超高层建筑风振问题综述
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高层建筑中的风力与抗风设计原则随着城市化进程的加快,越来越多的高层建筑耸立于城市之中,成为城市的地标。
然而,高层建筑所面临的风力问题也变得愈发突出。
在设计和建造高层建筑的过程中,考虑风力的作用和抗风设计原则至关重要。
本文将探讨高层建筑中的风力与抗风设计原则。
一、风力对高层建筑的影响风力是指风对建筑物所产生的运动力。
由于高层建筑所处的位置和高度,会受到强风的影响。
风力对高层建筑的影响主要包括以下几个方面:1. 建筑物的稳定性:风力可以对高层建筑施加侧向力和扭转力,可能导致建筑物倾斜、倒塌或甚至破坏。
2. 建筑物的振动:高层建筑在受到风力作用时会出现振动现象,如果振幅过大,会影响到建筑物的使用安全。
3. 建筑物的舒适性:高层建筑中的风力会对居民和使用者的舒适性造成影响,如风压变化、风吹噪声等。
二、抗风设计原则为了确保高层建筑在强风环境下的安全运行,需要采取一系列的抗风设计原则:1. 高层建筑结构设计合理:设计时应考虑建筑物的受风面积、结构材料的强度和刚度等因素,以保证建筑物的整体稳定性。
2. 强化建筑物的支撑系统:高层建筑需要具备稳固的支撑系统,如混凝土核心筒、钢结构框架等。
这些支撑系统可以有效抵抗侧向风力和扭转力的作用,确保建筑物的整体稳定。
3. 使用减风技术:减风技术包括风洞试验、风洞模型、开窗调节等,这些技术可以通过改变建筑物的形状、增加建筑物表面的粗糙度等手段来减少风力对建筑物的影响。
4. 加强建筑物的外墙设计:外墙是高层建筑与外部环境之间的界面,需要具备良好的抗风性能。
合理的外墙设计可以降低风力对建筑物表面的压力,同时减少风噪声和风压变化对居民的影响。
5. 定期检测和维护:高层建筑在使用过程中,应定期进行抗风性能的检测和维护工作,及时发现和解决可能存在的问题,确保建筑物的长期稳定性和安全性。
三、国内外抗风设计案例1. 上海中心大厦:作为上海的地标性建筑,上海中心大厦采用了多项抗风设计措施,如空气动力学效应分析、超高层风振控制技术等,确保了建筑物在强风环境下的稳定运行。
超高层建筑基于气流优化的结构设计与应用随着城市化进程的不断推进,越来越多的超高层建筑出现在了我们的生活中。
然而,在建造超高层建筑时,需要考虑到风力等多种因素对其产生的影响。
因此,建筑结构设计及应用中需要得到越来越多的关注。
最新的技术发展,可以利用气流优化来改进设计方案,减少风的影响,提高超高层建筑的稳定性,从而确保公共安全。
今天我们来介绍一下基于气流优化的超高层建筑结构设计及应用。
一、超高层建筑的气流问题分析在建造超高层建筑之前,需要考虑到在不同天气情况下,气流对建筑的影响。
风力是最常见的一个影响因素。
随着高度的增加,风速会急剧上升,产生强大的风压,进而影响建筑结构的安全性。
同时,由于超高层建筑所占用的面积相对较小,其对风的影响也更加显著,比如可以产生狂风旋涡、局地气压等,对整个建筑的稳定性造成影响。
另外一个需要考虑到的因素就是建筑结构的自身特性。
由于超高层建筑的特殊性质,建筑结构要求具有良好的抗震、抗风、抗震和抗雪等多种功能,才能保证在任何情况下都能够保持稳定。
而对于不同高度不同建筑结构的超高层建筑,还需要进一步研究优化其结构形式,提高其安全性及可靠性。
总之,对于超高层建筑的安全性设计以及结构形式优化问题,气流的优化设计尤其重要,可以通过优化,减少风对建筑的影响,从而降低风灾等潜在危险的发生。
二、基于气流的设计原则基于气流的优化设计原则是:建筑结构能够在各种环境下保持稳定性,同时能够遵守狭窄的立面比例和施工成本的限制。
因此,需要在优化设计中,考虑以下几个方面:1、建筑外形优化在优化建筑形式的过程中,考虑建筑外形的流线化及靠近地面、顶部处等不同高度的气动性质的变化。
可以通过改变和优化建筑外形,最终达到降低风压和减少气动力的效果。
2、建筑结构耐风设计在建筑结构设计中,需要考虑到特定高度的强风对建筑物各部位的压力情况,并且该设计需要按照具体气候条件进行细化。
建筑中需要采用一些高强度和高刚度的材料,来增加其抗风能力。
风力影响下高层建筑的稳定性分析在现代城市的天际线中,高层建筑如林立的巨人般拔地而起,它们不仅是城市繁荣的象征,也是人类工程技术的伟大成就。
然而,这些高耸入云的建筑在面对自然力量时,尤其是风力的作用,其稳定性面临着严峻的考验。
风力对于高层建筑的影响是多方面的。
首先,风会在建筑物表面产生压力和吸力。
当风迎面吹向建筑物时,会产生正压力;而当风绕过建筑物时,会在建筑物的背面和侧面产生负压力,也就是吸力。
这种压力和吸力的分布不均匀,会导致建筑物受到扭曲和弯曲的力。
高层建筑的形状和结构特征对其在风力作用下的稳定性起着关键作用。
常见的高层建筑形状有方形、圆形、矩形等。
方形建筑在风的作用下,角落处容易产生较强的气流分离和漩涡,从而导致较大的风荷载。
圆形建筑则相对较为流畅,风的绕流较为均匀,风荷载相对较小。
而矩形建筑的长宽比不同,其风荷载的分布也会有所差异。
此外,高层建筑的高度也是影响风力稳定性的重要因素。
随着高度的增加,风速也会随之增大。
根据气象学的规律,通常在近地面,风速较低,但在几百米甚至更高的高空,风速可能会大幅增加。
这意味着高层建筑顶部所受到的风力要比底部大得多。
而且,由于高度的增加,建筑物的振动幅度也会相应增大,这对结构的强度和刚度提出了更高的要求。
为了评估风力对高层建筑稳定性的影响,工程师们采用了多种方法和技术。
风洞试验是其中一种重要的手段。
在风洞中,可以模拟不同风速和风向条件下建筑物周围的气流情况,通过测量建筑物表面的压力分布和气流速度,来计算风荷载。
数值模拟也是常用的方法之一,借助计算机软件对风与建筑物的相互作用进行模拟分析。
在设计高层建筑时,为了提高其在风力作用下的稳定性,通常会采取一系列的结构措施。
增加结构的刚度是常见的方法之一,例如采用更粗壮的柱子、更厚实的墙体或者加强核心筒的设计。
合理的结构布局也非常重要,通过优化柱子和梁的布置,使力量能够均匀地分布在整个结构中。
另外,使用新型的建筑材料也有助于增强高层建筑的抗风能力。
高层建筑风振分析中的模态组合问题汤昱薇;谢霁明【摘要】大多数超高层建筑具有两个侧移振动固有频率非常接近的特点,使得风振响应分析中不能忽略其模态相关性.但目前普遍采用的SRSS(Square Root Squares)与CQC(Complete Quadratic Combination)模态组合方法存在理论上的不足,在实际工程应用中不能正确把握风致结构响应特点,对结构的抗风优化设计带来一定的困惑甚至误导.理论分析与数值计算证实了这两种方法的缺陷.SRSS方法完全忽略了模态相关性.CQC方法虽然在一定程度上考虑了模态相关性,但未能反映模态相关性中的相位关系,导致过于保守的计算结果.根据随机振动的基本理论,可建立基于风荷载互谱密度函数的模态组合新方法(称为“CS模态组合法”).这一方法能够完整考虑相邻模态之间的幅值相关性与相位相关性,原理清晰,计算简单,具有实际可操作性.与时域模拟结果的比较验证了这一新方法的可靠性与精确性.%Most super-tall buildings have a feature of their first two sway modes' natural frequencies being very close to each other,so in their wind-induced vibration analysis their mode correlations cannot be ignored.However,the current adopted mode combination methods of SRSS and CQC have shortcomings in theory and can't handle correctly the features of wind-induced structural responses in actual applications to bring structural anti-wind optimization design a certain confusion even misleading.Here,the shortcomings of these two methods were verified through theoretical analysis and numerical computation.SRSS method fully neglected mode correlations.Although CQC method considered mode correlations to a certain extent,it couldn't reflect the phase relation in mode correlations tocause too conservative computation results.Based on the fundamental principles of random vibration,a new method of mode combinations named the CS method based on cross spectral density function was proposed here.It was shown that the new method can fully consider amplitude correlations and phase correlations between adjacent modes;its principle is clear,and it is easy to calculate.The reliability and correctness of this method were verified through comparing its results with those of simulation in time domain.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2017(036)015【总页数】7页(P16-21,35)【关键词】高层建筑抗风设计;结构风效应;模态相关性;模态组合法;CQC法;基于互谱密度函数的CS(Cross Spectrum)法【作者】汤昱薇;谢霁明【作者单位】浙江大学建筑工程学院,杭州310058;浙江大学建筑工程学院,杭州310058【正文语种】中文【中图分类】TH212;TH213.3大多数超高层建筑采用几乎正交对称的抗侧结构系统,如图1所示。
高层建筑是如何抗风的原理
高层建筑抗风的原理主要包括以下几个方面:
1.形状设计:高层建筑的形状设计通常会采用流线型或者其他特殊的形状,以减小建筑物受到风力的影响。
例如,许多高层建筑的顶部会采用圆弧形或者锥形设计,以减少风力对建筑物的影响。
2.结构设计:高层建筑的结构设计通常会采用钢筋混凝土、钢结构等高强度材料,以保证建筑物的稳固性和抗风能力。
此外,建筑物的内部结构设计也非常重要,可以采用加强梁、加固柱等方法来提高建筑物的抗风能力。
3.风洞试验:在高层建筑的设计和建造过程中,通常会进行风洞试验,以模拟不同风力情况下建筑物的受力情况,从而进行结构设计和优化。
4.防风措施:在建筑物的外墙、窗户等部位,可以采用防风玻璃、防风百叶等措施,以减少风力对建筑物的影响。
综上所述,高层建筑抗风的原理主要包括形状设计、结构设计、风洞试验和防风措施等方面,通过综合运用这些措施,可以有效提高建筑物的抗风能力。
桥梁建设中的风振问题与控制方法桥梁是现代城市交通的重要组成部分,它们承载着人们的出行需求,连接着城市的各个部分。
然而,桥梁在面对气候变化和自然灾害时,特别是风力的影响下,往往会出现风振问题,给桥梁的稳定性和安全性带来威胁。
本文将探讨桥梁建设中的风振问题及其控制方法。
风振问题是指桥梁在强风环境下出现振动现象,如桥面、桥体、悬索等部分发生摆动、摇晃等现象。
风振问题对桥梁的影响主要表现在两个方面:一是对桥梁结构的破坏,风振会加剧桥梁材料的疲劳破坏,导致桥梁的寿命缩短;二是对行驶在桥上的车辆和行人的安全形成威胁,振动引起的不稳定性可能引发事故。
造成桥梁风振的主要原因包括两个方面:一是气候因素,包括风速、风向、风荷载等;二是桥梁结构的特性,包括桥梁几何形状、材料特性等。
为了解决桥梁风振问题,需要采取控制方法,以减小桥梁的振动幅度,提高其稳定性和安全性。
目前,针对桥梁风振问题,主要采取的控制方法包括结构控制措施和非结构控制措施。
结构控制措施主要是通过对桥梁结构进行参数调整或加装控制装置来控制风振现象。
例如,通过改变悬索桥索鞍形状和刚度来降低振动幅度,或者在桥梁主体结构上安装风振阻尼器、风振抑制器等装置来降低振动能量。
这些措施能够有效地控制桥梁的风振问题,提高桥梁的稳定性和安全性。
非结构控制措施主要是通过改变桥梁周围的环境条件来减小风振的影响。
例如,在桥梁周围种植密度适中的树木,形成风阻挡屏障,减小侧风的影响;或者在桥梁上增加较高的护栏和挡风墙,减少风与桥梁的直接接触,降低风荷载。
这些措施虽然相对简单,但能够在一定程度上减小风振问题。
此外,桥梁建设中的风振问题也需要借鉴国内外的先进经验和技术。
例如,在世界各地已经有很多应用成功的桥梁风洞试验技术,通过模拟真实的风场环境,对桥梁的风振特性进行研究,以便更好地解决实际问题。
这些经验和技术的借鉴可以为我国桥梁建设提供强有力的支持。
综上所述,桥梁建设中的风振问题是一个不容忽视的重要问题。
在当今社会,随着城市化进程的加速和科技的不断进步,高层建筑已经成为城市中不可或缺的存在。
然而,随之而来的问题是高层建筑风振舒适度的评价标准和控制技术规程。
本文将围绕这一主题展开,从不同角度全面评估高层建筑风振舒适度,并提出相关的控制技术规程。
一、背景介绍高层建筑是城市发展的重要组成部分,但由于其自身的高度和结构特点,往往容易受到风振的影响,进而影响到建筑内部的舒适度。
对高层建筑风振舒适度的评价标准和控制技术规程至关重要。
二、高层建筑风振舒适度的评价标准1.风振舒适度的影响因素我们需要了解高层建筑风振舒适度受到的影响因素,包括建筑结构、风速、风向等因素。
只有全面了解这些因素,才能更好地评价高层建筑的风振舒适度。
2.现有评价标准及方法我们需要了解目前已有的高层建筑风振舒适度的评价标准和评价方法,包括国内外相关的标准和规定。
通过对这些标准和方法的分析,可以更好地把握高层建筑风振舒适度评价的实际情况。
三、高层建筑风振舒适度的控制技术规程1.风振舒适度控制的现状和挑战了解了评价标准之后,我们需要深入探讨高层建筑风振舒适度控制的现状和所面临的挑战。
这包括目前控制技术的发展情况、存在的问题以及未来发展的趋势。
2.控制技术规程的建议根据对风振舒适度的评价和控制技术的现状分析,提出相应的控制技术规程建议,包括建筑结构设计、风场模拟、风振舒适度监测和控制技术的改进等方面的建议。
四、个人观点和理解作为文章撰写者,我认为高层建筑风振舒适度的评价标准和控制技术规程是一个复杂而又具有挑战性的课题。
在实际工作中,我们需要不断地深入研究和探讨,提出更科学、更合理的评价标准和控制技术规程,以更好地保障高层建筑的风振舒适度。
高层建筑风振舒适度评价标准及控制技术规程是一个极具挑战性的课题,需要我们从多个角度全面评估,并提出相应的控制技术规程。
我相信通过我们的不懈努力,高层建筑的风振舒适度问题一定能够得到有效控制和解决。
高层建筑在城市中的存在不仅给城市增添了壮丽的风景线,更成为了城市发展的标志。
超高层建筑抗风设计要点超高层建筑是指高度超过300米的建筑物,由于其高度较高,容易受到风力的影响,因此在设计过程中需要特别注意抗风性能。
抗风设计是超高层建筑设计中至关重要的一环,直接关系到建筑物的安全性和稳定性。
下面将介绍超高层建筑抗风设计的要点。
一、风荷载计算在超高层建筑的抗风设计中,首先需要进行风荷载的计算。
风荷载是指风对建筑物产生的作用力,是影响建筑物结构的重要因素。
根据建筑物所在地的气象条件和风速等参数,采用相应的计算方法计算出风荷载大小,作为设计的基础数据。
二、结构抗风设计1. 结构稳定性设计:超高层建筑的结构设计应考虑其在强风作用下的稳定性。
采用合理的结构形式和布局,增加建筑物的整体稳定性,减小结构的变形和振动。
2. 风阻尼设计:在超高层建筑的设计中,应考虑采用风阻尼装置,如风阻尼器、风振减震器等,来减小风对建筑物的影响,提高建筑物的抗风性能。
3. 结构连接设计:超高层建筑的结构连接设计要牢固可靠,能够承受风荷载带来的作用力,确保建筑物整体结构的稳定性和安全性。
三、外立面设计1. 外墙抗风设计:超高层建筑的外墙设计要考虑其抗风性能,选择合适的外墙材料和结构形式,确保外墙能够承受风力作用,不会出现倾斜或脱落的情况。
2. 玻璃幕墙设计:超高层建筑常采用玻璃幕墙作为外立面,玻璃幕墙的设计要考虑其抗风性能和安全性,选择高强度、耐风压的玻璃材料,采用合理的固定方式和结构设计。
四、屋顶设计1. 屋顶结构设计:超高层建筑的屋顶设计要考虑其抗风性能,采用合理的屋顶结构形式和材料,确保屋顶能够承受风力作用,不会受到破坏。
2. 风载分担设计:在超高层建筑的屋顶设计中,可以考虑采用风载分担的方式,通过合理设计屋顶结构,减小风对建筑物的影响,提高建筑物的整体抗风性能。
五、基础设计1. 基础抗风设计:超高层建筑的基础设计要考虑其抗风性能,采用合理的基础形式和布置方式,确保基础能够承受风荷载带来的作用力,保证建筑物的稳定性和安全性。
高层建筑风环境及其影响研究江清源概述随着厦门经济特区的发展,一座座标志性的高层建筑拔地而起,人们自然关心风这个自然因素对这些高层建筑有什么影响?反过来这些高层建筑周围又会形成一个什么样的风环境?它对城市规划建筑设计、施工和人们的生活有什么影响?近年来风工程研究工作者都在对高层建筑的风环境进行研究。
所谓“高层建筑”,联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会在1972年召开的年会上曾建议将高层建筑分为四类:即9~16层最高50米者为第一类;17~25层最高75米者为第二类;26~40层最高100米者为第三类;40层以上高于100米者为第四类高层建筑(超高层建筑)。
我国在上世纪80年代以前,10层以上就称为高层建筑。
但目前的标准已定为:20层左右为中高层建筑;30层,高100米左右为高层建筑;50层,高200米以上为超高层建筑。
国外高层建筑及其群体所造成负面影响——不良风环境问题,甚至风灾,事故频发,不得不引起我们的关注和重视。
国内近几年来建筑物的玻璃幕墙、屋顶搭盖物被大风吹毁的事例也不少。
如上世纪末宁夏回族自治区某宾馆在偶发阵风作用下,一片幕墙玻璃飞落,当场把在宾馆门口迎宾的新娘子砸死。
还有浙江大学逸夫楼在一夜大风劲吹下,所有的幕墙玻璃几乎都被吹毁。
至于台风季节建筑物、结构物、幕墙玻璃及覆盖物等被风吹毁的事例,在沿海城市更是屡见不鲜的事实。
如9914#台风登陆厦门吹倒了厦门会展中心施工塔吊,厦门太古飞机工程公司机库钢板屋面被风掀翻,也是人所共知。
除上述建筑物及其群体在大风中其覆面材料或构件被毁坏的事例外,由于建筑物的体型及其群体布局不当而给行人及地面交通、生活环境等带来的不良风环境影响的事例也更多。
在大风季节时,高层建筑及其群体的布局,可能造成对自身及其周围不良风环境,甚至风灾的课题,已责无旁贷地展现在今日城市规划、建筑设计部门、施工单位的面前。
如同城市中大气污染、噪声污染、光污染、采光权纠纷等环境问题一样,能否在高层建筑的规划与布局伊始,事先就周密地考虑到优化风环境,防范不测风灾,而进行认真的论证和试验,这已成为评估城市建设规划优劣的一个重要衡量指标。
超高层建筑的风环境与结构设计在现代化城市的天际线上,超高层建筑如同高耸的巨人,展现着人类建筑技术的伟大成就。
然而,这些宏伟建筑的背后,隐藏着一系列复杂的科学问题,其中风环境与结构设计的关系尤为关键。
风,这个看似无形却力量强大的自然元素,对超高层建筑的影响不可小觑。
当风遇到高耸的建筑时,会产生复杂的气流变化,形成诸如漩涡、阵风等现象。
这些风的作用不仅会给建筑物带来水平方向的推力,还可能引发垂直方向的振动。
如果在设计阶段没有充分考虑风环境的影响,超高层建筑可能会出现窗户破裂、外墙材料脱落,甚至结构损坏等严重问题,威胁到建筑物的安全和使用者的生命财产。
超高层建筑的风环境特点与普通建筑有很大的不同。
随着高度的增加,风速会显著增大,同时风的紊流度也会增强。
这意味着在超高层建筑的顶部和侧面,风的作用更加复杂和剧烈。
此外,由于城市中建筑物密集,风在流经不同建筑之间的狭窄通道时,会形成所谓的“峡谷风”,进一步增加了超高层建筑所面临的风荷载。
为了应对风环境带来的挑战,结构设计师们需要采取一系列巧妙的设计策略。
首先,在建筑外形的选择上,流线型的设计往往能够有效地减少风的阻力。
比如,一些超高层建筑采用了逐渐收窄的塔式外形,或者在建筑的边缘进行倒角处理,使得风能够更加顺畅地流过建筑物,从而降低风荷载。
结构体系的选择也是至关重要的。
框架核心筒结构是超高层建筑中常见的结构形式之一,它通过坚固的核心筒和周边的框架共同承担风荷载,保证了建筑的稳定性。
此外,加强层的设置可以提高结构的整体刚度,减少风致振动。
加强层通常由水平的钢梁和混凝土楼板组成,能够有效地将各个竖向构件连接在一起,增强结构的整体性。
在具体的结构设计中,还需要进行详细的风洞试验。
风洞试验是模拟真实风环境的重要手段,通过在风洞中放置按比例缩小的建筑模型,测量风作用下的压力、风速等参数,为结构设计提供准确的数据支持。
根据风洞试验的结果,设计师可以对结构的构件尺寸、配筋等进行优化,确保建筑物在风荷载作用下的安全性和舒适性。
超高层建筑10大技术难点及应对措施1.基础技术难点:超高层建筑的基础需要承受巨大的上部荷载,如何确保基础的稳定性是一个关键问题。
应对措施可以采用特殊的基础结构设计,如悬挑式基础或者深基坑技术。
2.结构技术难点:超高层建筑的结构需要具备良好的抗震性能,以应对地震等自然灾害。
为此,可以采用新型的结构材料,如高性能混凝土和钢材,同时配合先进的结构设计和加固技术,确保结构的稳定性和安全性。
3.风载技术难点:超高层建筑容易受到强风的影响,对建筑物的稳定性和结构安全提出了更高的要求。
可以采用风洞试验和数值模拟等技术手段,对建筑物的风载进行详细的分析和评估,进而优化建筑结构的设计。
4.垂直运输技术难点:超高层建筑的垂直运输需要满足高效、安全的要求。
可以采用先进的电梯技术,并增加多层电梯间,以提高运输效率和安全性。
5.建筑节能技术难点:超高层建筑的能耗较高,需要采用先进的节能技术,如建筑外保温、智能控制系统等,以减少能耗并提高建筑的环保性能。
6.防火技术难点:超高层建筑的火灾风险较大,需要采用严格的防火措施。
可以采用防火材料和火灾报警系统等,确保建筑物的防火安全。
7.维护和管理技术难点:超高层建筑的维护和管理困难度较大,需要采用先进的维护技术,如无人机巡检和远程监控等,以便及时发现和处理建筑物的问题。
8.人员疏散技术难点:超高层建筑中的疏散困难度较高,需要设计可靠的人员疏散通道,并进行定期演习和培训,确保人员在紧急情况下能够安全疏散。
9.电力供应技术难点:超高层建筑电力供应的安全和稳定性要求高,需要采用多电源供应、备用电源和电力管理系统等,以保障电力的可靠供应。
10.环境影响技术难点:超高层建筑会对周围环境产生一定的影响,如阻断风景和遮挡阳光等。
可以通过景观设计和绿化配置等手段,减轻对环境的影响。
在应对这些技术难点时,需要充分利用现代化的技术手段和工程经验,进行科学的设计和施工,并遵循相关法规和标准,以确保超高层建筑的安全和可持续发展。
超高层建筑10大技术难点及应对措施概要1.地基处理:超高层建筑需要经过深基坑开挖及地基处理工艺,以确保建筑行为受控制,减小沉降和地震对建筑物的影响。
应对措施:运用大型挖掘机和地基处理技术,如梁底喷射灌注桩、地下连续墙等,稳定土壤,减小地基沉降。
2.结构设计:超高层建筑的结构设计需要考虑纵向和横向荷载的影响,确保承载力和稳定性。
应对措施:采用高效的计算技术和先进的结构材料,如高强度钢筋和高强度混凝土,提高结构的抗风、抗震能力。
3.抗风设计:超高层建筑面对强风荷载的挑战,需采取抗风设计措施,减小建筑物的摇摆和变形。
应对措施:采用结构抗风计算方法和风洞试验,优化建筑物的形态设计和结构布置,增设风阻板和防风索等。
4.节能设计:超高层建筑的能耗较大,需要考虑节能设计措施,减少能源消耗和碳排放。
应对措施:采用高效的隔热和保温材料,合理设置通风与空调系统,利用太阳能发电和地热能等可再生能源。
5.抗震设计:超高层建筑需要考虑地震荷载的影响,确保其在地震中的安全性。
应对措施:采用抗震设计规范,采用减震装置和加强结构抗震的技术措施,如防震垫、防震减振器等。
6.竖向交通系统:超高层建筑需要解决人员和物品的竖向运输问题,确保交通高效且安全。
应对措施:设置高速电梯和安全逃生通道,合理规划竖向交通系统,提供多样化的运输组织方式。
7.消防安全:超高层建筑面临着高楼火灾蔓延和人员疏散的风险,需要消防安全设施和预案。
应对措施:设置火灾报警和自动喷水灭火系统,设计消防逃生通道和安全集结点,加强人员消防培训和预案制定。
8.供水和排水系统:超高层建筑需要提供稳定的供水和排水系统,以满足大量的人员需求。
应对措施:采用高效的供水和排水系统,合理设置水泵和水箱,增设消防水炮和防洪措施。
9.电力供应:超高层建筑需要保证充足的电力供应,满足建筑和设备的需求。
应对措施:设置备用发电机组和电力保障设备,优化电力供应系统,提供可靠的市电和备用电源。
10.建筑维护:超高层建筑需要定期维护和检修,减小建筑物老化和损坏的风险。
风振的原理风振是指建筑物或结构受到风力作用而引发的振动现象。
当风经过建筑物或结构时,会产生风压力,导致结构物产生强制振动。
风振的原理涉及到风力学、振动动力学以及结构力学等学科。
在风振的研究中,风是作为一个动力源考虑的。
当风吹向建筑物或结构时,会形成流动场。
风与建筑物表面产生摩擦力,使得空气粘附在建筑物表面无法完全掠过。
这种现象被称为边界层效应。
边界层效应使得流动的速度剖面不再是均匀的,而呈现出边界层边际速度和平均速度叠加的分布,形成速度剖面。
速度剖面的形状取决于边界层的厚度及风的速度。
在风振中,风压力是产生振动的主要原因之一。
风压力是由建筑物表面积分计算得到的。
风吹向建筑物时,由于速度剖面的存在,风压力分布也是不均匀的。
通常在建筑物的上部产生较大的正压力,而底部产生较大的负压力。
正压力和负压力会形成一个振动系统,并对建筑物产生强制振动。
振动动力学是研究振动行为的学科,它描述了结构对外部激励的响应及振幅、频率和相位等参数。
在风振中,建筑物或结构被视为一个弹性体,具有一定的刚度和阻尼特性。
当结构受到风力作用时,会产生周期性的振动。
这种周期性振动可以进一步分解为不同的模态,即自振频率。
不同模态的自振频率受到结构的刚度和质量的影响。
在结构力学中,建筑物或结构的刚度决定了其对风载荷的响应。
刚度越大,结构的自振频率越高。
因此,提高结构的刚度是减小风振的有效措施之一。
另外,结构的阻尼特性也会影响振动的衰减。
适当增加结构的阻尼可以减小振动的幅值,从而降低风振的危害。
风振的强度受到多个因素的影响。
除了风的速度外,结构的形状、尺寸以及表面粗糙度也会对风振产生影响。
例如,高层建筑由于其较大的高度、突出的形状和较小的自密度,容易受到风振的影响。
此外,结构的材料性质和刚度的变化也会影响风振的强度。
因此,在设计和施工中,需要根据具体情况合理选择结构形式和材料,以减小风振产生的潜在风险。
为了防止风振对建筑物或结构的损害,需要采取相应的措施进行风振分析和设计。
提升高层建筑抗风能力的措施高层建筑抗风能力是指建筑结构在强风作用下保持稳定性的能力。
随着城市化进程的加快,高层建筑越来越多,其抗风能力成为了设计和施工中的重要问题。
本文将探讨,以期为高层建筑设计提供参考。
一、结构设计优化1. 合理选择建筑体型建筑体型对建筑抗风能力有重要影响。
在设计过程中,应充分考虑建筑的体型系数,选择合理的建筑体型。
对于高层建筑,采用流线型设计可以有效降低风荷载,提高建筑的抗风能力。
此外,建筑的凹凸面和转角处也会对风荷载产生影响,应尽量避免。
2. 合理布置结构构件在结构设计中,应合理布置梁、柱、墙等构件,以提高建筑的整体抗风能力。
对于高层建筑,采用剪力墙结构或框架-剪力墙结构可以提高建筑的抗风能力。
此外,采用错层结构、斜撑结构等新型结构形式也可以有效提高建筑的抗风能力。
3. 提高建筑材料的抗风性能建筑材料的抗风性能对建筑的抗风能力有重要影响。
在设计过程中,应选用具有较高抗风性能的建筑材料,如高强度的钢筋、混凝土等。
此外,采用高性能的粘结材料和锚固技术也可以提高建筑材料的抗风性能。
二、施工质量控制1. 严格控制施工质量施工质量对建筑的抗风能力有重要影响。
在施工过程中,应严格按照设计图纸和施工规范进行施工,确保建筑结构的稳定性和安全性。
2. 加强施工监测在施工过程中,应加强施工监测,及时发现和解决施工中的问题。
对于高层建筑,应采用先进的监测技术,如激光扫描、红外线监测等,对建筑结构的变形、裂缝等进行实时监测,确保建筑结构的稳定性和安全性。
三、后期维护管理1. 定期检查和维护高层建筑的抗风能力会随着时间推移而逐渐降低。
因此,应定期对建筑进行检查和维护,及时发现和解决建筑结构的问题。
2. 加强建筑物的防风设施在建筑物的周围设置防风设施,如防风墙、防风林等,可以有效降低风荷载,提高建筑的抗风能力。
此外,在建筑物的屋顶设置风力发电设备,也可以有效降低风荷载,提高建筑的抗风能力。
综上所述,提升高层建筑抗风能力的措施主要包括结构设计优化、施工质量控制和后期维护管理等方面。
超高层建筑风振问题综述
随着现代材料技术和施工技术的发展,土木结构向着高、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。
3.结构抗风设计还需要满足舒适度设计的要求,以防止人员对
风力作用下引起的摆动造成不舒适感。
二、高层建筑结构风荷载研究主要方法
目前,对于高层建筑风荷载的研究其主要方法有:
2.1 风洞实验研究
由于风荷载与结构的相互作用机理复杂、理论分析困难,要深
入了解流体流经钝体建筑物所引起的许多复杂作用仍然需要进行
物理实验。目前低速风洞试验是研究高层建筑风振响应的主要方
法。
2.2 理论研究
高层建筑风振响应理论研究主要有两种方法:1)频域法,它根
据随机振动理论,建立了输入风荷载频谱特性与输出结构响应之间
的直接关系。 2) 时域法,它是一种直接动力方法,是基于将随时
间变化的风荷载作为计算的输入数据,结构的阻尼、刚度、质量分
布是计算的对象,直接求解运动微分方程而最终得到动态响应数
据。
2.3 计算风工程
计算风工程又称为数值风洞方法,它以流体动力学为理论基础,
依靠先进的电子计算机用数值方法模拟风与结构的相互作用过程。
三、风振控制
3.1 控制的概念
最早是由kabori和minai在1960年提出的。与结构自身的加
固和加强相比结构中引进附加控制系统,具有明显的优势。结构控
制是控制技术和建筑领域的交叉学科,是建筑模型下应用控制理论
达到建筑安全、舒适目标的课题。根据控制力是否有外加能源输入,
结构控制可分为被动控制和主动控制。
3.2 被动控制
被动控制突破了传统的设计方法,使仅依靠增加结构本身性能
来抵抗动力荷载的方法发展为由结构的抗震抗风控制体系能动地
控制结构的动力反应。
3.2.1 耗能减振系统
耗能减振系统是把结构物的某些非承重构件设计成消能元件,
或在结构物的某些部位设置阻尼器,在风荷载作用时,阻尼器产生
较大的阻尼,大量耗散能量,使主体结构的动力反应减小。耗能减振
系统可分为两类:(1)耗能构件减振体系,利用结构的非承重构件作
为耗能装置,常用的耗能构件包括耗能支撑、耗能剪力墙等。(2)阻
尼器减振系统,包括粘弹性阻尼器ved、金属阻尼器、摩擦阻尼器等。
3.2.2 吸振减振系统
吸振减振技术是在主结构中附加子结构,使结构振动发生转移,
即使结构的振动能量在主结构与子结构之间重新分配,从而达到减
小结构风振反应的目的。目前主要的吸振减振装置有调谐质量阻尼
器tmd、调谐液体阻尼器tld等。
3.2.3 tmd系统(tuned mass damper)
tmd能有效地减小结构风振反应已为人们普遍接受。已有许多
tmd成功地装置在世界各地的高层钢结构上,如美国纽约的
citicorp center(59层),台北101大楼等。
3.2.4 调谐液体阻尼器tld (tuned liquid damper)
利用液面振荡力作为控制力作用于结构时为调谐液体阻尼器
tld。简化模型主要有“集中质量法”和“浅水波动理论法”两类。
3.3 主动控制
由于主动控制的实时控制力可以随激励输入改变,其控制效果
不依赖于外荷载的特性,因此明显优于被动控制,越来越得到人们
的重视。目前,结构主动控制的理论研究以各种控制算法为主线,采
用计算分析和模拟方法研究结构主动控制的可行性、控制系统的时
滞效应和时滞补偿、控制参数对控制效果的影响等问题。各种主动
控制算法不断被提出。
四、高层及超高层建筑风振舒适度控制
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服感,
从而影响建筑物的正常使用。高层建筑钢结构的刚度相对较小,人
体舒适度问题更为严重。因此,在高层建筑钢结构设计规程中,均要
求验算人体舒适度。然而,高层钢结构风振舒适度控制仅靠增加结
构自身的水平刚度和阻尼是很不经济的、有时甚至是无法做到的。
设置tmd/tld来减小结构的风振加速度是高层钢结构的重要发展方
向之一。
五、结论
高层建筑对风的动力作用较敏感,风振作用成为结构分析中不
容忽视的因素,一般把风的动力效应通过风振系数转化成结构的拟
静力计算,在此基础上根据需要进行结构动力分析、 模型风洞实验
或专门计算校核等。高层建筑受风荷载的影响效应和在抗风设计中
风振系数、水平位移指标等参数的正确选取是高层建筑抗风设计的
关键。同时主动和被动控制结构的风致振动效应也是当前抗风的主