符合规范的结构的风振系数法计算风荷载

时间：2023-08-19 理论教育 版权反馈

【摘要】：对于符合本规范第8.4.3条规定的结构，可采用风振系数法计算其顺风向风荷载。G.0.3 迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均起主要作用时，其振型系数可按表G.0.3采用。平面为一外径26m的圆形，根据《全国基本风压分布图》查得的基本风压数值为0.3kN/m2，风荷载体型系数为0.8。

符合规范的结构的风振系数法计算风荷载

（一）需考虑风振系数的范围

结构的顺风向作用可分解为平均风和脉动风，平均风的作用可通过基本风压来反映，基本风压是根据10min平均风速来确定的，虽然它已从统计的角度体现了平均重现期为50年的最大风压值，但它没有反映风速中的脉动成分。

当结构基本周期T₁≥0.25s时，以及对于高度超过30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随着增强，因此在设计中应考虑风振的影响，而且在原则上还应考虑多个振型的影响；对于前几个频率比较密集的结构，例如桅杆、屋盖等结构，需要考虑的振型可能多达10个及以上。对此都应按结构的随机振动理论进行计算。

对于T₁＞0.25s的结构和高度小于30m或高宽比小于1.5的房屋，原则上也应考虑风振影响，但经计算表明，这类结构的风振一般不大，此时往往按构造要求进行设计，结构已有足够的刚度，因而一般不考虑风振也不至于影响结构的抗风安全。

对于跨度在36m以上的大跨度屋盖（包括悬挑屋盖结构，但不包括索结构），也应考虑风压脉动对结构发生的顺风向风振的影响。

《建筑结构荷载规范》规定：8.4.1 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。顺风向风振响应计算应按结构随机振动理论进行。对于符合本规范第8.4.3条规定的结构，可采用风振系数法计算其顺风向风荷载。

2 高层建筑顺风向风振加速度可按本规范附录J计算。

8.4.2 对于风敏感的或跨度大于36m的柔性屋盖结构，应考虑风压脉动对结构产生风振的影响。屋盖结构的风振响应，宜依据风洞试验结果按随机振动理论计算确定。

（二）结构的自振周期

在考虑风压脉动引起的风振效应时，常常需要计算结构的基本周期。结构的自振周期应按照结构动力学的方法求解，无限自由度或多自由度体系基本周期的计算十分复杂。在实际工程中，结构基本自振周期T₁常采用实测基础上回归得到的经验公式近似求解。

《建筑结构荷载规范》8.3.5条指出：

注：1 结构的自振周期应按结构动力学计算；近似的基本自振周期T₁可按附录F计算。

《建筑结构荷载规范》附录F指出：

F.2.1 一般情况下，高层建筑的基本自振周期可根据建筑总层数近似地按下列规定采用：

1 钢结构的基本自振周期按下式计算：

T₁=（0.10～0.15）n （F.2.1-1）

式中 n——建筑总层数。

2 钢筋混凝土结构的基本自振周期按下式计算：

T₁=（0.05～0.10）n （F.2.1-2）

F.2.2 钢筋混凝土框架、框剪和剪力墙结构的基本自振周期可按下列规定采用：

1 钢筋混凝土框架和框剪结构的基本自振周期按下式计算：

2 钢筋混凝土剪力墙结构的基本自振周期按下式计算：

式中 H——房屋总高度（m）；

B——房屋宽度（m）。

（三）高度Z的风振系数β_z

《建筑结构荷载规范》规定：

8.4.3 对于一般竖向悬臂形结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，均可仅考虑结构第一振型的影响，结构的顺风向风荷载可按公式（8.1.1-1）计算。z高度处的风振系数β_z可按下式计算：

式中 g——峰值因子，可取2.5；

I₁₀——10m高度名义湍流强度，对应A、B、C和D类地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；

R——脉动风荷载的共振分量因子；

B_z——脉动风荷载的背景分量因子。

（四）脉动风荷载的共振分量因子

《建筑结构荷载规范》规定：

8.4.4 脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算：

式中 f₁——结构第1阶自振频率（Hz）；

k_w——地面粗糙度修正系数，对A类、B类、C类和D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、0.54和0.26；

ζ₁——结构阻尼比，对钢结构可取0.01，对有填充墙的钢结构房屋可取0.02，对钢筋混凝土及砌体结构可取0.05，对其他结构可根据工程经验确定。

（五）脉动风荷载的背景分量因子

《建筑结构荷载规范》规定：

8.4.5 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定：

1 对体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸结构，可按下式计算：

式中 φ₁（z）——结构第1阶振型系数；

H——结构总高度（m），对A、B、C和D类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m；

ρ_x——脉动风荷载水平方向相关系数；

ρ_z——脉动风荷载竖直方向相关系数；

k、a₁——系数，按表8.4.5-1取值。

表8.4.5-1 系数k和a₁

8.4.6 脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定：

1 竖直方向的相关系数可按下式计算：

式中 H——结构总高度（m）；对A、B、C和D类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m。

2 水平方向相关系数可按下式计算：

式中 B——结构迎风面宽度（m），B≤2H。

3 对迎风面宽度较小的高耸结构，水平方向相关系数可取ρ_x=1。

（六）振型系数

《建筑结构荷载规范》规定：

8.4.7 振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的竖向悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑，振型系数φ₁（z）也可根据相对高度z/H按本规范附录G确定。

G.0.3 迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均起主要作用时，其振型系数可按表G.0.3采用。

表G.0.3 高层建筑的振型系数

（七）小结

真题【5.5.1】（2002年一级考题，因规范改版，本题已作相应调整）

某密集建筑群的市区有一28层的一般高层混凝土建筑，如图5.5.1所示。地面以上高度为90m。平面为一外径26m的圆形，根据《全国基本风压分布图》查得的基本风压数值为0.3kN/m²，风荷载体型系数为0.8。当结构基本自振周期T₁=1.6s时，脉动风荷载的共振分量因子最接近于下列何项数值？

（A）0.8 （B）0.9

（C）1.0 （D）1.1

【答案】（B）

【详解】

（1）根据《建筑结构荷载规范》8.4.4条，，，x₁＞5。

(www.daowen.com)

图 5.5.1

（2）；市区地面粗糙度为C类，k_w=0.54。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》4.2.2条及条文说明，一般情况下，对于高度大于60m的高层建筑，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用，w₀=1.1×0.3=0.33kN/m²；

钢筋混凝土结构，取ζ₁=0.05；

【简解】

（1）根据《荷规》8.4.4条，，，x₁＞5

（2）；C类，k_w=0.54；w₀=1.1×0.3=0.33kN/m²；ζ₁=0.05

（B）正确。

真题【5.5.2】（2009年一级考题，因规范改版，本题已作相应调整）

某密集建筑群的城市市区有一高层建筑，设计使用年限100年，地上28层，地下2层，地面以上高度为90m，屋面有小塔架，平面外形为正六边形（可忽略扭转影响），如图5.5.2所示。假定基本风压重现期50年，w₀=0.55kN/m²；重现期100年，w₀=0.60kN/m²；当结构基本周期T₁=1.7s（已考虑填充墙影响）时，承载力设计时脉动风荷载的共振分量因子与下列何项数值最为接近？

（A）1.05 （B）1.25

（C）1.35 （D）1.45

【答案】（A）

【详解】