1.1 等效静态风荷载
一样平常浸染在建筑物上的风包括均匀风和脉动风。个中均匀风是风荷载的长周期部分浸染在建筑物上,其周期常在10min以上,可认为是浸染在建筑物上的静荷载,由于其周期与建筑物的自振周期相差较远;脉动风则是短周期部分浸染在建筑物上,其脉动的周期很短,一样平常只有几秒,其浸染可以被认为是浸染在建筑物上随机的动荷载,由于其周期与建筑物的自振周期比较靠近。
浸染在建筑构造上的风荷载除了均匀风和脉动风产生的均匀风力和脉动风力,还有风振产生的惯性力。均匀风力、脉动风力和惯性力组合得到终极的等效静态风荷载。
(1)惯性力
根据高频动态天平试验结果,可以求出高层建筑底部的均匀风力(包含力矩和剪力)和脉动风力,在给出高层建筑构造参数的情形下,可以打算出位移和加速度相应,由共振加速度可以进一步求出惯性力。惯性力是由振动产生的,由加速度和质量决定,沿高度分布惯性力均方根σaf(z)表达式为:
上式中m(z)为沿高度的质量,
为沿高度的加速度。
(2)均匀风力和脉动风力
空气来流沿高层建筑高度分布的风力可通过下式表达:
个中:ρ为空气密度;
是z处单位高度上的力系数,一样平常通过风压丈量试验确定;
是来流风速。
风速是均匀风速与脉动风速的合成,即:
一样平常来说,脉动风速相对付均匀风速是小量,忽略二阶小量,即可得到沿高度分布的均匀风力和脉动风力分别如下:
脉动力均方根为:
个中
为沿高度的来流湍流度。
(3)等效静态风荷载
沿高度分布的等效静态风荷载由下式给出:
式中g为峰值因子,可取3.5。
1.2 构造体型系数
对付普通的高层构造,构造体型系数一样平常按《建筑构造荷载规范》(GB 50009-2012)表8.3.1和《高层建筑混凝土构造技能规程》(JGJ3-2010)第4.2.3条取包络值。
须要更细致进行风荷载打算的建筑可由风洞试验确定。
风洞试验中各点的风压系数的打算公式如下:
个中,
为风压系数,
为测点压力,
为参考点静压,ρ为空气密度,
为参考点风速。
风载体型系数μsi与风压系数Cp有如下关系:
个中,
为参考点和i点的风压高度变革系数,根据《建筑构造荷载规范》(GB 50009-2012)8.2取值。
以270m高的某框架核心筒构造的体型系数为例,从图1.21可知,构造不同高度的体型系数不同,高度越高,体型系数越大,体型系数从底部的0.6增大至顶部的1.6。
图1.21 某高层构造体型系数
1.3 构造风振系数
对付普通的建筑构造,风振系数可按《建筑构造荷载规范》(GB 50009-2012)式(8.4.3)打算;
对平面形状或立面形状繁芜,立面开洞或连体建筑的风振系数可按风洞试验确定。时域法的步骤是:
(1)通过风洞试验或仿照得到构造表面风压时程,利用有限元软件对构造进行建模,将风压荷载力时程Fi浸染在表面节点上:
式中,
为表面i节点处的风压系数时程,
为风骚的参考风压,
为节点i位置所对应的表面面积。
(2)进行时程打算剖析,可得构造各个节点的位移时程相应,构造风振系数打算公式为:β=Ra/Rd(1.3-2)
式中,Rd为均匀风产生的静位移,Ra为风荷载浸染下构造的总相应。
(1)基本周期
打算风荷载时输入的构造基本周期需根据构造特色值打算的实际周期取值,否则会影响风打算结果的准确性。
以14层框架构造为例,打算风荷载时软件默认的构造基本周期为0.2s,实际构造的基本周期为0.7s。基本周期按0.2s输入得到的X向剪力3524kN,基本周期按0.7s输入得到的X向剪力3689kN,剪力偏小4.5%,导致构造偏于不屈安。
(2)地震组合
YJK软件缺省设置的参数是风荷载不参与地震组合,对付高度大于60m建筑,应勾选风荷载参与地震组合,否则会导致构造偏于不屈安。
(3)局部风控构件
对付风控的建筑构造,风荷载的增加或减少对构造构件的承载力影响较大,比如斜屋面、屋顶构架层、顶部广告牌等需考虑风荷载对构造的影响。
(4)山地建筑的风压高度变革系数取值
根据《建筑构造荷载规范》(GB 50009-2012)第8.2.2条,山地建筑应考虑地形条件的改动,对付山峰和山坡,改动系数应按式8.2.2打算;对付山间盆地,谷地等闭塞地形,改动系数可在0.75~0.85选取;对付与风向同等的谷口,山口,改动系数可在1.20~1.50选取。
(5)风压取值
在某些地区,不同规范给出的基本风压会不一致。比如不同规范对广州南沙的基本风压规定见表2-1。从表2-1可知,不同规范确定的广州南沙的基本风压相差较大,但从风压分布图看南沙的基本风压在0.6kN/㎡与0.65kN/㎡之间,综合判断认为对付普通的多层构造基本风压可取0.6kN/㎡,对付高层构造基本风压可取0.65kN/㎡。因此当地方标准的基本风压高于国家标准的基本风压时,宜按地方标准的基本风压实行。
表2-1广州南沙的基本风压
(6)规范风荷载与风洞试验风荷载比拟剖析(略)
可参考《高层建筑构造打算剖析实用指南》。
(7)构造阻尼比
风振舒适度评价中的阻尼比取值是风振下构造舒适度评价的关键问题之一。构造阻尼比的一样平常变革规律有:
1)构造基本周期永劫,阻尼比较小;
2)随着建筑高度的增加,构造阻尼比减小;
3)添补墙少的构造的阻尼比小于添补墙多的构造的阻尼比;
4)建筑构造短方向阻尼比小于长方向的阻尼比;
5)小振幅时的阻尼比小于大振幅时的阻尼比;
6)小应力水平下的阻尼比小于大应力水平下的阻尼比。
风振舒适度问题涉及的构造一样平常是高度高,基本周期长,而且风浸染下振幅小、应力水平也比较低,因此风振舒适度评价时所采取的阻尼比远小于常规构造强度打算时采取的阻尼比。图21为某高层构造采取不同阻尼比打算的楼层剪力,由图可知,阻尼比越大,楼层剪力越小,当阻尼比增大一倍时,楼层剪力减小约6%。
(8)地面粗糙度对构造变形的影响
地面粗糙度是描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级,地面粗糙度对构造整形性能影响很大,图22为不同地面粗糙度类别的层间位移角,从图可知,地面粗糙度越大,层间位移角越小,B级粗糙度比A级粗糙度变形小约10%,C级粗糙度比B级粗糙度变形小约20%,D级粗糙度比C级粗糙度变形小约25%。
(9)连梁刚度折减问题
根据《高层建筑混凝土构造技能规程》(JGJ3-2010)第5.2.1条文解释,“仅在打算地震浸染效合时可以对连梁刚度进行折减,对如重力荷载、风荷载浸染效应打算不宜考虑连梁刚度折减。有地震浸染效应组合工况,均可按考虑连梁刚度折减后打算的地震浸染效应参与组合”。
相对付地震浸染来说,风力浸染持续韶光较长,每每达几十分钟,乃至几个小时,因此不能哀求连梁通过塑性变形将内力转移到其他尚未屈从的构件上。构造打算时刚度折减愈多,就意味着风荷载浸染下裂痕可开展得愈大,如发生强大阵风时,连梁塑性铰会过早涌现,原构造的联肢墙刚度涌现较大削弱,乃至成为各个独立的单肢墙受力。在永劫光的风荷浸染下,这无疑对建筑构造安全是很不利的。故而为了避免连梁在风荷载浸染下裂痕开展过早过大,刚度折减系数应取较大值。
根据各种不同荷载浸染下取不同刚度折减系数的方法,在地震荷载浸染下,连梁刚度折减系数可取0.5~0.8;在风荷载浸染下,折减系数可取0.80~1.0;在竖向荷载浸染下,折减系数取1.0(即不折减)。
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