高层建筑结构抗风设计.pptx
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1、第三章第三章 抗抗 风风 设设 计计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风荷载概述风荷载概述本章主要内容本章主要内容基本风压基本风压风压高度变化系数风压高度变化系数风载体型系数风载体型系数顺风向横风向振动响应顺风向横风向振动响应风振不适感的控制风振不适感的控制风工程学简述风工程学简述高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计国外从国外从1879年塔科马桥年塔科马桥风毁以后开始风工程研究风毁以后开始风工程研究,至今只有,至今只有60多年,我国研究不到多年,我国研究不到20年年。风工程研究近年在国内外发展很快,已形成一门风工程研究近年在国内外发展很快,已形成一门新兴学科,国际风工程学会和中国风工
2、程学会分新兴学科,国际风工程学会和中国风工程学会分别于上世纪别于上世纪 60 年代和年代和 80 年代成立。年代成立。风工程学风工程学 建筑风工程是一门综合性学科,涉及气象学、空气建筑风工程是一门综合性学科,涉及气象学、空气动力学及气动弹性力学、结构工程学、振动工程学动力学及气动弹性力学、结构工程学、振动工程学等多门学科。等多门学科。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风工程学风工程学 近年来我国已建造并将继续建造大量的大型近年来我国已建造并将继续建造大量的大型风风敏感结构敏感结构。这些结构包括。这些结构包括大跨桥梁大跨桥梁、超高层建超高层建筑筑和和高耸结构高耸结构以及大跨空间结构等。风荷
3、载是以及大跨空间结构等。风荷载是控制这些大型结构安全性和使用性设计的主要控制这些大型结构安全性和使用性设计的主要因素。因素。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风工程研究方法风工程研究方法大气边界层风洞试验大气边界层风洞试验最直接、最有效最直接、最有效 风洞数值模拟风洞数值模拟费用低、效率高费用低、效率高 风工程学风工程学桥梁抗风、建筑结构抗风、建筑风环境桥梁抗风、建筑结构抗风、建筑风环境高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计 国内风工程研究主要集中在高等院校,如同济大学、湖南大国内风工程研究主要集中在高等院校,如同济大学、湖南大学、西南交通大学和汕头大学等,国内风工程研究在国际上学、西
4、南交通大学和汕头大学等,国内风工程研究在国际上的影响正在增大。的影响正在增大。风洞试验风洞试验 风洞模型试验风洞模型试验是实验研究中的一项重要手段,它与构筑物足尺是实验研究中的一项重要手段,它与构筑物足尺实例是相辅相成的两个方面,当结构物未建成或无条件进行实实例是相辅相成的两个方面,当结构物未建成或无条件进行实测时,模型风洞实验则是进行研究的唯一手段。通过对各种特测时,模型风洞实验则是进行研究的唯一手段。通过对各种特殊体型的高层、超高层建筑及建筑群的风洞试验研究,可为设殊体型的高层、超高层建筑及建筑群的风洞试验研究,可为设计提合理的参数,使拟建的建筑物安全可靠,经济合理。计提合理的参数,使拟建
5、的建筑物安全可靠,经济合理。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计 当风洞尺寸达到宽度为当风洞尺寸达到宽度为2 24 4米、高为米、高为2 23 3米,长米,长为为5 53030米时一般可以满足要求。米时一般可以满足要求。风洞试验风洞试验 建筑物的风洞试验要求在风洞中能实现大气边界层建筑物的风洞试验要求在风洞中能实现大气边界层范围内的平均风剖面、紊流和自然流动,即要求模范围内的平均风剖面、紊流和自然流动,即要求模拟风速随高度的变化。拟风速随高度的变化。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试
6、验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计同同济大学大学风洞洞实验室室TJ-TJ-1 1号风洞:直流闭口式低速号风洞:直流闭口式低速风洞。试验段尺寸为风洞。试验段尺寸为1.8m1.8m宽宽、1.8m1.8m高、高、14m14m长。距试验长。距试验段入口段入口10.5m10.5m处设有一个转处设有一个转盘,用于改变模型的方位角盘,用于改变模型的方位角。试验风速范围从。试验风速范围从0.5m/s0.5m/s30.0m/s30.0m/s连续可调。流场性连续可调。流场性能良好,试验区
7、流场的速度能良好,试验区流场的速度不均匀性小于不均匀性小于2%2%、湍流度小、湍流度小于于1%1%、平均气流偏角小于、平均气流偏角小于0.0.22。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计湖南大学湖南大学风洞洞实验室室高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计湖南大学湖南大学风洞洞实验室室高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验
8、高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计同同济大学大学风洞洞实验室室TJ-TJ-2 2大气边界层风洞:试验段尺大气边界层风洞:试验段尺寸为寸为3m3m宽、宽、2.5m2.5m高、高、15m15m长。长。空风洞试验风速范围为空风洞试验风速范围为0.5m/0.5m/s s68m/s68m/s,风洞配有自动调,风洞配有自动调速、控制与数据采集系统,速、控制与数据采集系统,建筑结构模型试验自动转盘建筑结构模型试验自动转盘系统。转盘直径为系统。转盘直径为 1.8m1.8m,其转轴中心距试验段,其转轴中心距试验段进口为进口为10.5m10.5m。流场性能良好。流场性能良好,试验区均匀流场的速度不,试验区均
9、匀流场的速度不均匀性小于均匀性小于1%1%、湍流度小于、湍流度小于0 0.46%.46%、平均气流偏角小于、平均气流偏角小于0.50.5。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计同同济大学大学风洞洞实验室室 TJ-TJ-3 3大气边界层风洞:竖向回流式低大气边界层风洞:竖向回流式低速风洞,试验段尺寸为速风洞,试验段尺寸为2m2m高高1515mm宽宽14m14m长,其规模在同类边长,其规模在同类边界层风洞中居世界第二位。在试界层风洞中居世界第二位。在试验段底板上的转盘直径为验段
10、底板上的转盘直径为 4.8m4.8m,其转轴中心距试验段进口,其转轴中心距试验段进口为为10.5m10.5m。并列的。并列的7 7台风扇由直流台风扇由直流电机驱动,每台电机额定功率为电机驱动,每台电机额定功率为4 45 5千瓦,额定转速为千瓦,额定转速为750750转转/分。分。试验风速范围从试验风速范围从0.2m/s0.2m/s17.6m/17.6m/s s 连续可调。流场性能良好,试验连续可调。流场性能良好,试验区流场的速度不均匀性小于区流场的速度不均匀性小于2%2%、湍流度小于、湍流度小于2%2%、平均气流偏角小于、平均气流偏角小于0.20.2。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高
11、层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计汕汕头大学大学风洞洞实验室室高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验风洞模型风洞模型高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验风洞模型风洞模型刚性压力模型刚性压力模型气动弹性模型气动弹性模型刚性高频力平衡模型刚性高频力平衡模型高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验风洞模型风洞模型刚性压力模型刚性压力模型最常用最常用,用来量测表面风压力用来量测表面风压力
12、,确定风荷载确定风荷载建筑比例约为建筑比例约为1:3001:500一般采用有机玻璃一般采用有机玻璃压力传感器测的平均压力和波动压力压力传感器测的平均压力和波动压力试验时间约为试验时间约为60秒秒,相应实际时间相应实际时间1小时小时高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验风洞模型风洞模型气动弹性气动弹性模型模型可精确考虑结构的柔度和自振频率,阻尼可精确考虑结构的柔度和自振频率,阻尼的影响的影响高宽比大于,需要考虑舒适度的高柔建高宽比大于,需要考虑舒适度的高柔建筑采用筑采用模型制作麻烦,试验时间长模型制作麻烦,试验时间长高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验风洞模
13、型风洞模型刚性高频力平衡模型刚性高频力平衡模型一轻质材料的模型固定在高频反应的力平一轻质材料的模型固定在高频反应的力平衡系统上,可得到风产生的动力效应衡系统上,可得到风产生的动力效应需要有能模拟结构刚度的基座杆或高频力需要有能模拟结构刚度的基座杆或高频力平衡系统平衡系统高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风洞试验风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计英国千年桥桥址风环境风洞试验英国千年桥桥址风环境风洞试验高层建筑结
14、构概念设计高层建筑结构概念设计香港火车站风环境风洞试验香港火车站风环境风洞试验高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风压数值模拟风压数值模拟高层建筑结
15、构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏 风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包括平均风作用和脉动风作用,从结构的响应来括平均风作用和脉动风作用,从结构的响应来看包括静态响应和风致振动响应。平均风既可看包括静态响应和风致振动响应。平均风既可引起结构的静态响应,又可引起结构的横风向引起结构的静态响应,又可引起结构的横风向振动响应。脉动风引起的响应则包括了结构的振动响应。脉动风引起的响应则包括了结构的准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应。当这些响应的综合结果超过了结构的承受能。当这些响应的综合结
16、果超过了结构的承受能力时,结构将发生破坏。力时,结构将发生破坏。高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计对房屋建筑结构的破坏对房屋建筑结构的破坏桥梁结构的破坏桥梁结构的破坏对输电系统等生命线工程的破坏对输电系统等生命线工程的破坏对广告牌、标语牌等的破坏对广告牌、标语牌等的破坏对港口设施的破坏对港口设施的破坏对海洋工程结构的破坏对海洋工程结构的破坏风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良多层建筑高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计高层建筑
17、结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏窗户被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良凯悦酒店高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏台风约克台风约克造成的香造成的香港湾仔数港湾仔数幢大厦玻幢大厦玻璃幕墙损璃幕墙损坏情况坏情况高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的破坏高层建筑结构概念设计高层建筑结构概念设计风对构筑物的破坏构筑物的
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