金新陽(yáng)談高層建筑風(fēng)荷載(5頁(yè)).doc

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金新陽(yáng)談高層建筑風(fēng)荷載(5頁(yè)).doc

1、金新陽(yáng)談高層建筑風(fēng)荷載1、高層建筑及高聳結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng) 高層結(jié)構(gòu)是懸臂型結(jié)構(gòu)，這樣的結(jié)構(gòu)有一個(gè)特點(diǎn)，一是作用的風(fēng)、作用的譜，跟風(fēng)速譜基本上是一樣的，都是平穩(wěn)的過(guò)程。二是都以第一振型為主，在風(fēng)振等效風(fēng)荷載計(jì)算上可以采用風(fēng)振系數(shù)，這是規(guī)范對(duì)風(fēng)振系數(shù)的定義，它是對(duì)靜力風(fēng)荷載的放大。在表達(dá)式上，原來(lái)的74，到87，到02規(guī)范，都是采用脈動(dòng)增大系數(shù)的表達(dá)方式，另外一種表達(dá)方式是背景分量、共振分量方式，其實(shí)這種表達(dá)方式越來(lái)越被設(shè)計(jì)人員更加認(rèn)可，在國(guó)際規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)上也應(yīng)用的更廣泛，新規(guī)范修訂就采用這樣一種表達(dá)方式。同時(shí)還進(jìn)行了大量的計(jì)算比較研究。除了表達(dá)式的變化之外，規(guī)范在風(fēng)振系數(shù)上作了幾個(gè)大的修改，也

2、是跟國(guó)外比較差距比較大的，一是陣風(fēng)因子，目前國(guó)際上普遍采用3.03.5，我們?cè)瓉?lái)是2.2，現(xiàn)在適當(dāng)提高到2.5，也不能說(shuō)我們的陣風(fēng)因子小了，不一定，因?yàn)樗蔷C合效果。同時(shí)，我們要配合脈動(dòng)風(fēng)剖面的修訂，對(duì)湍流度做了比較大的改動(dòng)。綜合風(fēng)速剖面的改動(dòng)，綜合風(fēng)振系數(shù)的改動(dòng)，對(duì)高層的平均風(fēng)荷載我們也作了一個(gè)比較，這是風(fēng)振系數(shù)的比較，適當(dāng)有所提高，但是對(duì)總的風(fēng)荷載來(lái)說(shuō)，200米以下的低層，適當(dāng)有所提高，對(duì)超高層的200米、250米以上的，基本持平或適當(dāng)降低。為什么要作這樣一個(gè)修訂呢？也是跟國(guó)際一些規(guī)范的比較，因?yàn)樵诔邔由希覀兊娘L(fēng)荷載并不小，而在200米以下我們是偏小。 2、橫風(fēng)向風(fēng)振與等效風(fēng)荷載現(xiàn)

3、在高層建筑設(shè)計(jì)的多了，都知道橫風(fēng)向?qū)Τ邔拥淖饔梅浅Ｃ黠@，也非常重要，有些甚至起控制作用，但是橫風(fēng)向風(fēng)振的確定還是挺難的，一般來(lái)說(shuō)都是要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定。這是中鋼，因?yàn)樗欠降慕Y(jié)構(gòu)，可以非常明顯地看到在某一個(gè)風(fēng)向角下完全是橫風(fēng)向，順風(fēng)向的力基本處于零，說(shuō)明這樣一種結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向作用的顯著性。針對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)向風(fēng)振的問(wèn)題進(jìn)行了大量研究，包括同濟(jì)、建研院，做了幾百個(gè)模型、幾千次風(fēng)洞試驗(yàn)，得到了很多數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上提出了矩形截面橫風(fēng)向等效風(fēng)荷載計(jì)算公式，順風(fēng)向靜力風(fēng)荷載橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)+橫風(fēng)向共振系數(shù)，就這三部分組成。橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)跟結(jié)構(gòu)的外型、高寬比、高度有關(guān)，橫風(fēng)向的共振系數(shù)跟結(jié)構(gòu)的動(dòng)力

4、特性以及風(fēng)壓本身的譜有關(guān)。這些參數(shù)都是要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定，沒(méi)有辦法從理論上來(lái)推導(dǎo)，跟順風(fēng)向完全不一樣。橫風(fēng)向風(fēng)振力系數(shù)，一是跟形狀修整系數(shù)有關(guān)，另一個(gè)跟地貌有關(guān)，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(fēng)洞試驗(yàn)，可以對(duì)角檐的修正進(jìn)行風(fēng)振系數(shù)修正。這是橫風(fēng)向共振系數(shù)，一是橫風(fēng)向的風(fēng)力譜，一個(gè)是結(jié)構(gòu)的阻尼比，一個(gè)是氣動(dòng)阻尼比，這是決定橫風(fēng)向共振的幾個(gè)主要因素。 3、扭轉(zhuǎn)風(fēng)向的等效風(fēng)荷載扭轉(zhuǎn)風(fēng)向的等效風(fēng)荷載，一是風(fēng)本身有不對(duì)稱、不均勻的作用，二是結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量的不對(duì)稱。這是中信萬(wàn)達(dá)公寓，三棟樓呈前后錯(cuò)開(kāi)排列，由于尾流作用，在某一個(gè)風(fēng)向角下扭轉(zhuǎn)作用非常明顯。在風(fēng)洞

5、試驗(yàn)里我們也對(duì)質(zhì)量偏心、剛度偏心等各種不同偏心的情況產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行了大量的研究與試點(diǎn)，而且對(duì)剛心、質(zhì)心不利組合的不同情況，也通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)進(jìn)行了研究。針對(duì)工程應(yīng)用，提出了扭轉(zhuǎn)等效風(fēng)荷載的計(jì)算方式，這個(gè)公式跟剛才的橫風(fēng)向很像，也是扭矩系數(shù)、扭轉(zhuǎn)共振因子，這些系數(shù)也是要通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定。 4、復(fù)雜高層彎、扭耦合風(fēng)振研究最難辦的不是矩形結(jié)構(gòu)，而是截面復(fù)雜的高層風(fēng)振的問(wèn)題，因?yàn)榻孛鎻?fù)雜，它的立面、平面都是不規(guī)則狀態(tài)，會(huì)產(chǎn)生順風(fēng)向、橫風(fēng)向以及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的耦合作用。這是一個(gè)工程實(shí)例，它的耦合作用非常明顯，這個(gè)結(jié)構(gòu)的振型本身就是空間耦合的振型，風(fēng)洞試驗(yàn)得到的壓力分布也是不對(duì)稱、不均勻的，最后通過(guò)一個(gè)指

6、標(biāo)來(lái)看一下它耦合的效果以及扭轉(zhuǎn)影響，紅色是質(zhì)心加速度位移，藍(lán)色的點(diǎn)是角點(diǎn)加速度位移，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)已經(jīng)疊加進(jìn)去。 5、順風(fēng)向與橫風(fēng)向等效風(fēng)荷載組合工況應(yīng)該說(shuō)跟地震作用下一樣，在風(fēng)作用下，整個(gè)結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位引響應(yīng)應(yīng)該呈這樣一個(gè)狀態(tài)，這是日本AIJ推薦的模式，如果按照這個(gè)模式來(lái)組合的話，組合系數(shù)比較大，因?yàn)樗赬方向達(dá)到最大的時(shí)候，Y方向也是比較大。我們做了很多試驗(yàn)和工程實(shí)例考證，這是大連國(guó)貿(mào)中心大廈，風(fēng)洞里得到的風(fēng)振頂點(diǎn)位移，發(fā)現(xiàn)橢圓形的傾斜度并不大，另外我們這次在規(guī)范里建議組合的工況是橢圓形是立起來(lái)的，在順風(fēng)向達(dá)到最大的時(shí)候，橫風(fēng)向是沒(méi)有的，也就是說(shuō)第一工況順風(fēng)向100%，橫風(fēng)向?yàn)?，在橫風(fēng)向達(dá)到最大

7、時(shí)，順風(fēng)向采用了0.6的系數(shù)，跟日本、澳大利亞比稍微偏小一點(diǎn)，但也說(shuō)得過(guò)去。這樣一種工況組合當(dāng)然還要考慮風(fēng)向的問(wèn)題，我們以矩形截面結(jié)構(gòu)為例，如果你不能明確判斷是橫風(fēng)向?yàn)橹鬟€是順風(fēng)向?yàn)橹鳎鸵鞑煌挠?jì)算。從這次規(guī)范修正的情況來(lái)看，暫時(shí)還不準(zhǔn)備把扭轉(zhuǎn)加進(jìn)來(lái)，因?yàn)橐舱髑罅烁咭?guī)幾個(gè)專家的意見(jiàn)，扭轉(zhuǎn)還是比較特殊，要單獨(dú)考慮扭轉(zhuǎn)工況。 6、高層建筑群干擾效應(yīng) 現(xiàn)在城市的高層越來(lái)越密集，越來(lái)越高，越來(lái)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(guó)內(nèi)關(guān)于這方面的試驗(yàn)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位。從工程實(shí)例可以看到群體效應(yīng)的效果，這一塊其實(shí)是考慮單體和群體以后的，藍(lán)色的是單體，黑色的是群體，一塊體現(xiàn)了遮擋效應(yīng)，小下來(lái)了。另兩塊就是考慮了由于干擾效應(yīng)產(chǎn)生了增大作用的效應(yīng)影響。針對(duì)這樣一個(gè)工程，我們也利用CFD數(shù)值計(jì)算結(jié)果進(jìn)行機(jī)理解釋，其實(shí)主要還是尾流影響引起的。這是同濟(jì)大學(xué)顧明教授針對(duì)一個(gè)施擾建筑、兩個(gè)施擾建筑做的風(fēng)洞試驗(yàn)，得到的干擾效應(yīng)系數(shù)，我們也將引到荷載規(guī)范中來(lái)。在單個(gè)施擾建筑上，順風(fēng)向干擾效應(yīng)放大系數(shù)1.01.1，橫風(fēng)向是1.11.2。兩個(gè)施擾建筑，順風(fēng)向干擾效應(yīng)放大系數(shù)1.01.25，但在工程應(yīng)用上還不是特別成熟，大家可以參考。

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