建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)資料_第1頁
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建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)技術(shù)資料一、引言在建筑工程領(lǐng)域,風(fēng)荷載是一項(xiàng)不容忽視的重要設(shè)計(jì)因素,尤其對于高聳結(jié)構(gòu)、大跨度建筑以及沿海、高山等強(qiáng)風(fēng)地區(qū)的建筑物而言,抗風(fēng)設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的安全與穩(wěn)定,乃至整個(gè)建筑的使用壽命和使用功能。風(fēng)荷載具有隨機(jī)性、脈動性和動力效應(yīng)等特點(diǎn),其對建筑結(jié)構(gòu)的作用機(jī)理復(fù)雜。因此,深入理解風(fēng)的特性,科學(xué)合理地進(jìn)行建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì),是每一位結(jié)構(gòu)工程師和相關(guān)技術(shù)人員的核心職責(zé)。本資料旨在系統(tǒng)梳理建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn),為實(shí)際工程應(yīng)用提供參考。二、風(fēng)荷載的特性與構(gòu)成風(fēng)是空氣流動形成的自然現(xiàn)象,其本質(zhì)是空氣分子的動能傳遞。作用于建筑物上的風(fēng)荷載,是空氣流動對建筑物表面產(chǎn)生的壓力或吸力的合力。(一)基本風(fēng)速與風(fēng)壓風(fēng)速是衡量風(fēng)強(qiáng)度的基本指標(biāo),通常以平坦空曠地面上一定高度處(國內(nèi)規(guī)范多為十米)一段時(shí)間內(nèi)的平均風(fēng)速作為統(tǒng)計(jì)基準(zhǔn)。基本風(fēng)壓則是根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料,按一定重現(xiàn)期(如五十年一遇、一百年一遇)確定的最大風(fēng)速換算得到的風(fēng)壓值,它是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。風(fēng)速與風(fēng)壓之間存在著確定的換算關(guān)系,其大小與空氣密度和風(fēng)速的平方成正比。(二)風(fēng)荷載的影響因素風(fēng)荷載的大小并非恒定不變,它受到多種因素的綜合影響:1.風(fēng)速與風(fēng)向:風(fēng)速越大,風(fēng)荷載相應(yīng)增大。風(fēng)向則決定了風(fēng)荷載的作用方向,對于非對稱結(jié)構(gòu),不同風(fēng)向的影響可能存在顯著差異。2.建筑體型與尺寸:建筑的平面形狀、立面輪廓、高度、寬度等都會影響風(fēng)的繞流特性,從而產(chǎn)生不同的風(fēng)壓分布。體型系數(shù)是表征建筑體型對風(fēng)荷載影響的重要參數(shù)。3.地面粗糙度:建筑物所處環(huán)境的地面粗糙度類別(如空曠海面、田野、市郊、市區(qū)等)直接影響近地風(fēng)的風(fēng)速剖面和湍流特性。粗糙度越大,近地風(fēng)速增長越緩慢,湍流強(qiáng)度也越大。4.高度:隨著高度的增加,風(fēng)速通常會增大,即存在風(fēng)的高度變化效應(yīng),因此需要考慮高度系數(shù)對風(fēng)壓的修正。(三)風(fēng)荷載的組成作用于建筑結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載,一般可分解為平均風(fēng)荷載(靜力部分)和脈動風(fēng)荷載(動力部分)。平均風(fēng)荷載是長周期成分,可近似認(rèn)為是靜力荷載;脈動風(fēng)荷載是短周期成分,會引起結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng),對于柔性較大的結(jié)構(gòu)(如高聳電視塔、大跨度屋蓋),其動力效應(yīng)尤為顯著,可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大的振動位移和加速度,甚至影響使用舒適度或引發(fā)共振破壞。三、建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)的基本原則與方法建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下不發(fā)生破壞,滿足強(qiáng)度和剛度要求,并保證必要的舒適度。(一)設(shè)計(jì)理念抗風(fēng)設(shè)計(jì)應(yīng)秉持“預(yù)防為主、因地制宜”的原則。在方案設(shè)計(jì)階段就應(yīng)充分考慮風(fēng)荷載的影響,通過合理的建筑形體選擇、結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化等措施,從源頭上降低風(fēng)荷載效應(yīng)。對于風(fēng)荷載敏感型結(jié)構(gòu),需進(jìn)行精細(xì)化的風(fēng)致振動分析和控制。(二)風(fēng)荷載的計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算通?;谝?guī)范給出的基本風(fēng)壓,并結(jié)合高度系數(shù)、體型系數(shù)、地面粗糙度系數(shù)等進(jìn)行修正。對于重要或復(fù)雜的建筑,還需考慮風(fēng)振系數(shù)以反映脈動風(fēng)引起的動力放大效應(yīng)。具體計(jì)算公式和參數(shù)取值應(yīng)嚴(yán)格遵循國家現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》及相關(guān)專業(yè)規(guī)范的規(guī)定。(三)抗風(fēng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)1.建筑形體優(yōu)化:*避免采用平面形狀過于復(fù)雜、立面凹凸變化劇烈的體型,以減少風(fēng)荷載的局部放大效應(yīng)和氣流分離現(xiàn)象。*對于高層建筑,可采用逐漸收進(jìn)的體型或設(shè)置透空層,以降低結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載總值和改善風(fēng)振特性。*屋頂形式宜簡潔,避免采用容易受風(fēng)掀起的輕型大跨度屋蓋,若必須采用,則需進(jìn)行專門的抗風(fēng)掀設(shè)計(jì)。2.結(jié)構(gòu)體系選擇:*應(yīng)選擇具有足夠抗側(cè)剛度和抗扭剛度的結(jié)構(gòu)體系,如框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等,以有效抵抗風(fēng)荷載引起的水平力和傾覆力矩。*對于大跨度結(jié)構(gòu),如網(wǎng)架、網(wǎng)殼、懸索結(jié)構(gòu)等,需重點(diǎn)關(guān)注其整體穩(wěn)定性和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度,必要時(shí)設(shè)置穩(wěn)定索或抗風(fēng)支座。3.風(fēng)振控制:*對于高度較高、剛度較小的柔性結(jié)構(gòu),風(fēng)振響應(yīng)可能較大,需驗(yàn)算其頂點(diǎn)最大加速度是否滿足舒適度要求。*當(dāng)風(fēng)振效應(yīng)不滿足要求時(shí),可采取主動或被動控制措施,如設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(TLD)、粘彈性阻尼器等,以減小結(jié)構(gòu)的振動幅值。4.關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì):*結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)關(guān)鍵構(gòu)件(如底層柱、剪力墻、支撐、屋蓋檁條與屋面板的連接等)應(yīng)具有足夠的承載力和延性,確保在風(fēng)荷載作用下不發(fā)生破壞。*特別注意門窗、幕墻、廣告牌等圍護(hù)結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì),防止其在風(fēng)吸力或風(fēng)壓力作用下發(fā)生脫落。5.規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用:設(shè)計(jì)過程中必須嚴(yán)格遵守相關(guān)國家規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),確保設(shè)計(jì)的合規(guī)性和安全性。對于超限高層建筑或特殊風(fēng)環(huán)境下的建筑,應(yīng)進(jìn)行專項(xiàng)風(fēng)工程咨詢或風(fēng)洞試驗(yàn)研究。(四)風(fēng)洞試驗(yàn)與數(shù)值模擬對于體型復(fù)雜、風(fēng)荷載作用機(jī)理不明或高度超過規(guī)范適用范圍的建筑,風(fēng)洞試驗(yàn)是獲取準(zhǔn)確風(fēng)荷載數(shù)據(jù)和評估風(fēng)致振動特性的重要手段。通過縮尺模型風(fēng)洞試驗(yàn),可以模擬實(shí)際風(fēng)環(huán)境,測量建筑表面風(fēng)壓分布、整體風(fēng)荷載及風(fēng)致振動響應(yīng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)數(shù)值模擬方法也日益成熟,可作為風(fēng)洞試驗(yàn)的有效補(bǔ)充或前期輔助分析工具。四、結(jié)語建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程,涉及氣象學(xué)、空氣動力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。工程師應(yīng)充分認(rèn)識風(fēng)荷載的復(fù)雜性和危害性,在設(shè)計(jì)中采取科學(xué)合理的技術(shù)措施,確保建筑

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