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浅谈如何计算风载荷

2024-10-18 来源:威能网
浅谈如何计算风载荷

高层建筑结构除了抵抗竖向荷载之外,风载荷和地震作用往往是结构设计的主要形成因素。它们主要是水平荷载。风作用出现的概率较大,而地震作用时偶然不经常的水平和竖向荷载,大风作用的时间较长,空气流动形成的风速到建筑物时,就在建筑物表面产生压力和吸力,这种风力作用称为风荷载。随着建筑物高度的增高,风荷载的影响越来越大。

一、风载荷标准值和基本风压:

《建筑结构荷载规范》GB50009-2010 8.1.1条:垂直于建筑物表层上的风载荷标准值,应按下列规定确定:1.计算主要受理结构时,应按下式计算:WK=βzusuzw0 W0-风载荷标准值,βZ-高度Z处的风振系数,US-风载荷体型系数,UZ-风压高度变化系数。2.计算维护结构时,应按下式计算:WK=βgzUSUZW0, βgz=高度Z处的阵风系数,US-风载荷局部体型系数,基本风压是指风载荷的基准压力,一般按当地空旷平坦地层上10m高度处10min平均的风速观测数据,经概率统计得出50年一遇最大值确,承载力设计时应按基本风压的 1.1倍采用。但围护值不乘系数。

二、风载荷体型系数Us:

确定风载荷的体型系数Us是一个比较复杂的问题,它不但与建筑的平面外形,高宽比,风向与变风墙面所成的角度有关,而且还与建筑物的变层处理,周围建筑物密集程度及其高低有关。当风流经建筑物时,对建筑物不同部位会产生不同的效果,即产生压力和吸力。空气流动产生的涡流,对建筑物局部则会产生较大的压力和吸力。通过对某建筑物的实测结果从中可以大致得出如下规律:

○1整个迎风层上均受压力,其值中部最大,向两侧逐渐减小。沿高度方向风压的变化很小,在整个建筑物高度的1/2-2/3处稍大,风压分布近似于矩形。

○2整个背风层上还受吸力,两侧大,中部略小,其平均值約为迎风面风压平均值的75%左右。沿高度方向,风压的变化也很小,更近似于矩形分布。

○3整个侧面,在正面风力作用下,全部受吸力,约为迎风面风压的80%左右。

风荷载体型系数一般按下列规定采用:

○1圆形平层建筑取0.8

○2正多边形及截角三面形平层建筑,由下式计算µs=0.8+1.2/ n为多边形边数。

○3高宽比H/B不大于4的矩形、方形,十字形平面建筑取1.3. ○4下列建筑取0.4

a V形,Y形, 弧形,双十字形,井字形平面建筑。 b L形,槽形和高宽比H/B 大于4的十字形平面建筑。

c 高宽比H/B大于4,长宽比L/B不大于1.5的矩形,鼓形平面建筑。 ○5在需要更细致进行风荷载计算的场合,风荷载体型系数可按《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010附录A采用,或由风洞试验确定。

《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 8.3.2 当多个建筑物,特别是群集的高层建筑,相应间距较近时,宜考虑风力相应互不干扰的群体效应,一般可将单独建筑的体型系数µs乘以相互干扰系数A,相互干扰系数可按下列规定确定:

1.对矩型平行高层建筑,当单个施扰建筑与受扰建筑高度相近时,根据施扰建筑的位置,对顺风向风荷载可在1.00—1.10范围内选取,对横风向风荷载可在1.00—1.20范围内选取。

2.其他情况可比照类似条件的风洞试验资料确定,必要时宜通过风洞试验确定。

8.3.3 计算A围护构件及其连接的风荷载时,可按下列规定采用局部体型系数µs1

1.封闭式矩型平面房屋的墙面及屋面按表8.3.3的规定采用 2.檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件,取-2.0 3.其他房屋和构筑物可按规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值 8.3.4 计A直接承受风荷载的围护构件风荷载时,局部体型系数A可按构件的从属面积折减。折减系数按下列规定采用:

1.当从属面积不大于1㎡时,折减系数取1.0

2.当从属面积大于或等于25㎡时,对墙面折减系数取0.8,对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6,对其他屋面区域折减系数取1.0

3.当从属面积大于1㎡小于25㎡时,墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数差值

三、风压高度变化系数µz

风压高度变化系数µz,应根据地面的粗糙程度3,2确定。荷载规范表8.2.1 地面粗糙程度分为A、B、C三类:

A类:指近海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区

B类:指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的中、小城镇和大城市郊区。

C类:指有密集建筑群的大城市市区。

8.2.2 对于山区的建筑物,风压高度变化系数除可按平坦地区的粗糙度类别由本规范表8.2.1确定外,还应考虑地形条件的修正,修正系数

A应按下列规定采用:

1.对于山峰和山坡,修正系数应按下列规定采用

①顶部B处的修正系数可按下式计算:ηB =[1+ktan (1- )]2 ②其他部位的修正系数,按线性插值确定。

2.对山间盆地、谷地等闭塞地形,η可在0.75——0.85选取。 3.对于与风向一致的谷口、山口、η可在1.2——1.5选取。 四、风振系数βz

风对建筑结构的作用是不规则的,风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压,实际风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建筑物产生一定的侧移,而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。对于高度较大、刚度较小的高层建筑,波动风压会产生不可忽略的动力效应,在设计中必须考虑。目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应,在风压值上乘以风振系数。对于高度大于30m,且高宽比大于1.5的房屋以及基

本自振周期T(应加下脚标T1)大于0.25s的各种高耸结构,应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。

对于低矮、刚度比较大的结构,脉动风压引起的结构振动效应比较小,一般不需要考虑脉动风压作用,而仅考虑平均风压作用。但是为了考虑脉动风压的影响,还是引入一个与风振系数不同的参数:阵风系数。阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数,即脉动风压的变异效应。在结合实际工程使用中,结构的风载荷可以分为两种成分:平均风和脉动风。。

五、总风荷载

在建筑结构设计中应分别计算风荷载对建筑物的总体效应和局部效应。总体效应是指作用在建筑物上的全部风荷载使结构产生的内力及位移。局部效应是指风荷载对建筑物某个局部产生的内力和变形。

①总风荷载 计算总体效应时,要考虑建筑承受的总风荷载,它是各个表面承受的风力的合力,并且沿高度变化的分布荷载。总风荷载按下式计算:

W=βzuzw0(µs1B1COS 1+µs2B2COS 2+……. µsnBnCOS n) n-建筑物外围表面积数

B1,B2…..Bn-n个表面的风荷载体型系数 1, 2…. n-n个表面法线与风作用方向的夹角。

各表面风载荷的合力作用点,即为总风载荷的作用点,其作用位置按静力矩平衡条件确定。以上仅是对风载荷计算的简单总结,仅供参考。

参考文献

[1]建筑结构荷载规范

[2]高层建筑混凝土结构技术规程 [3]高层建筑结构

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