风荷载风振风的脉动部分对高耸结构所引起的动态作用
一般结构对风力的动态作用并不敏感,可仅考虑静态作用
但对于高耸结构(如塔架、烟囱、水塔)和高层建筑,除考虑静态作用外,还需考虑动态作用
动态作用与结构自振周期、结构振型,结构阻尼和结构高度等因素有关,可将脉动风压假定为各态历经随机过程按随机振动理论的基本原理导出
为方便起见,动态作用常用等效静态放大系数,即风振系数的方式与静态作用一并考虑
8.4.1对于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程结构,如房屋、屋盖及各种高耸结构,以及对于高度大于30m 且高宽比大于1.5 的高柔房屋,均应考虑风压脉动对结构发 生顺风向风振的影响
风振计算应按随机振动理论进行,结构的自振周期应按结构动力学计算
注:近似的基本自振周期T1 可按附录E 计算
8.4.2对于一般悬臂型结构,例如构架、塔架、烟囱等高耸结构,以及高度大于30m,高宽比大于1.5 且可忽略扭转影响的高层建筑,均可仅考虑第一振型的影响,结构的风荷载可按公式(8.1.1-1)通过风振系数来计算,结构在z 高度处的风振系数βz 可按下式计算:式中ξ—脉动增大系数;υ—脉动影响系数;—振型系数;μz—风压高度变化系数
8.4.3脉动增大系数,可按表8.4.3 确定
注:计算 时,对地面粗糙度B 类地区可直接代入基本风压,而对A 类、C 类和D 类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62 和0.32 后代入
8.4.4脉动影响系数,可按下列情况分别确定
1 结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等):若外形、质量沿高度比较均匀,脉动系数可按表8.4.4-1 确定
当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化,而质量沿高度按连续规律变化时,表8.4.4-1 中的脉动影响系数应再乘以修正系数θB 和θv
θB应为构筑物迎风面在z 高度处的宽度Bz 与底部宽度B0 的比值; θν可按表8.4.4-2 确定
2 结构迎风面宽度较大时,应考虑宽度方向风压空间相关性的情况(如高层建筑等):若外形、质量沿高度比较均匀,脉动影响系数可根据总高度H 及其与迎风面宽度B 的比值,按表8.4.4-3 确定
8.4.5振型系数应根据结构动力计算确定
对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑,振型系数也可根据相对高度z/H 按附录F 确定
8.5.1对矩形截面高层建筑当满足下列条件时,确定其横风向风振等效风荷载: 1 建筑的平面形状和质量在整个高度范围内基本相同;2 高宽比HμBD在4~8 之间,深宽比D/B 在o. 5~2 之间,其中B 为结构的迎风面宽度.D 为结构平面的进深(顺风向尺寸) ;间,其中B 为结构的迎风面宽度.D 为结构平面的进深(顺风向尺寸) ;3 vHTu //西运10. Tu 为结构横风向第1 阶自振周期,均为结构顶部风速
8.6.1对圆形截面的结构,应根据雷诺数Re 的不同情况按下述规定进行横风向风振(旋涡脱落)的校核:1 当Re<3×10 时(亚临界的微风共振),应按下式控制结构顶部风速υH 不超过临界风速υcr, υcr 和υH 可按下列公式确定:式中T1—结构基本自振周期;St—斯脱罗哈数,对圆截面结构取0.2;γW—风荷载分项系数,取1.4;μH—结构顶部风压高度变化系数;ω0—基本风压(kN/m);ρ—空气密度(kg/m)
当结构顶部风速超过υcr 时,可在构造上采取防振措施,或控制结构的临界风速υcr 不小于15m/s
2 Re≥3.5×10且结构顶部风速大于υcr 时(跨临界的强风共振),应按第8.6.2条考虑横风向风荷载引起的荷载效应
3 雷诺数Re 可按下列公式确定:Re=69000vD (8.6.1-3)式中υ—计算高度处的风速(m/s);D—结构截面的直径(m)
4 当结构沿高度截面缩小时(倾斜度不大于0.02),可近似取2/3 结构高度处的风速和直径
8.6.2跨临界强风共振引起在z 高处振型j 的等效风荷载可由下列公式确定:式中 —计算系数,按表8.6.2 确定;—在z 高处结构的j 振型系数,由计算确定或参考附录F;ζj—第j 振型的阻尼比;对第1 振型,钢结构取0.01,房屋钢结构取0.02,混凝土结构取0.05;对高振型的阻尼比,若无实测资料,可近似按第1 振型的值取用
表8.6.2 中的H1 为临界风速起始点高度,可按下式确定:式中α—地面粗糙度指数,对A、B、C 和D 四类分别取0.12、0.16、0.22 和0.30;υH—结构顶部风速(m/s)
注:校核横风向风振时所考虑的高振型序号不大于4,对一般悬臂型结构,可只取第1 或第2 个振型
8.6.3校核横风向风振时,风的荷载总效应可将横风向风荷载效应Sc 与顺风向风荷载效应SA 按下式组合后确定:8.6.4对非圆形截面的结构,横风向风振的等效风荷载宜通过空气弹性模型的风洞试验确定;也可参考有关资料确定
膜结构中的风荷载风荷载是膜结构设计控制荷载之一,一般作为静荷载进行结构分析
组合值为0 6、频遇值为0 4、准永久值系数为O
风振系数,指将lOmin平均风压系数转化为瞬时风压系数,同时考虑风荷载脉动与结构动力之间的谐振效应
风振系数不仅与建筑场地有关,且与结构自振特性有关,很难给出“准确值”c大型空间结构属柔性结构体系,自振频率小,振形密集,以至存在大量同频率振形,振形间模态相关性强
对动力效应起作用的频率多,且低阶振形并不一定为主振形,某些高阶振形动力效应反而大
因此,不能用低阶或某阶振形频率确定风振系数,需要综合评价结构整体动力特性,结合既往相似工程,选取合理值
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