第1页共9页高层建筑结构风荷载的问题探讨摘要：高层建筑已经成为现今世界范围内的建筑主流，其在层数、高度、设计等方面都有了很大的进步，它是一个国家建筑的发展水平和经济实力的集中体现，也是建筑结构理论和技术的主要表现手法，但是，如何解决其风荷载的问题，一直是当今结构工程和风工程界的重大课题。关键词：高层建筑;建筑结构;风荷载：[TU208.3]文献标识码：A：近三十年来,各种类型的高层和大跨建筑结构在美、日、欧等发达国家的发展很快,建筑的高度和跨度越来越大,采用了许多新材料和新技术,创造了丰富的结构形式。许多宏伟而富有特色的建筑已成为当地象征标志和著名人文景观。从今天来看,高层和大跨度建筑结构已成为代表一个国家建筑科技发展水平的重要标志之一。因此,现第2页共9页在的建筑结构朝着高层和大跨度的方向发展,使得前的高层建筑结构的自振周期与自然界风速的长越周期较接近,故风对高层建筑的影响越来越大，必须高度重视高层建筑结构风荷载分析。一、风荷载的种类及特点风对建筑物的作用是一个随机过程，因此，建筑物的风荷载包括三个部分：平均风压产生的平均力；脉动风压产生的随机脉动力；由于风致建筑物振动产生的惯性力。对于高层建筑来说，动态风荷载不容忽视，要比较准确地确定风荷载往往要依赖于模型风洞试验。风荷载是由于工程结构阻塞大气边界层气流的运动而引起，具有以下特点：风荷载与空间位置及时间(不确定性)有关，受地形、地貌、周围建筑环境等因素影响；风荷载与结构的几何外形相关，结构不同部分对风敏感程度不同；对具有显著非线性特征的结构，可能产生流固耦合效应；结构尺寸可能在多个方向比较接近，风荷载需要考虑空间相关性；脉动风的强度、频率、风向是随机的；风荷载具有静力和动力的双重特点，其动力部分即脉动风的作用会引起高层建筑的振动(即风振)。第3页共9页二、高层建筑结构的风荷载一般来说，在气流的三维流动过程当中，在相互垂直的三个方向上对应的有着一个风速分量，平均风速分量是处在水平方向上的，与其一致的还包括脉动风速分量，脉动风速分量仅存在于与平均风速垂直的竖直方向和水平方向上。高层建筑的风力致弯曲振动是由顺风向振动和横风向震动两个运动组成。每一个方向上的脉动风荷载引起该方向上的风振动力反映。对建筑结构进行风振动力反映分析，是为了计算建筑构件的动内力、验算舒适度、位移等问题。我国现有的建筑结构荷载理论在计算顺风向风振影响系数时，大多采用先计算顺风向振动力反映，然后再按等效静力方法计算风振贯性力。为了方便计算，我们在进行高层建筑的风振反映测试时一般将高层建筑的结构简化成顶端是自由的，底端为固定的悬臂梁模型，把顺风向振动和横风向的振动分别看成是两个不同方向上的平面内振动；把顺风向脉动风压和横风向脉动风压看成是悬臂梁上的随机荷载，再根据结构的动力学和结构的随机振动理论来建立高层建筑结构风振的计算公式。第4页共9页三、高层建筑结构抗风的理论基础建筑空气动力学是结构抗风理论的研究基础。建筑空气动力学它包括：结构动力学、随机振动学、流体力学、概率论、控制论等多门学科。它的研究方法有：现场实测法、风洞试验法以及理论分析法。我们把流体的粘性力与惯性力之比称为雷诺数。建筑物的雷诺数较大时，表明流体的流动是以惯性力为主的，这时凡是与流体相接处的任何固体表面的边界都存在着非常大的能量交换，并且能量十分的不稳定，我们称这样的流体为紊流或者是湍流。据有关实验表明：湍流一般存在于大气边界层的底层强湍流场中，对于风荷载的研究，对其结构特点的研究比模拟研究雷诺数更具有重要性。对建筑结构风荷载和风影响进行风洞试验时，要注意使平均风速廓线近似于湍流结构性。风洞试验模拟的大气边界层流动要近似于实际大气的流动情况，要使运动方式相似、动力效果相似、几何形状相似和边界的条件相似等情况都相似是不可能的，我们只能根据研究的对象做到局部或者近似的模拟大气流动情况。风洞试验存在的另外一个问题就是该如何把试验第5页共9页数据应用到工程的评估当中。过去的湍流模型对于外形绕流的问题处理时，一般会出现对驻点及附近地...