构这～符　合中国经济发展特色的领域取得了丰富的研究　成果和实践经验。　风作用在建筑物上虽然没有地震那么强　烈，但由于风的作用极为频繁，实际上因风对　建筑物产生的灾害比地震灾害火得多。在以后　的研究中要考虑到基本风速（风压）的风剖面　的主要因素，然后分析随机振动理论的风振　响应方法，最后分析在风荷载作用下的基底剪　力、基底弯矩和顶点顺风向水平位移的响应，　并找到引起差异的原因。当前，我国工程建设　的规模巨大，我们应抓住大规模工程建设的机　遇，迎接挑战，加强研究，加快促进我国由建　筑结构大国向强国发展。

体育场网架屋盖结构风振浅析

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体育场网架屋盖结构风振浅析

XXX

（学校，南京，210016）

摘要：伴随着的材料科学发展和土木工程施工工艺的进步，新建的体育场看台多用外形美观、结构新颖的大跨度柔性结构方向发展，这不仅满足了结构使用功能的需要，同时也给观众提供了开阔的视野。大跨度网架屋盖结构在风荷载下会受到强大的吸力，并引起柔性屋面的振动。本文简要介绍了大跨结构表面风压分布特征，风致破坏机理和风洞试验在大跨屋盖结构的应用。

关键词：大跨网架屋盖结构；风致破坏；风洞试验

A Brief Analysis of Study on Wind Induced Dynamic Response

of Long Span Grid Roof Structures

XXX

( College of Aerospace Engineering, Nanjing University of Aeronautics ＆ Astronautics, Nanjing, 210016, China)

Abstract：Along with the development of science and technology，the stands of stadium are

often covered with long—span flexible roof structures with beautiful shapes and new structural

systems.It not noly meets the function of use,but also provide the audience with good view. When

wind flows around roofs,the airflow will be separated to form a high suction zone，and the

高层建筑的风力影响与设计

高层建筑的风力影响是在建筑工程设计中需要重点考虑的一个因素。随着城市的发展和人们对于建筑物高度的需求，越来越多的高楼大厦被兴建起来。然而，高层建筑所处的高空环境中风速较大，对建筑物的结构和稳定性产生着巨大的挑战。本文将探讨高层建筑中风力的影响，并介绍与此相关的设计原则和方法。

一、风的基本概念

风是大气环流中的一种运动状态，由气压差引起。风的速度和方向是建筑物所受的风力影响的主要因素，通常用风速和风向两个参数来描述。风速是指单位时间内空气流动的速度，常用米每秒（m/s）或千米每小时（km/h）来表示。风向则表示风吹的方向，常用罗盘方位或与地理方位的夹角来表示。

二、高层建筑的风力影响

1. 风压力的作用

当高楼建筑面临风力作用时，风会给建筑物表面施加压力，这被称为风压力。风压力会导致高楼产生倾斜、振动等问题，甚至对建筑物的结构安全构成威胁。

2. 风效应的外部表现

风力对高层建筑的作用导致了一些外部的风效应，包括风载荷、湍流、涡流等。其中，风载荷是指风对建筑物表面单位面积所产生的力的大小，它会导致建筑物产生弯曲变形和振动。湍流和涡流则会在空气流动中形成旋涡，影响建筑物表面的风压分布。

三、高层建筑的风力设计原则

1. 结构强度与稳定性

设计高层建筑时，必须考虑到其所处环境中的风力影响，以保证建筑物的整体结构强度和稳定性。建筑师和工程师需要运用力学原理和结构设计的知识，确定合理的结构形式和材料，以抵御风压力和风载荷的作用。

2. 风洞试验和数值模拟

风洞试验和数值模拟是目前常用的研究高层建筑风力影响的方法。通过在实验室中模拟真实的风场和建筑物，可以得出建筑物在不同风速和风向下的响应和变形情况。这些试验数据可以为设计师提供参考，帮助他们更好地了解和预测高层建筑在风力作用下的行为。

3. 结构抗风设计措施

在高层建筑的设计中，采取一系列的抗风设计措施是非常重要的。例如，在建筑的外墙表面设置适当的减压孔，以减少风压力的作用；利用风洞试验结果优化建筑物的外形，并设计出合理的防风措施，如风向导流板、喷射风波等。同时，对于高楼大厦的建筑结构，采用适当的加强措施，如增加支撑、加固结构等，以提高建筑物的整体稳定性。

浅谈高层建筑结构风荷载及抗风设计

摘要：风荷载与高层建筑的安全和使用有着密切关系，过大的侧向位移会使结构产生过大的附加内力，这种内力与位移成正比，附加内力越大位移越大，以致形成恶性循环，可能导致或者加速建筑物的倒塌。过大的侧向变形也会导致结构性的损坏或者裂缝，从而危及结构的正常使用，影响人们的生活和工作，本文简要介绍了风的起因、特性、风荷载的计算，以及高层建筑结构抗风设计。

关键词：风荷载；高层建筑；体型；抗风设计

一、风荷载

1、风的特性

风是由于气压分布不均引起空气流动的结果，随着建筑物高度的增加，风速也会随之产生变化。当气流遇到建筑物时，在建筑物表面产生吸力或者压力，即形成风荷载。风荷载的大小主要与近地风的性质、风速、风向有关，也与建筑物的高度、形状和地表状况有关。

风荷载是由于建筑物阻塞大气边层气流运动而引起的，风荷载的特点有以下几点：1、风荷载与空间位置、时间有关，并且还受到地形、地貌、周围建筑环境的影响，具有不确定性；2、风荷载与建筑物的外形有关，建筑物不同部位对风的敏感程度不同；3、对于具有显著非线性特征的结构，风荷载可能会产生流固耦合反应；4、脉动风的强度、频率、风向是随机的，具有不确定性；5、风荷载具有静力和动力双重特点，动力部分即脉动风的作用会引起高层建筑物的振动。

建筑物风荷载主要包括三部分：平均风压产生的平均力、脉动风压产生的随机脉动力、由于风引起建筑物振动产生的惯性力。

2、风荷载的计算

我国规范GB50009-2012《建筑结构荷载规范》规定，垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按下式计算

式中：为风荷载标准值（KN/m2）；为高度Z处的风振系数；

为风荷载体型系数；为风压高度变化系数；

为基本风压（KN/m2）；

基本风压与高层建筑结构的安全性、经济性、适用性有着密切关系，基本风

压的确定方法和重现期关系到建筑结构在风荷载作用下的安全。我国确定风压的方法包括对观测场地、风速仪的类型和高度以及统计方法的规定，重现期为50年的风压为基本风压。高层建筑结构对风荷载比较敏感，基本风压应该适当提高，我国规范规定，一般情况下对于房屋高度大于60m的高层建筑，承载力设计时风荷载计算可按照基本风压的1.1倍采用。