高层建筑的风致响应及风荷载规范比较研究

摘要

因高层建筑结构基频较低、单位体积质量(密度)和阻尼较小，风荷载常对结构设计起控制作用。荷载规范是指导工程结构设计的依据，2011年7月中国建筑科学研究院完成了《建筑结构荷载规范》(GB50009-201x)送审稿的修订，本文对新规范送审稿和老规范及国外发达国家荷载规范进行了分析比较，研究了高阶振型对高层建筑风致响应的影响并对主要结构动力参数进行了分析。主要内容包括：
　　(1)对中国《建筑结构荷载规范》(GB50009-201x)送审稿中顺风向风振系数表达式进行了推导，针对中国规范(GB50009-201x)送审稿中新修订的部分，对中国规范(GB50009-2001)、中国规范(GB50009-201x)送审稿、美国规范(ASCE7-10)、澳大利亚规范(AS1170.2)、加拿大规范(NBC2005)中平均风速剖面、湍流强度、峰值因子和风振系数分别进行了介绍和比较。新规范送审稿中C、D类地貌的地貌粗糙度的梯度风高度增加为450m、550m，B类地貌指数值改为0.15，使风速剖面更趋合理；湍流强度较以往规范有所增加，但仍小于国外规范之规定；峰值因子的值规定为2.5，而国外主要规范对峰值因子的取值一般在3.0-5.0之间，这导致依据中国规范计算结构的风振极值响应时，计算的结果会偏小；风振系数表示为共振分量和背景分量两部分，使规范标准更加国际化。
　　(2)采用新规范送审稿中背景分量因子和共振分量因子的形式，给出了顺风向顶点加速度的计算公式，本文公式的计算结果比《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)大，更加接近国外发达国家荷载规范。
　　(3)分析了高阶振型对超高层建筑风振响应的影响，并选定若干参数(峰值因子、阻尼比、一阶振型指数、基频和单位体积质量)，研究了参数变化对风致响应的影响。对于钢-钢混凝土混合结构和钢结构高层建筑，位移响应仅考虑一阶振型就能满足工程要求，高阶振型影响较小；而加速度响应，则需考虑高阶振型的影响，高阶振型一般占第一阶振型的5%-20%。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 高层建筑的发展和展望

1.2 高层建筑风洞试验技术

1.2.1 高频动态天平测力技术

1.2.2 多点瞬时脉动测压技术

1.2.3 气动弹性模型试验技术

1.3 高层建筑静力响应及其等效风荷载的研究现状

1.3.1 高层建筑的顺风向风荷载及风致响应

1.3.2 高层建筑的横风向风荷载及风致响应

1.3.3 高层建筑的扭转方向风荷载及风致响应

1.4 本文研究的主要内容

第2章 抗风设计规范的比较研究

2.1 概述

2.2 我国新老规范和国外规范的对照

2.2.1 平均风速剖面

2.2.2 湍流强度

2.2.3 风振系数

2.3 顺风向风振系数的计算

2.3.1 顺风向广义位移均方根计算

2.3.2 共振分量因子

2.3.3 背景分量因子

2.3.4 风振系数

2.4 国外规范风振系数的表达方式

2.5 算例

2.5.1 工程概况

2.5.2 实例计算

2.6 本章小结

第3章 高层建筑风振舒适度研究

3.1 概述

3.2 国内外对舒适度的评价方法和标准

3.2.1 常见评价方法

3.2.2 我国规范的评价标准

3.2.3 国外规范的评价标准

3.3 顺风向风振加速度计算公式的推导

3.3.1 顺风向加速度计算

3.3.2 横风向加速度计算

3.3.3 扭转加速度计算

3.4 算例

3.5 本章小结

第4章 高阶振型对超高层建筑风致响应的影响

4.1 概述

4.2 计算方法

4.2.1 规范简化方法

4.2.2 模态叠加法

4.3 风洞试验

4.3.1 风洞介绍

4.3.2 测量系统

4.3.3 风场模拟

4.3.4 同步测压试验简介

4.4 超高层建筑动力特性参数

4.5 风致响应结果分析

4.6 参数分析

4.6.1 峰值因子的影响

4.6.2 阻尼比的影响

4.6.3 一阶振型指数的影响

4.6.4 基频的影响

4.6.5 单位体积质量的影响

4.7 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢