横风向和扭转风振.docx

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1、第一章横风向和扭转风振8.5.1 对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。8.5.2 横风向风振的等效风荷载可按下列规定采用：1对于平面或立面体型较复杂的高层建领口高耸结构，横风向风振的等效风荷载WlK宜通过风洞试验确定，也可比照有关资料确定；2对于圆形截面高层建筑及构筑物，其由跨临界强风共振（旋涡脱落）引起的横风向风振等效风荷载WLK可按本规范附录Hl确定；3对于矩形截面及凹角或削角矩形截面的高层建筑,其横风向风振等效风荷载WLK可按本规范附录H.2确定。注：高层建筑横风向风振加速度可按本规范附录J计算。8.5.3 对圆形截面的结构，应按下列规定对

2、不同雷诺数Re的情况进行横风向风振（旋涡脱落）的校核：1当ReV3X105且结构顶部风速VH大于“时，可发生亚临界的微风共振。此时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速vcr不小于15ms2当Re3.5X106且结构顶部风速%的L2倍大于%时，可发生跨临界的强风共振，此时应考虑横风向风振的等效风荷载。3当雷诺数为3X105Re35X106时，则发生超临界范围的风振，可不作处理。4雷诺数Re可按下列公式确定：Re=69000D(8.5.3-1)式中：口计算所用风速，可取临界风速值外;D结构截面的直径(m),当结构的截面沿高度缩小时(倾斜度不大于002),可近似取2/3结构高度处的直径。5

3、临界风速人和结构顶部风速VH可按卜列公式确定：(8.5.3-2)Vh=J迎臂坐(8.5.3-3)式中：Z结构第i振型的自振周期，验算亚临界微风共振时取基本自振周期T”St斯脱罗哈数.对圆截面结构取02；MH结构顶部风压高度变化系数，W基本风压(kNm2);P空气密度(kgm3)o8.5.4 对于扭转风振作用效应明显的高层建筑及高耸结构，宜考虑扭转风振的影响。8.5.5 扭转风振等效风荷载可按下列规定采用：1对于体型较复杂以及质量或刚度有显著偏心的高层建筑,扭转风振等效风荷载Sn宜通过风洞试验确定，也可比照有关资料确定；2对于质量和刚度较对称的矩形截面高层建筑，其扭转风振等效风荷载SnI可按本规

4、范附录H.3确定。8.5.6 5.6顺风向风荷载、横风向风振及扭转风振等效风荷教宜按表8.5.6考虑风荷载组合工况。表&5.6中的单位高度风力(8.5. 6-1)(8. 5. 6-2)(8. 5. 6-3)Fm、FLk及扭矩Tn标准值应按下列公式计算:FDk=(wk!-)BBJC=WLkBTn=式中：Fat顺风向单位高度风力标准值(kN/m)；Fu横风向单位高度风力标准值(kN/m)；Tn单位高度风致扭矩标准值(kNmm)；WMS迎风面、背风面风荷载标准值(kNm2);WlhM横风向风振和扭转风振等效风荷载标准值(kN/trf);B迎风面宽度(m)。8.5.6风荷载组合工况工况顺风向风荷载横风

5、向风振等效风荷载扭转风振等效风荷载1Fr*20.6FkFij13一Tn条文说明8.5.1判断高层建筑是否需要考虑横风向风振的影响这一问题匕匕较复杂，一般要考虑建筑的高度、高宽比、结构自振频率及阻尼比等多种因素，并要借鉴工程经验及有关资料来判断。一般而言，建筑高度超过15Om或高宽比大于5的高层建筑可出现较为明显的横风向风振效应，并且效应随着建筑高度或建筑高宽比增加而增加。细长圆形截面构筑物一般指高度超过30m且高宽比大于4的构筑物。852、8.5.3当建筑物受到风力作用时，不但顺风向可能发生风振，而且在一定条件下也能发生横风向的风振。导致建筑横风向风振的主要激励有：尾流激励(旋涡脱落激励)、横

6、风向紊流激励以及气动弹性激励(建筑振动和风之间的耦合效应)，其激励特性远比顺风向要复杂。对于圆截面柱体结构，若旋涡脱落频率与结构自振频率相近,可能出现共振。大量试验表明，旋涡脱落频率人与平均风速0成正比,与截面的直径D成反比，这些变量之间满足如F关系：&=，其中，SZ是斯脱罗哈数，其值仅决定于结构断V面形状和雷诺数。雷诺数Re=生(可用近似公式He=69000uD计算，其中.分母中V为空气运动黏性系数，约为L45X10Tm2s;分子中，是平均风速；D是圆柱结构的直径)将影响圆截面柱体结构的横风向风力和振动响应。当风速较低，即Re3X105时,StR0.2。一旦与结构频率相等，即发生亚临界的微风

7、共振。当风速增大而处于超临界范围，即3Xl()54ReV35Xl()6时，旋涡脱落没有明显的周期，结构的横向振动也呈随机性。当风更大，Re3.510即进入跨临界范围.重新出现规则的周期性旋涡脱落。一旦与结构自振频率接近，结构将发生强风共振。一般情况下，当风速在亚临界或超临界范围内时，只要采取适当构造措施，结构不会在短时间内出现严重问题。也就是说，即使发生亚临界微风共振或超临界随机振动，结构的正常使用可能受到影响，但不至于造成结构破坏。当风速进入跨临界范围内时，结构有可能出现严重的振动，甚至于破坏,国内外都曾发生过很多这类损坏和破坏的事例，对此必须引起注意。规范附录H.1给出了发生跨临界强风共振

8、时的圆形截面横风向风振等效风荷载计算方法。公式(HL1-1)中的计算系数L是对j振型情况下考虑与共振区分布有关的折算系数。此外，应注意公式中的临界风速0b与结构自振周期有关，也即对同一结构不同振型的强风共振，Vcr是不同的。附录H.2的横风向风振等效风荷载计算方法是依据大量典型建筑模型的风洞试验结果给出的。这些典型建筑的截面为均匀矩形，高宽比（HyBD）和截面深宽比（D/B）分别为48和0.52。试验结果的适用折算风速范围为%TLl5力1大量研究结果表明，当建筑截面深宽比大于2时，分离气流将在侧面发生再附，横风向风力的基本特征变化较大；当设计折算风速大于10或高宽比大于8,可能发生不利并且难以

9、准确估算的气动弹性现象,不宜采用附录H.2计算方法，建议进行专门的风洞试验研究。高宽比（HA/BD）在48之间以及截面深宽比D/B在0.52之间的矩形截面高层建筑的横风向广义力功率谱可按下列公式计算得到：Uup)yFIT%/?+*%/%)?5-(19.93溪+油68一呜)+3(犷SP=(O,1附-0.000酎%)-2.12-0.05“422+(，)-1-0.08-Q.414D.Fj=(1+0.00473/7收)(0.065+”?1嘛)ev一咿Z=(-0.8+0.06NR+0.Ooo7*r)式中：p横风向风力谱的谱峰频率系数；NR地面粗糙度类别的序号，对应A、B、C和D类地貌分别取1、2、3和4

10、；Sp-横风向风力谱的谱峰系数;区横风向风力谱的带宽系数;Z横风向风力谱的偏态系数。图H24给出的是将(HA/S方)=6.0代入该公式计算得到的结果，供设计人员手算时用。此时，因取高宽比为固定值，忽略了其影响，对大多数矩形截面高层建筑，计算误差是可以接受的。本次修订在附录J中增加了横风向风振加速度计算的内容。横风向风振加速度计算的依据和方法与横风向风振等效风荷载相似，也是基于大量的风洞试验结果。大量风洞试验结果表明，高层建筑横风向风力以旋涡脱落激励为主，相对于顺风向风力谱，横风向风力谱的峰值比较突出，谱峰的宽度较小。根据横风向风力谱的特点，并参考相关研究成果，横风向加速度响应可只考虑共振分量的

11、贡献，由此推导可得到本规范附录J横风向加速度计算公式(J21)。854、855扭转风荷载是由于建筑各个立面风压的非对称作用产生的，受截面形状湍流度等因素的影响较大。判断高层建筑是否需要考虑扭转风振的影响，主要考虑建筑的高度、高宽比、深宽比、结构自振频率、结构刚度与质量的偏心等因素。8.5.6高层建筑结构在脉动风荷载作用下，其顺风向风荷载、横风向风振等效风荷载和扭转风振等效风荷载一般是同时存在的，但三种风荷载的最大值并不一定同时出现，因此在设计中应当按表8.5.6考虑三种风荷载的组合工况。表8.5.6主要参考日本规范方法并结合我国的实际情况和工程经验给出。一般情况下顺风向风振响应与横风向风振响应

12、的相关性较小，对于顺风向风荷载为主的情况，横风向风荷载不参与组合；对于横风向风荷载为主的情况，顺风向风荷载仅静力部分参与组合，简化为在顺风向风荷载标准值前乘以06的折减系数。虽然扭转风振与顺风向及横风向风振响应之间存在相关性，但由于影响因素较多，在目前研究尚不成熟情况下，暂不考虑扭转风振等效风荷载与另外两个方向的风荷载的组合。第二章阵风系数8.6.1计算围护结构（包括门窗）风荷载时的阵风系数应按表8.6.1确定。表8.6.1阵风系数高地面高度m)地面粗糙度类别ABCD51.651.702.052.40101.601.702.052.40151.571.662.052.40201.551.63L

13、992.40301.531.591.902.40401.511.571.852.29501.491.551.812.20601.481.541.782.14701.481.521.752.09801.471.511.732.04901.461.501.712.01IOO1.461.501.691.981501.431.471.631.872001.42L451.591.792501.411.431.571.743001.401.421.541.703501.401.411.531.674001.401.411.511.644501.401.411.501.625001.401.411.501.

14、605501.401.411.501.59条文说明8.6阵风系数8.6.1 计算围护结构的阵风系数，不再区分幕墙和其他构件，统一按下式计算：a色=I+2glo其中A、B、C、D四类地面粗糙度类别的截断高度分别为5m,IOm,15m和30m,即对应的阵风系数不大于1.65,1.70,2.05和2.40o调整后的阵风系数与原规范相比系数有变化，来流风的极值速度压（阵风系数乘以高度变化系数）与原规范相比解氐了约5%到10%对幕墙以外的其他围护结构，由于原规范不考虑阵风系数，因此风荷载标准值会有明显提高，这是考虑到近几年来轻型屋面围护结构发生风灾破坏的事件较多的情况而作出的修订。但对低矮房屋非直接承受风荷载的围护结构，如橡条等，由于其最小局部体型系数由-2.2修改为-1.8,按面积的最小折减系数由0.8减小到0.6,因此风荷载的整体取值与原规范相当。