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1、金新陽談高層建筑風荷載1、高層建筑及高聳結構順風向風振響應 高層結構是懸臂型結構，這樣的結構有一個特點，一是作用的風、作用的譜，跟風速譜基本上是一樣的，都是平穩的過程。二是都以第一振型為主，在風振等效風荷載計算上可以采用風振系數，這是規范對風振系數的定義，它是對靜力風荷載的放大。 在表達式上，原來的74，到87，到02規范，都是采用脈動增大系數的表達方式，另外一種表達方式是背景分量、共振分量方式，其實這種表達方式越來越被設計人員更加認可，在國際規范標準上也應用的更廣泛，新規范修訂就采用這樣一種表達方式。同時還進行了大量的計算比較研究。 除了表達式的變化之外，規范在風振系數上作了幾個大的修改，也2、是跟國外比較差距比較大的，一是陣風因子，目前國際上普遍采用3.03.5，我們原來是2.2，現在適當提高到2.5，也不能說我們的陣風因子小了，不一定，因為它是綜合效果。 同時，我們要配合脈動風剖面的修訂，對湍流度做了比較大的改動。綜合風速剖面的改動，綜合風振系數的改動，對高層的平均風荷載我們也作了一個比較，這是風振系數的比較，適當有所提高，但是對總的風荷載來說，200米以下的低層，適當有所提高，對超高層的200米、250米以上的，基本持平或適當降低。為什么要作這樣一個修訂呢？也是跟國際一些規范的比較，因為在超高層上，我們的風荷載并不小，而在200米以下我們是偏小。 2、橫風向風振與等效風荷載 現3、在高層建筑設計的多了，都知道橫風向對超高層的作用非常明顯，也非常重要，有些甚至起控制作用，但是橫風向風振的確定還是挺難的，一般來說都是要通過風洞試驗來確定。 這是中鋼，因為它是方的結構，可以非常明顯地看到在某一個風向角下完全是橫風向，順風向的力基本處于零，說明這樣一種結構橫風向作用的顯著性。 針對橫風向風振以及扭轉風向風振的問題進行了大量研究，包括同濟、建研院，做了幾百個模型、幾千次風洞試驗，得到了很多數據，在此基礎上提出了矩形截面橫風向等效風荷載計算公式，順風向靜力風荷載橫風向風力系數+橫風向共振系數，就這三部分組成。橫風向風力系數跟結構的外型、高寬比、高度有關，橫風向的共振系數跟結構的動力4、特性以及風壓本身的譜有關。這些參數都是要通過風洞試驗來確定，沒有辦法從理論上來推導，跟順風向完全不一樣。 橫風向風振力系數，一是跟形狀修整系數有關，另一個跟地貌有關，不同地貌的湍流度不一樣。 我們除了做矩形以外，還做了一些角部有處理的風洞試驗，可以對角檐的修正進行風振系數修正。 這是橫風向共振系數，一是橫風向的風力譜，一個是結構的阻尼比，一個是氣動阻尼比，這是決定橫風向共振的幾個主要因素。 3、扭轉風向的等效風荷載 扭轉風向的等效風荷載，一是風本身有不對稱、不均勻的作用，二是結構剛度、質量的不對稱。這是中信萬達公寓，三棟樓呈前后錯開排列，由于尾流作用，在某一個風向角下扭轉作用非常明顯。 在風洞5、試驗里我們也對質量偏心、剛度偏心等各種不同偏心的情況產生的扭轉效應進行了大量的研究與試點，而且對剛心、質心不利組合的不同情況，也通過風洞試驗進行了研究。 針對工程應用，提出了扭轉等效風荷載的計算方式，這個公式跟剛才的橫風向很像，也是扭矩系數、扭轉共振因子，這些系數也是要通過風洞試驗來確定。 4、復雜高層彎、扭耦合風振研究 最難辦的不是矩形結構，而是截面復雜的高層風振的問題，因為截面復雜，它的立面、平面都是不規則狀態，會產生順風向、橫風向以及扭轉風振的耦合作用。這是一個工程實例，它的耦合作用非常明顯，這個結構的振型本身就是空間耦合的振型，風洞試驗得到的壓力分布也是不對稱、不均勻的，最后通過一個指6、標來看一下它耦合的效果以及扭轉影響，紅色是質心加速度位移，藍色的點是角點加速度位移，扭轉效應已經疊加進去。 5、順風向與橫風向等效風荷載組合工況 應該說跟地震作用下一樣，在風作用下，整個結構頂點位引響應應該呈這樣一個狀態，這是日本AIJ推薦的模式，如果按照這個模式來組合的話，組合系數比較大，因為它在X方向達到最大的時候，Y方向也是比較大。我們做了很多試驗和工程實例考證，這是大連國貿中心大廈，風洞里得到的風振頂點位移，發現橢圓形的傾斜度并不大，另外我們這次在規范里建議組合的工況是橢圓形是立起來的，在順風向達到最大的時候，橫風向是沒有的，也就是說第一工況順風向100%，橫風向為0，在橫風向達到最大7、時，順風向采用了0.6的系數，跟日本、澳大利亞比稍微偏小一點，但也說得過去。 這樣一種工況組合當然還要考慮風向的問題，我們以矩形截面結構為例，如果你不能明確判斷是橫風向為主還是順風向為主，就要作不同的計算。從這次規范修正的情況來看，暫時還不準備把扭轉加進來，因為也征求了高規幾個專家的意見，扭轉還是比較特殊，要單獨考慮扭轉工況。 6、高層建筑群干擾效應 現在城市的高層越來越密集，越來越高，越來越多，由于尾流的作用，由于遮擋的作用，相互干擾影響非常明顯，國內關于這方面的試驗在國際上處于領先地位。 從工程實例可以看到群體效應的效果，這一塊其實是考慮單體和群體以后的，藍色的是單體，黑色的是群體，一塊體現了遮擋效應，小下來了。另兩塊就是考慮了由于干擾效應產生了增大作用的效應影響。針對這樣一個工程，我們也利用CFD數值計算結果進行機理解釋，其實主要還是尾流影響引起的。這是同濟大學顧明教授針對一個施擾建筑、兩個施擾建筑做的風洞試驗，得到的干擾效應系數，我們也將引到荷載規范中來。在單個施擾建筑上，順風向干擾效應放大系數1.01.1，橫風向是1.11.2。兩個施擾建筑，順風向干擾效應放大系數1.01.25，但在工程應用上還不是特別成熟，大家可以參考。