高层建筑顺风向静力等效风荷载实用计算方法研究

摘要

随着中国经济的发展、科技的进步及城市人口的增长,高层建筑在最近的一、二十年里得到了前所未有的发展.由于高层建筑对风特别敏感,使得结构上的风荷载逐步成为控制高层建筑安全性、舒适性和经济性的最重要的因素之一.因此,建立简单有效的结构风效应计算方法对于高层建筑设计及规范编制非常必要.该文在前人工作的基础上,提出了一种计算高层建筑顺风向静力等效风荷载和响应的实用方法.第一部分采用Davenport教授提出的脉动风空间相干函数建立了计算高层建筑顺风向等效风荷载和响应的精确和简化方法.该方法计算的等效风荷载和响应分为平均、背景和共振三部分.其中,背景分量采用拟平均荷载法计算,共振分量采用惯性力法计算.在此基础上结合Solari教授提出的等效风谱技术,对背景分量和共振分量进行了合理的简化计算,并通过数值算例验证了该文简化公式的有效性.第二部分对等效风荷载的各种已有方法GLF法、GBJ法、MGLF法以及该文第一部分建立的精确和简化方法进行了比较,通过十一个算例考察了各种方法计算顺风向响应的有效性,分析了等效风荷载近似计算方法所产生的响应偏离比特性.结果表明,和其它方法相比,该文简化方法有足够的精度,并且使用方便,是一种值得推荐的方法.根据第一部分等效风荷载简化计算方法的研究成果,该文第三部分把等效风荷载表示成平均风荷载乘以风振系数的形式,归纳出实用的风荷载计算公式,并且制订了相关参数的表格,供工程设计参考.该文最后对等效风荷载计算中的相干性问题进行了研究.通过风洞试验对顺风向脉动风速和脉动风压的垂直向相干性以及建筑物迎风面和背风面脉动风压相干性的真实情况进行了研究,并与相应的理论公式进行了比较.指出Davenport教授提出的相干函数比中国规范所采用的Shiotani相干函数更加符合真实情况,并且中国规范采用的建筑物迎风面和背风面脉动风压完全相关的假定会导致响应的偏保守的估算.

目录

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致谢

第一章概论

1.1风工程概述

1.1.1风及风特性

1.1.2风对结构的作用

1.1.3风工程的研究手段

1.2高层建筑顺风向静力等效风荷载及其响应的研究现状

1.2.1概述

1.2.2阵风荷载因子法(GLF法)

1.2.3惯性风荷载法(GBJ法)

1.2.4 MGLF法

1.2.5荷载响应相关法(LRC法)与拟平均荷载法(QML法)

1.2.6存在的问题与不足

1.3本文的研究工作

第二章高层建筑顺风向静力等效风荷载及响应

2.1概述

2.2基本假定

2.3顺风向等效风荷载的分析方法

2.3.1平均风荷载

2.3.2背景等效风荷载

2.3.3共振等效风荷载

2.3.4结构顺风向总的等效风荷载

2.4顺风向等效风荷载的简化计算

2.4.1等效风谱技术的原理

2.4.2背景分量的近似简化

2.4.3共振分量的近似简化

2.4.4总的简化等效风荷载和响应

2.5等效风荷载和响应计算实例

2.6本章小结

附表

第三章高层建筑顺风向等效风荷载计算方法比较

3.1概述

3.2等效风荷载的现有计算方法比较

3.2.1现有的主要计算方法给出的等效风荷载及响应计算公式

3.2.2各种近似计算方法计算响应的偏离比公式

3.2.3偏离比分析

3.3本章小结

第四章等效风荷载计算方法的实用表达

4.1概述

4.2等效风荷载实用表达公式

第五章等效风荷载计算中相干性问题的研究

5.1概述

5.2相干性的试验研究

5.2.1模型系统及试验概况

5.2.2试验数据处理方法

5.2.3试验结果分析

5.3相干性对等效风荷载影响的理论分析

5.3.1两种风速相干函数用于计算等效风荷载及响应的比较

5.3.2不同的迎、背风面风压相干函数用于计算等效风荷载及响应的比较

5.4本章小结

第六章结语

参考文献