高层建筑横风向与扭转风振力计算

高层建筑的风荷载应包括顺风向、横风向与扭转风荷载。根据风洞试验资料与随机振动理论,本文探讨并推导了横风向风振力与扭转风振力的计算方法与公式。在计算中分别考虑了风紊流与尾流激励对横风向风荷载与扭转风荷载的贡献。同时给出了方形横截面高层建筑横风向与扭转风振力计算用表。最后,实例计算表明,在工程设计中,高层建筑的横风向与扭转风振力是必须考虑的。     

有关高层建筑结构风振荷载的比较分析

本文根据作者收集到的有关资料与研究成果,发现国外有关规范中根据风洞试验数据给出的横风向脉动风压谱与原型观测数据有一定的差异,文中通过对作用在结构上脉动风荷载进行对比分析,对横风向风振响应计算方法提出了一些改进意见,从而达到不低估设计基准期内最大风速的横风向风振反应值的效果。由于超高层的横风向振动可能大于顺风向振动,文中建议在风振反应分析中,应同时考虑顺、横两个方向引起的作用力。     

基于时域的超高层建筑横风向风振模拟及分析

对于某些超高层建筑,其横风向风振响应甚至超过顺风向而成为结构设计的控制性因素。为研究横风向风振响应的时程特性及变化规律,基于横风向脉动力谱,考虑风力的竖向相干性,通过谐波合成法模拟横风力时程,在时域内求解分析某超高层钢筋混凝土建筑横风向的风振响应。分析时考虑地貌、来流风速以及结构基频的变化,探讨各因素对风振响应的影响规律,为超高层建筑的抗风设计提供参考依据。     

考虑二阶振型的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

随着高层建筑高度的增加和自振频率的降低,二阶振型对高层建筑风振响应的贡献增大。通过大量算例分析了二阶振型对高层建筑横风向风振响应的贡献,计算结果表明,二阶振型对超高层建筑横风向动力位移响应的贡献较小,但是对高层建筑横风向加速度响应的贡献不容忽视,在对超高层建筑抗风舒适度评估时,应该考虑二阶振型的贡献。在此基础上,基于风洞试验数据和随机振动理论,建立了考虑二阶振型贡献的矩形高层建筑横风向风振响应简化计算式。将提出的简化式计算结果与积分计算结果比较,其误差在5％以内,证明了该计算式具有较高的精度。     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数,利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法,提出了一个矩形平面高层建筑横风向风振反应时程的计算方法.在计算过程由横风向脉动风压谱系数公式模拟了建筑结构横风向脉动风压过程,采用N ewm ark法计算了两幢建筑物顶部的横风向风振反应.计算结果表明:在横风向脉动风压的作用下,结构的风振反应以共振响应为主,非共振响应仅为次要的部分,这与谱分析法得出的结论是一致的,从而说明了计算结果的正确性.这对于正确估算结构的风振反应值,为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据具有一定的意义.     

横风向旋涡脱落共振响应分析及在规范上的应用

结构在风作用下 ,不但顺风向产生风振响应 ,而且横风向必然产生旋涡脱落风振。当横风向旋涡脱落频率与结构某阶自振频率一致时 ,结构产生极大的横风向共振 ,如不注意 ,结构将产生损坏或破坏 ,国内外有很多这类报导。本文基于国内外研究和规范资料 ,对本规范横风向共振依据的原理予以介绍 ,并对有关条文加以说明     

利用人工模拟脉动风压计算高层建筑横风向风振动力反应时程

根据日本规范中提出的横风向脉动风力谱系数函数，利用人工模拟横风向脉动风压时程的方法，提出了一个矩形高层建筑横风向风振反应时程的计算方法供参考。采用Newmark法与Wilson-θ法计算了2栋建筑物顶部的横风向风振反应。计算结果表明，在横风向脉动风压的作用下，结构的风振反应以共振响应为主，非共振响应仅为次要的部分；这与谱分析法得出的结论是一致的；从而说明了计算结果的正确性。这对于正确估算结构的风振反应值，为高层建筑风振控制措施设计提供参考依据是有一定意义的。     

矩形高层建筑横风向风振响应简化计算

基于风洞试验数据和随机振动理论,本文提出了矩形高层建筑横风向风振响应简化计算公式,这些简化公式的提出将求高层建筑横风向风振响应的复杂积分变为方便的代数运算。本文应用这些简化公式对大量的矩形高层建筑实例进行了计算、分析。将本文提出的简化公式计算结果与积分计算结果比较,相对误差基本上在5%以内,因此本文提出的公式有较高的精度。用本文简化公式计算得到的高层建筑横风向风振响应与日本建筑荷载规范、加拿大国家建筑规范计算得到的横风向风振响应比较,总体上差异较小。由于本文提出的简化公式所依据的风洞试验模型和数据较为精细,因此本文简化公式有相当高的可靠性与合理性。     

浅析高层建筑的横风效应

高层建筑的横风向荷载及响应问题非常复杂,来流紊流、尾流和气动反馈的激励与其息息相关,风荷载是高层建筑所承受的主要侧向荷载之一。在沿海地带和非地震区,风荷载又常常成为结构设计的控制荷载,而高层建筑结构设计中的重要部分是包括内力、风荷载、位移、加速度等结构抗风分析。目前,高层建筑横风向风效应研究的内容主要包括以下三个方面:确定横风向气动力、识别横风向气动的阻尼和计算横风向等效静力风荷载的方法,同时确定高层建筑横风向风效应的主要手段有风洞试验、数据拟合和参数识别技术。本文主要讲了横风向气动力的确定、横风向气动阻尼的识别以及横风向等效静力风荷载的计算方法三个方面的内容。     

横风向旋涡脱落共振响应分极及在规范上的应用

结构在风作用下,不但顺风向产生风振响应,而且横风向必然产生旋涡脱落风振．当横风向旋涡脱落频率与结构某阶自振频率一致时,结构产生极大的横风向共振,如不注意,结构将产生损坏或破坏,国内外有很多这类指导。本文基于国内外研究和规范资料,对本规范横风向共振依据的原理予以介绍,并对有关条文加以说明。     

Across-wind loads of typical tall buildings

Previous studies have indicated that the across-wind dynamic responses of super-tall buildings are usually larger than the along-wind ones. With the increase of heights, the across-wind dynamic response of super-tall buildings has been a problem of great concern. In this paper, 15 typical tall building models are tested with high-frequency force balance technique in a wind tunnel to obtain the first-mode generalized across-wind dynamic forces. New formulas for the power spectra of the across-wind dynamic forces, the coefficients of base moment and shear force are then derived. Parametric analyses of the effects of factors on the across-wind loads of the buildings are performed. Besides, a SDOF aeroelastic model of a square tall building with an aspect ratio of 6 is selected from the above buildings and is tested to investigate its across-wind dynamic response and aerodynamic damping characteristics. The power spectrum of the across-wind force of the square building is employed to compute its across-wind dynamic responses with and without considering the effect of the aerodynamic damping. The computed responses are then compared with the corresponding responses from the aeroelastic model test to verify the present formulas of the across-wind loads of buildings.     

高烟囱的横风向共振研究

基于高柔结构横风向共振响应的理论 ,本文给出了高烟囱横风向共振是否对结构起控制作用的判断依据 ,并提出了在结构设计中不能忽略发生高阶振型横向共振的可能性 ,同时结合工程算例加以应用和说明     

带有双塔楼高层建筑结构动力特性分析

本文通过对带有双塔楼的高层建筑结构动力特性的分析研究，证明在地震作用下这类结构存在五种基本的振动形式，当按现行建筑抗震设计规范理论计算地震作用时，其中有三类振型对结构的内力与位移没有贡献，因而在实际工程中此类结构可以用简单的力学模型进行计算分析。本文算例给出的结果与理论推导完全一致。     

高层建筑的横风向激励特性和计算模型的研究

将高层建筑的横风向激励分解为横风向紊流和涡激力激励。根据10个典型高层建筑模型的风洞试验结果,分别研究了两种激励的特性和计算模型,给出典型建筑的横风向紊流激励力系数、涡激力系数和相应的形状系数。特别着重研究涡激力功率谱函数和相干函数,总结出的结果可加深对高层建筑横风向荷载特性的认识,所建立的典型高层建筑的横风向荷载计算模型可用于实际工程。     

高烟囱的横风向共振研究

基于高柔结构横风向共振响应的理论 ,本文给出了高烟囱横风向共振是否对结构起控制作用的判断依据 ,并提出了在结构设计中不能忽略发生高阶振型横向共振的可能性 ,同时结合工程算例加以应用和说明。     

矩形截面高层建筑的横风向基底弯矩系数均方根值研究

利用高频天平技术,在4种不同风场中对71种不同外形尺寸的矩形截面高层建筑刚性模型进行风洞试验,测得高层建筑横风向基底弯矩系数,考察建筑厚宽比、长细比及所处风场类型对高层建筑横风向基底弯矩系数均方根值的影响。试验结果表明,厚宽比的影响效果最显著,长细比的影响可以忽略不计,风场类型的影响随着厚宽比的不同而不同。基于这些风洞试验数据,给出基底弯矩系数均方根值的拟合公式并对拟合公式进行误差分析,通过与国内外相关研究成果的比较,验证拟合公式的精度与合理性,可以为荷载规范的修订和补充提供很好的参考。     

国内外规范圆截面高耸结构横风向等效风荷载取值对比研究

圆截面高耸结构（烟囱）因涡激共振而发生破坏或损坏的例子屡见不鲜,显示现存各种荷载规范对圆截面高耸结构横风向设计荷载考虑不足。本文简要介绍了中国、日本、加拿大、欧洲等四种规范关于圆截面高耸结构横风向等效风荷载的计算方法,并结合-200m的高烟囱实例分析了四种规范计算结果的差异。研究表明,比较四种规范,中国规范偏不安全,我国圆截面高耸结构横风向涡振等效风荷载规范方法亟待完善。     

不规则高层建筑抗风静动力荷载分析和舒适度验算的软件开发

介绍了软件开发的背景、内容和原理.其内容包括不规则高层建筑顺风向静动力水平风荷载的分析和顺风向、横风向、扭转风向最大加速度的计算及人体舒适度的验算,同时软件具有前后处理功能,用户使用方便.     

基于风洞试验的对称截面高层建筑三维等效静力风荷载研究

基于刚性模型表面测压风洞试验建立高层建筑三维风荷载模型,进而运用振型加速度法求解风振响应动力方程,得到了包含拟静力项和惯性力项的弹性力响应解,并推导了对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向风致随机内力响应。在此基础上提出了基于内力响应等效的可考虑高阶振型贡献的对称截面高层建筑顺风向、横风向和扭转向等效静力风荷载计算方法。结合某一对称截面高层建筑工程实例,对采用上述方法计算得到的结构三维等效静力风荷载进行分析并与我国规范方法顺风向等效静力风荷载计算结果进行比较。结果表明,高层建筑结构抗风设计应该考虑三维等效静力风荷载,且二阶振型对高层建筑等效静力风荷载的贡献不可忽视。