《同济讲稿(高层建筑风荷载,风振响应,等效静风荷载_)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《同济讲稿(高层建筑风荷载,风振响应,等效静风荷载_)（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1七、高层建筑（高耸结构）的顺风向和横风向振动I. 概述顺风向和横风向顺风向-抖振机制横风向-机制复杂（高层建筑：紊流 + 尾流 + 气动弹性）研究方法顺风向：(1) 平均风压（整体型系数）-准定常风力-随机振动方法计算-振动响应(2) 同步测压- 脉动风力分布-随机振 动方法计算-振动响应（不能应用于格构式高耸结构）(3) 高 频动态测 力天平 -一阶广义风荷载-振动响应计算(4) 气动弹 性模型试验 -直接获得振动响应横风向：(1) 同步测压- 脉动风力分布-随机振 动方法计算-振动响应（不能应用于格构式高耸结构）(2) 高 频动态测 力天平 -一阶广义风荷载-振动响应计算(3) 气动弹
2、性模型试验 -直接获得和振动响应II、高层建筑风压分布特性21 概述表面脉动风压测量试验是高层建筑抗风研究的基本方法之一。和另一常用方法-高频动态测力方法相比，该方法虽然复杂些，但可获得建筑物风荷载的时空分布特征，而认识风荷载的时空分布特性对建筑抗风研究是非常重要的。根据 10 个典型超高层建筑模型的风洞试验结果，分析建筑物的风压分布特性2.2 风洞试验概况（1） 风场模拟采用尖塔粗糙元来模拟 B、D 类风场。图 1 给出了两类风场平均风速和紊流度剖面。平均风速剖面与规范中的 B、D 类风场结果吻合。在模型顶部高度(0.6m)，B 、D 类风场纵向紊流度分别为 7.5%和 14%，也符合要求。
3、一般认为横风向紊流度是顺风向紊流度的 7588，本试验模拟2结果基本与此吻合。顺风向风谱与 Davenport 谱吻合很好。横风向脉动风功率谱目前缺乏公认的理论表达式，只能据测量结果来分析。图 2 给出了60cm 高度处，B 类风场中的顺风向和横风向风速谱。模拟得到的 0.4m 处的 B、 D 类风场紊流积分尺度分别 0.41 和 0.49m，相当于实际中 200m 高度处的 205、245m，与经验公式 9 的计算结果(270m, 210m)相近。此外，模拟的竖向相干函数的衰减指数 Cz 在 79 之间，与 Davenport 的建议值7 和 Emil 的建议值 10 相当。0.20.4.6
4、0.81.0.2.40.6.81.0.20.4.60.81.%102%304%5 =.16的 平 均 风 剖 面平 均 风 速 实 测 值顺 风 向 紊 流 度 实 测 值横 风 向 紊 流 度 实 测 值 U/gZ/g .0.20.4.60.81.0.20.4.60.81.0%102%304%5 =.的 平 均 风 剖 面平 均 风 速 实 测 值顺 风 向 紊 流 度 实 测 值横 风 向 紊 流 度 实 测 值 U/gZ/g图 1 B、D 类风场平均风和紊流度剖面1E-30.10.101041-30.1B类 风 场nSu()/ nz/U Davenport谱Kiml谱谱欧 洲 规 范 E
5、NV谱 1E-30.10.111041-30.1fitedtsnSv()/2 nz/U()B类 风 场 E-30.10.111041-30.1fitedtsnSv()/2 nz/U()D类 风 场（a）顺风向 （b）横风向图 2 B 类风场 60cm 高度顺风向和横风向脉动风速功率谱（2） 试验模型和试验工况试验模型10 个代表性截面形式（方形、矩形、三角形、倒角方形、Y 形）的建筑见图 3 和表 1。方形模型有 5 种高宽比（4、5、6、7、8） ；矩形模型考虑的长宽比为 1:2，1:1.5, 2:1 和 1.5:1；三角形和倒角方形模型的高宽比为 6:1。每个模型上共布置 7 层测点(从上
6、至下依次为 17 层) 。考虑风荷载对3响应的影响随高度明显增加，安排测点层上密下疏。一般在同层的每个面上布置 5 点。单个模型总测点数在 140 个左右。在处理试验结果时，考虑了测压管路的修正。 B 10模 型 6 7模 型 10模 型 8模 型 9模 型 截 面 外 形 图模 型 1-8测 点 布 置 示 意 图5*B/=D140598675D模 型 1BD26410676模 型 9测 点 布 置 示 意 图10549857689514053*202*.ACB761053*204985模 型 1测 点 布 置 示 意 图BAC模 型 底 板 示 意 图底 板 开 洞 应 与 模 型 截 面
7、 大 小 形 状 保 持 一 致 R1607图 4 试验模型测点布置及尺寸示意图表 1 试验模型有关参数编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10B(mm) 150 120 100 86 75 100 100 100 100 -D(mm) 150 120 100 86 75 200 150 100 100 -H(mm) 600 600 600 600 600 600 600 600 600 600BDH/4 5 6 7 8 4.24 4.90 6 6 4.64测点数 140 140 140 140 140 140 140 105 140 147截面形状 方形 方形 方形 方形 方形 矩形
8、矩形 三角形 倒角方形 Y 形4图 5 测点号和风向角示意图23 风压分布的幅值特性平均风压系数和根方差风压系数的计算公式如式(1)所示。， (1)2/1HiPiUC2/1HPCUiPi其中 和 分别为模型表面任一点的平均风压和脉动风压； 为模型顶部平均风速。iPi注意：体型系数的定义！（1） 同一高度处的风压分布特性考虑最不利风向，选择 0 度风向角来研究同一高度处结构表面的风压系数分布特性。B 类风场中方形、三角形和 Y 形截面的第二和第四层测点的风压分布（图 11-13） 。由图可见： 迎风面平均风压系数均为正值，其余各面均为负值。 迎风面上平均风压系数以中间测点为最大；背风面平均负压(
9、绝对值)则以中间测点为最小；根方差风压系数表现出类似特性。侧面边缘测点和中间测点的平均负压相差很小，根方差风压系数以后缘测点为最大。 各种模型各个面上的根方差风压系数均随高度增加而有所减小，这是紊流度减5小所致（紊流对两个侧面脉动风压有较大影响。 进一步研究） 。 一般而言，迎、背风面的根方差风压系数比侧面小很多，且高度越低相差越大。 Y 形截面模型两个代表层的对应点的根方差风压系数基本相同， 6-16 点的平均风压系数和脉动风压根方差系数也基本相同。从总体上看，Y 形和三角形截面的根方差风压系数最小。12345678910231456718920-.08-.604-.20.4.6081.me
10、an Cppoint umber layer-24123456789102314567189200.4.1608.20.426.803.24rms Cppoint umber layer-24图 11 模型 1(方形截面)在 B 类风场中 0 度风向角下第二层和第四层各测点风压系数1234567891021345-.08-.604-.20.4.6081.mean Cppoint umber layer-2412345678910213450.3.1405.6170.89.201.rms Cppoint umber layer-24图 12 模型 8(三角形截面)在 B 类风场中 0 度风向角下
11、第二层和第四层各测点风压系数123456789102314567189201-0.8.6-0.4.20.20.4.60.81.mean Cppoint umber layer-241234567891021345167819200.5.10.5.20.5.3.5rms Cppoint umber layer-24图 13 模型 10(Y 形截面)在 B 类风场中 0 度风向角下第二层和第四层各测点风压系数6（2） 风压系数沿高度的变化模型 1、6、8 和 10 在 B 类风场、 0 度(或 90 度)风向角下各面对称轴上的典型测点的风压系数来研究其沿高度的变化规律。图 1416 分别给出了部分
12、试验结果。由图可见： 迎风面测点的平均风压系数随高度变化基本上服从 分布；根方差风压系数2一般随高度增加，但变化幅度较小，接近于 分布。 背风面的平均风压系数(负值) 和根方差风压系数沿高度变化均很小。 随着高度增加，侧面测点的根方差风压系数稍有减小，但仍比迎、背风面的根方差风压系数大很多。 三角形、Y 型模型 侧面平均风压系数(负值 )和根方差风压系数明显比其他几种模型都要小，这也说明了这种截面对降低结构风致效应的有效性。0.20.4.60.81.-1-.8-0.6-.4-0.2.0.2.40.6.81.0mean Cprelativ Hight 13point(侧 面 )8背 风 面侧 面
13、迎 风 面 theory2=0.3.0.2.40.6.81.0120.4.160.8.20.240.6.280.3.20.34rms Cprelativ Hight 13point(侧 面 )8背 风 面侧 面迎 风 面图 14 模型 1(方形截面)在 B 类风场 0 度风向角下典型测点风压系数随高度的变化0.20.4.60.81.-8-0.6-.4-0.2.0.2.40.6.81.0mean Cprelativ Hight 13point8i thery 2=0. .0.2.40.6.81.130.140.150.160.170.18rms Cprelativ Hight point8i图
14、15 模型 8(三角形截面)在 B 类风场 0 度风向角下典型测点风压系数随高度的变化情况70.20.4.60.81.-8-0.6-.4-0.2.0.2.40.6.81.0mean CpRelativ Hight 1point4i 8tthery 2=0.3.0.2.40.6.81.005.10.150.20.250.30.35rms cpRelativ Hight 1point4i 8t图 16 模型 10(Y 形截面) 在 B 类风场 0 度风向角下典型测点风压系数随高度的变化情况2.4 脉动风压系数的功率谱特性（以下图、表号从 1 开始）以方形建筑（模型 1）和矩形建筑（模型 6，矩形，
15、长边迎风）在为例，讨论脉动风压的功率谱特性。（1） 同一高度处脉动风压的功率谱0 度风向角下模型 6 四个面上第二层测点的归一化风压系数谱见图 1。由图可见： 迎、背风面上测点脉动风压的能量小于侧面，频率成分比侧面更丰富。迎风面脉动风压的主导频率低于漩涡脱落频率而接近脉动风速的主频。 模型 6 侧面测点的风压系数谱的峰值频率为 0.11，即矩形柱体的斯脱罗哈数（以模型顶部风速无量纲化） 。 漩涡脱落导致模型 6 侧面的脉动风压的主频很明显，能量也有明显增加。此外，D 类风场中的脉动风压的频率比 B 类风场中更丰富。1E-4-30.10.102fB/Uz2- point. i1-4-30.10.102fScp()/2-3 pointE.4 i1-4-30.10.102 2-5 pointE-41-30.1.10.26fB/Uz2-0 point. 9 i-41-30.1.10.26fScp()/2-8 pointE. 7 i-41-30.1.10.22-6 pointE-41-30.1.12fB/Uz2-6 point.8 17 i-41-30.1.03fSc()/2 2-8 pointE.8 19 i-41-30.1.22-0 it（a）侧面 （b）迎风面
