荷载与结构设计方法精品课件第四章-风荷载.ppt

1、第四章第四章 风荷载风荷载内容提要内容提要 第一节第一节 风的有关知识风的有关知识 第二节第二节 风压风压 第三节第三节 结构抗风计算的几个重要概念结构抗风计算的几个重要概念 第四节第四节 顺风向结构风效应顺风向结构风效应 第五节第五节 横风向结构风效应横风向结构风效应 第一节第一节 风的有关知识风的有关知识 赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、气压赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、气压小小,且大气因加热膨胀，且大气因加热膨胀，由表面向高空上升由表面向高空上升 极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、气压

2、气压大大 ，且大气因冷却收缩由，且大气因冷却收缩由高空向地表上升高空向地表上升一、风的形成一、风的形成-空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成 地表上存在气压差或压力梯度地表上存在气压差或压力梯度北极北极赤道赤道大气热力学环流模型大气热力学环流模型二、两类性质的大风二、两类性质的大风1 1、台风、台风弱的热带气旋性涡旋弱的热带气旋性涡旋辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成形成暖心暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降）（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降）低涡增强低涡增强 辐合加强辐合加强 。（循环）

3、。（循环）台风台风(typoontypoon)台风名字台风名字热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级 名称名称 属性属性 台风（Typhoon）最大风速出现326 米/秒，也即 12 级以上（64 海里/小时或以上）强热带风暴(Severe tropical storm)最大风速出现 245-326 米/秒，也即风力 10-11 级（48-63 海里/小时）热带风暴(Tropical storm)最大风速出现17 2-24 4米/秒，也即风力8-9级（34-47海里/小时）热带低压(Tropical depression)最大风速出现17 2

4、米/秒，也即风力为 6-7 级（22-33海里/小时）发布的信息发布的信息 属性属性 消消 息息 远离或尚未影响到预报责任区时，根据需要可以发布远离或尚未影响到预报责任区时，根据需要可以发布“消息消息”，报道编号热，报道编号热带气旋的情况，警报解除时也可用带气旋的情况，警报解除时也可用“消息消息”方式方式 发布发布 警警 报报 预计未来预计未来 48 小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布警报小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布警报 紧急警报紧急警报 预计未来预计未来 24 小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布紧急警报小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布紧急警报 （影响是

5、以沿海开始出现（影响是以沿海开始出现 8 级风或暴雨为标准。）级风或暴雨为标准。）2 2、季风、季风(season wind)season wind)冬季冬季:大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低 风从大陆吹向海洋风从大陆吹向海洋 夏季夏季:大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高、气压高 风从海洋吹向大陆风从海洋吹向大陆三、风级三、风级（根据（根据风对地面或海洋物体影响程度风对地面或海洋物体影响程度）1313个等级（个等级（0 0级级 1212级）级）（P37P37，表，表4-14-

6、1）0 0级级 1 1级级 2 2级级 3 3级级 4 4级级 5 5级级 6 6级级 7 7级级 8 8级级 9 9级级 1010级级 1111级级1212级级静风静风 软风软风 轻风轻风 微风微风 和风和风 清劲风清劲风 强风强风 疾风疾风 大风大风 烈风烈风 狂风狂风 暴风暴风飓风飓风第二节第二节 风风 压压1 1、风压与风速的关系、风压与风速的关系建筑物建筑物小股气流小股气流流向流向高压气幕高压气幕压力线压力线w=v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA风压的形成风压的形成风风压压221vw推推导导 合合力力 dtdvdAdlMadAdw1 dtdvdldw1 vdvdw1 (因为因为

7、vdtdl)cvw2121 边界条件：边界条件：当当0v时时，mww 1（气气流流冲冲击击结结构构物物后后其其截截面面中中心心点点产产生生的的最最大大气气流流压压强强）当当v时，时，bww 1（气流原先压力强度气流原先压力强度）mbwvw221 gvvwwwmb22122=0.012018kN/m3（空气单位体积的重力）（空气单位体积的重力），g=9.8m/s2 风压：风压：16302vw (kN/m2)2 2、基本风压、基本风压w w0 0 按规定的按规定的地貌地貌、高度高度、时距时距等量测的风速所确定的风压等量测的风速所确定的风压 地貌（地面粗糙度）地貌（地面粗糙度）空旷平坦地貌空旷平坦地

8、貌 高度高度 1010米高为标准高度米高为标准高度 公称风速时距公称风速时距 =10=10minmin 最大风速的样本时间最大风速的样本时间 一年一年 基本风速的重现期基本风速的重现期T T0 0 基本风速出现一次所需要的时间基本风速出现一次所需要的时间公称风速公称风速 odttvv10,即一定时间间隔内的平均风即一定时间间隔内的平均风速速 每年不超过基本风压的概率或保证率每年不超过基本风压的概率或保证率p p0 0=1-1/=1-1/T T0 0（图中影形面积）（图中影形面积）GB50009-2001GB50009-2001规定：规定：以当地以当地比较空旷平坦地面比较空旷平坦地面上上离地离地

9、1010m m高统计所得的高统计所得的5050年一遇年一遇1010minmin内最大风速内最大风速v v0 0为标准，按为标准，按w w 0 0=v v0 02 2/1600/1600确定。确定。最大风速最大风速 -随机变量随机变量年最大风速年最大风速p基本风速基本风速面积面积 p0=1-1/T0年平均最大风速年平均最大风速年最大风速概率密度分布年最大风速概率密度分布第三节第三节 结构抗风计算的几个重要概念结构抗风计算的几个重要概念 PL 截面截面风速风速 B PM PD 流经任意截面物体所产生的力流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力结构上的风力顺风向力顺风向力P PD D、横风向力横风向

10、力 P PL L 、扭力矩扭力矩 P PM M 结构的风效应结构的风效应 由风力产生的结构由风力产生的结构位移位移、速度速度、加速度加速度响应、响应、扭转扭转响应响应一、结构的风力和风效应一、结构的风力和风效应v二、顺风向平均风与脉动风二、顺风向平均风与脉动风 顺风向风速时程曲线顺风向风速时程曲线 平均风平均风 忽略其对结构的动力影响忽略其对结构的动力影响 等效为静力作用等效为静力作用（风的长周期风的长周期 结构的自振周期）结构的自振周期）脉动风脉动风 引起结构动力响应引起结构动力响应（风的短周期风的短周期接近接近结构自振周期）结构自振周期）顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应顺风向的风效应

11、：平均风效应、脉动风效应脉动风速脉动风速v vf f 短周期成分，周期一般只有几秒钟短周期成分，周期一般只有几秒钟 平平均均风风速速 v长长周周期期成成分分，周周期期一一般般在在 1 10 0m mi in n 以以上上 vf v(t)t一、顺风向平均风效应一、顺风向平均风效应1 1、风载体型系数（、风载体型系数（s s）气流未被房屋干扰前的流速气流未被房屋干扰前的流速v v0 0，压力，压力p p0 0 房屋表面某点的流速房屋表面某点的流速v v，压力，压力p p 伯努里方程：伯努里方程：p p0 0+v v0 02 2/2=/2=p p+v v2 2/2/2 w w=p p-p p0 0=

12、(1-(1-v v2 2/v v0 02 2)v v0 02 2/2/2=s sw w0 0 s s=1-1-v v2 2/v v0 02 2 风载体型系数风载体型系数，即风作用于建筑物上所引起的实际，即风作用于建筑物上所引起的实际压力（或吸力）与来流风的速度压的比值压力（或吸力）与来流风的速度压的比值,w/w/w w0 0=s s。主要与建筑物的体型和尺度有关主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关 描述建筑物表面描述建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律在稳定风压作用下的静态压力的分布规律。风载体型系数风载体型系数 s s一般采用一般

13、采用相似原理相似原理，在边界层风洞内对拟建的建筑在边界层风洞内对拟建的建筑物模型进行试验确定物模型进行试验确定。规范规范GB50009-2001GB50009-2001表表7.3.17.3.1给出了给出了3838项不同类型的建筑物和各项不同类型的建筑物和各类结构体型及其体型系数类结构体型及其体型系数 房屋和构筑物与表中的体型类同时，可房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用按表规定取用；房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可参考有关资料采用参考有关资料采用；房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借

14、鉴时，宜由宜由风洞试验确定风洞试验确定；对重要且体型复杂的房屋和构筑物，对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定应由风洞试验确定。风洞试验风洞试验-在风洞中建筑物能实现大气边界层范围内风的平均风在风洞中建筑物能实现大气边界层范围内风的平均风剖面、紊流和自然流动，即要求能模拟风速随高度的变化剖面、紊流和自然流动，即要求能模拟风速随高度的变化 大气大气紊流纵向分量紊流纵向分量 -建筑物长度尺寸具有相同的相似常数建筑物长度尺寸具有相同的相似常数 建筑物的风洞尺寸：宽建筑物的风洞尺寸：宽2 2 4m4m、高、高2 2 3m3m，长，长5 5 3030m m 模拟风剖面模拟风剖面-要求模型与原形

15、的环境风速梯度、紊流强度和紊流要求模型与原形的环境风速梯度、紊流强度和紊流频谱在几何上和运动上都相似频谱在几何上和运动上都相似 风洞试验：委托风工程专家和专门的实验人员风洞试验：委托风工程专家和专门的实验人员 费用较高（国外应用较普遍、国内应用较少）费用较高（国外应用较普遍、国内应用较少）风洞试验模型分类风洞试验模型分类（1 1）刚性压力模型）刚性压力模型-主要量测建筑物表面的风压力（吸力）主要量测建筑物表面的风压力（吸力）建筑模型材料：采用有机玻璃建筑模型材料：采用有机玻璃 建筑模型比例：约建筑模型比例：约1 1：300300 1 1：500500 建筑模型本身、周围结构模型以及地形都应与实

16、物几何相似，建筑模型本身、周围结构模型以及地形都应与实物几何相似，与风流动有明显关系的特征（建筑外形、突出部分等）都应正确与风流动有明显关系的特征（建筑外形、突出部分等）都应正确模拟。模拟。风洞试验得到结构的平均压力、波动压力、体型系数风洞试验得到结构的平均压力、波动压力、体型系数 。风洞试验一次需持续风洞试验一次需持续60s60s左右，相应实际时间左右，相应实际时间1 1h h（2 2）气动弹性模型）气动弹性模型 对高宽比大于对高宽比大于5 5，需要考虑舒适度的高柔建筑时采用，需要考虑舒适度的高柔建筑时采用 精确地考虑结构的柔性和自振频率、阻尼的影响。要求模拟几何尺精确地考虑结构的柔性和自振

17、频率、阻尼的影响。要求模拟几何尺寸、建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。寸、建筑物的惯性矩、刚度和阻尼特性。（3 3）刚性高频力平衡模型）刚性高频力平衡模型 模型尺寸较小，模型尺寸较小，1 1：500500量级量级 将一个轻质材料的模型固定在高频反应的力平衡系统上，可得到风将一个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。产生的动力效应。模拟结构刚度或高频力平衡系统模拟结构刚度或高频力平衡系统 模拟结构刚度的基座杆模拟结构刚度的基座杆 长约长约150mm150mm的矩形钢棒与一组很薄的钢棒组的矩形钢棒与一组很薄的钢棒组合，可测倾覆力矩和扭矩等合，可测倾覆力矩和扭矩等 150

18、300600 s-0.60+0.8风载体型系数风载体型系数 s s【例【例1 1】封闭式双坡屋面封闭式双坡屋面【例【例2 2】封闭式房屋和构筑物】封闭式房屋和构筑物(正多边形正多边形)+0.8-0.5-0.5 s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中间值按插入法计算注：中间值按插入法计算+0.8-0.5-0.7-0.7？当建筑群，尤其是高层建筑群，房屋相互间距较近时，由于旋涡的相当建筑群，尤其是高层建筑群，房屋相互间距较近时，由于旋涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，设计时应予以考虑。互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，设计时应予以考虑。规范规范GB50009GB50009规

19、定：将单独建筑物的体型系数规定：将单独建筑物的体型系数 s s 乘以相互干扰系乘以相互干扰系数数(可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验得出)以以考虑风力相互干扰的群体效应考虑风力相互干扰的群体效应。？风力作用在高层建筑表面，其压力分布很不均匀，在角隅、檐口、边风力作用在高层建筑表面，其压力分布很不均匀，在角隅、檐口、边棱处和在附属结构的部位（阳台、雨篷等外挑构件），局部风压会超棱处和在附属结构的部位（阳台、雨篷等外挑构件），局部风压会超过按表所得的平均风压过按表所得的平均风压规范规范GB50009GB50009规定：对负压区可

20、根据不同部位分别取体型系数为规定：对负压区可根据不同部位分别取体型系数为-1.0 1.0 -2.2-2.2？对封闭式建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别孔口和缝隙，以及对封闭式建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别孔口和缝隙，以及机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压。机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压。规范规范GB50009GB50009规定：对封闭式建筑物的内表面压力系数，按外表规定：对封闭式建筑物的内表面压力系数，按外表面风压的正负情况取面风压的正负情况取-0.2-0.2或或0.20.22 2、风压高度变化系数、风压高度变化系数 z z 地面的粗糙度、温度垂直梯度地面的粗糙度、

21、温度垂直梯度 在大气边界层内，在大气边界层内，风速随离地面高度而增大风速随离地面高度而增大当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主要取决于地面主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度粗糙度和温度垂直梯度 通常认为在离地面高度为通常认为在离地面高度为300300m m 500m 500m时，风速不再受地面粗糙度时，风速不再受地面粗糙度的影响，达到的影响，达到“梯度风速梯度风速”，该高度称为，该高度称为梯度风高度梯度风高度H HG G 地面粗糙度等级低的地区，其梯度高度比等级高的地区为低地面粗糙度等级低的地区，其梯度高度比等级高的地区为低。GB50009

22、-2001GB50009-2001地面的粗糙度类别地面的粗糙度类别 A A类类近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B B类类田野、乡村、丛林、丘陵、房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区田野、乡村、丛林、丘陵、房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区 C C类类有密集建筑群的城市市区有密集建筑群的城市市区 D D类类有密集建筑群且房屋较高的城市市区有密集建筑群且房屋较高的城市市区 地面粗糙度类别地面粗糙度类别 粗糙度指数粗糙度指数 梯度风高度梯度风高度HG 风压高度变化系数风压高度变化系数 z A类类 0.12 300m 1.379(z/10)0.24 B类类 0.16 350

23、m 1.000(z/10)0.32 C类类 0.22 400m 0.616(z/10)0.44 D类类 0.30 450m 0.318(z/10)0.60 风压高度变化系数风压高度变化系数 z z(z)=(z)=任意高度处的风压任意高度处的风压w wa a(z)/(z)/基本风压基本风压w w0 0 根据离地面或海平面高度、地面粗糙度类别由根据离地面或海平面高度、地面粗糙度类别由GB50009GB5000920012001表表7.2.17.2.1确定。确定。【思考题】【思考题】规范规范GB50009GB50009对远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高对远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度

24、变化系数度变化系数 z z如何确定？如何确定？风压高度变化系数风压高度变化系数 地面粗糙度类别地面粗糙度类别 离地面或海平离地面或海平面高度（面高度（m）A B C D 5 1.17 1.00 0.74 0.62 10 1.38 1.00 0.74 0.62 15 1.52 1.14 0.74 0.62 20 1.63 1.25 0.84 0.62 30 1.80 1.42 1.00 0.62 40 1.92 1.56 1.13 0.73 50 2.03 1.67 1.25 0.84 60 2.12 1.77 1.35 0.93 70 2.20 1.86 1.45 1.02 80 2.27 1

25、.95 1.54 1.11 90 2.34 2.02 1.62 1.19 100 2.40 2.09 1.70 1.27 150 2.64 2.38 2.03 1.61 200 2.83 2.61 2.30 1.92 250 2.99 2.80 2.54 2.19 300 3.12 2.97 2.75 2.68 350 3.12 3.12 2.94 2.68 400 3.12 3.12 3.12 2.91 450 3.12 3.12 3.12 3.12 地面粗糙度近似确定原则（无实测粗糙度指数地面粗糙度近似确定原则（无实测粗糙度指数 ）以拟建房以拟建房2km2km为半径的迎风半圆范围内的房屋高

26、度和密集度来区分粗为半径的迎风半圆范围内的房屋高度和密集度来区分粗糙度类别糙度类别，风向原则上应以该地区最大风的风向为准，但也可取其主风向原则上应以该地区最大风的风向为准，但也可取其主导风；导风；以半圆影响范围内建筑物的平均高度以半圆影响范围内建筑物的平均高度h h平均平均来划分地面粗糙度类别来划分地面粗糙度类别，当，当h h平均平均 1818m m，为，为D D类，类，9 9m m h h平均平均 18m18m为为C C类，类，h h平均平均 9m 9m，为，为B B类。类。影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定，即每座建筑物向外延影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定，即每座建筑物向外

27、延伸距离为其高度的面域内均为该高度，当不同高度的面域相交时，交伸距离为其高度的面域内均为该高度，当不同高度的面域相交时，交叠部分的高度取大者；叠部分的高度取大者；平均高度平均高度h h平均平均取各面域面积为权数计算。取各面域面积为权数计算。3 3、平均风下结构的静力风载、平均风下结构的静力风载 w wz z=s s z z(z)(z)w w0 0 二、顺风向脉动风效应二、顺风向脉动风效应 脉动风脉动风随机动力作用随机动力作用按按随机振动理论随机振动理论进行分析进行分析-自学自学 1 1、主要承重结构、主要承重结构 顺风向总风效应顺风向总风效应=顺风向平均风效应顺风向平均风效应+顺风向脉动风效应

28、顺风向脉动风效应 w w(z)=(z)=w w(z)+(z)+w wd d(z)=(z)=(1+(1+w wd d(z)/(z)/w w(z)(z)w w(z)=(z)=z z s s z z(z)(z)w w0 0 z z 高度高度z z处的风振系数处的风振系数，且，且 z z=1+=1+z z/P59P59，式（，式（4-654-65）脉动增大系数，与脉动增大系数，与w w0 0T T1 12 2、房屋结构类型；、房屋结构类型；脉动影响系数，与地面粗糙度类型、脉动影响系数，与地面粗糙度类型、H/BH/B、房屋总高、房屋总高H H；z z振型系数，由结构动力计算确定（一般取第一振型）振型系数

29、，由结构动力计算确定（一般取第一振型）。GB50009GB50009规定规定：基本自振周期基本自振周期T T1 10.25s0.25s的工程结构（房屋、屋盖及各种高耸结构）的工程结构（房屋、屋盖及各种高耸结构）高度高度H H 30m 30m且高宽比且高宽比H H/B B 1.5 1.5的高柔房屋的高柔房屋考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响2 2、围护结构、围护结构 对于围护结构，由于其刚度一般较大，在结构效应中可不必考虑其对于围护结构，由于其刚度一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，可仅在平均风的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因共振分量，可仅在

30、平均风的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因素，通过素，通过阵风系数阵风系数 gzgz 来计算风效应。来计算风效应。即即 w w(z)=(z)=gzgz s s z z(z)(z)w w0 0 gzgz阵风系数阵风系数，按下式确定，按下式确定 gzgz=k k(1+2(1+2 f f )k k 地面粗糙度调整系数地面粗糙度调整系数,k k=0.92=0.92（A A类）类）;k k=0.89=0.89（B B类）类）;k k=0.85=0.85（C C类）类）;k=k=0.800.80（D D类）；类）；f f 脉动系数，脉动系数，根据国内实测数据，并参考国外规范资料取根据国内实测数据，并参考国

31、外规范资料取 f f=0.5=0.5 35 35 1.8(1.8(-0.16)-0.16)(z/10)(z/10)-地面粗糙度，地面粗糙度，=0.12 =0.12（A A类）；类）；=0.16 =0.16（B B类）；类）；=0.22 =0.22（C C类）；类）；=0.30 0.30（D D类）。类）。注意：注意：对低矮房屋围护结构风荷载对低矮房屋围护结构风荷载规范规范暂时未作具体规定，但容许设计者参暂时未作具体规定，但容许设计者参照国外对低矮房屋的边界层风洞试验资料或有关规范的规定进行设计。照国外对低矮房屋的边界层风洞试验资料或有关规范的规定进行设计。第五节第五节 横风向结构风效应横风向结

32、构风效应 一、横风向风振一、横风向风振（对细柔性结构应考虑）（对细柔性结构应考虑）横风向风振横风向风振由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤振、由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤振、扰振等空气动力现象。扰振等空气动力现象。与与结构截面形状结构截面形状和和雷诺数雷诺数R Re e有关有关 vBlvlvFlvFvRe690002粘性力惯性力雷诺数sm251045.1,-空气动力粘性系数粘性力粘性力=粘性应力粘性应力 面积面积F F =（粘性系数（粘性系数 速度梯度速度梯度dvdv/dy/dy）面积面积F F惯性力惯性力=单位面积上的压力单位面积上的压力 v

33、v2 2/2/2 面积面积F F 横向风振的产生横向风振的产生(圆截面柱体结构圆截面柱体结构)沿上风面沿上风面ABAB速度逐渐增大（速度逐渐增大（v v ），），B B点压力达到最小值点压力达到最小值;沿下风面沿下风面BCBC速度逐渐降低（速度逐渐降低（v v ），压力重新增大。），压力重新增大。气流在气流在BCBC中间某点中间某点S S处速度停滞（处速度停滞（v v=0=0），生成），生成旋涡旋涡，并在外流，并在外流的影响下以一定周期脱落（的影响下以一定周期脱落（脱落频率脱落频率f fs s）-Karman Karman 涡街涡街当气流旋涡当气流旋涡脱落频率脱落频率f fs s与结构与结构横

34、向自振频率横向自振频率接近时，结构发生接近时，结构发生共振，即发生共振，即发生横向风振横向风振 。雷诺数雷诺数 Re=圆筒式结构三个临界范围圆筒式结构三个临界范围跨临界范围跨临界范围：R Re e 3.5 3.5 10 106 6 强风共振强风共振超临界范围超临界范围：3.03.0 10105 5 R Re e 3.5 3.5 10 106 6 呈随机性呈随机性亚临界范围亚临界范围：3.03.0 10102 2 R Re e 3.0 3.0 10 105 5 微风共振微风共振3.5 106跨临界跨临界3.0 105超临界超临界3.0 102亚临界亚临界二、结构横向风力和风效应二、结构横向风力和

35、风效应1 1、结构横向风力、结构横向风力 PL=L(v2/2)B L L-横风向风力系数，与横风向风力系数，与雷诺数雷诺数R Re e有关有关 跨临界范围、亚临界范围的结构横风向作用具有周期性，结构横跨临界范围、亚临界范围的结构横风向作用具有周期性，结构横向风作用力向风作用力 P PL L(z,t)=(z,t)=(v v2 2(z)/2)B(z)(z)/2)B(z)L Lsinsin s st t 风旋涡脱落圆频率风旋涡脱落圆频率 s s=2=2 f fs s=2=2 S St t v v(z)/B(z)(z)/B(z)P62(4-68)P62(4-68)St-St-斯脱罗哈数，对圆形截面结构

36、取斯脱罗哈数，对圆形截面结构取0.20.2 结构横风向共振现象结构横风向共振现象 横风向风作用力频率（横风向风作用力频率（f fs s ）与结构横向自振基本频率（）与结构横向自振基本频率（f f1 1）接）接近时，结构横向产生共振反应近时，结构横向产生共振反应 锁住（锁住（look-inlook-in）区域）区域 风旋涡脱落频率风旋涡脱落频率f fs s保持常数（保持常数（=结构横向自振频率结构横向自振频率f f1 1）的风速区域）的风速区域 跨临界范围（确定性振动）跨临界范围（确定性振动）锁住区域锁住区域:P PL L(z)sin(z)sin 1 1t t 其它区域：其它区域：P PL L(

37、z)sin(z)sin s s(z)t(z)t 亚临界范围（确定性振动）亚临界范围（确定性振动）P PL L(z)sin(z)sin s s(z)t(z)t 超临界范围（随机振动）超临界范围（随机振动）P PL L(z)(z)f f(t)(t)PL(z)sin s(z)t 跨临界范围跨临界范围 PL(z)sin st z （确定性振动）（确定性振动）s=1 锁住区域锁住区域 y PL(z)sin s(z)t x 超临界范围超临界范围 v （随机振动）（随机振动）PL f(t)亚临界范围亚临界范围 （确定性振动）（确定性振动）PL(z)sin s(z)t结构横风向风力分布结构横风向风力分布 对竖

38、向细长结构，结构横风向受三种不同性质的风作用力对竖向细长结构，结构横风向受三种不同性质的风作用力StDfvcr1=02000wvHwH=2 2、结构横风向风效应、结构横风向风效应对圆形截面的结构对圆形截面的结构,应根据应根据雷诺数雷诺数R Re e的不同情况进行横向风振的不同情况进行横向风振(旋涡旋涡脱落脱落)的校核。的校核。当当R Re e 3.0 3.0 10 105 5 时（亚临界的微风共振）时（亚临界的微风共振）应控制结构顶部风速应控制结构顶部风速v vH H不超过临界风速不超过临界风速v vcrcr，即，即v vH H v vcrcr。(4-70)f f1 1结构基本自振频率；结构基

39、本自振频率；StSt斯脱罗哈数，斯脱罗哈数，St=fSt=fs sD D/v/v，圆截面结构取，圆截面结构取StSt=0.2=0.2；w w风荷载分项系数，取风荷载分项系数，取 w w=1.4=1.4；H H结构顶部风压高度变化系数；结构顶部风压高度变化系数；w w0 0基本风压基本风压(kNkN/m/m2 2)；空气密度空气密度(kg/mkg/m3 3)。当当R Re e 3.5 3.5 10 106 6 且结构顶部风速且结构顶部风速v vH H v vcrcr 时（时（跨临界的跨临界的强风共振强风共振 ）设计时必须按不同振型对结构予以验算设计时必须按不同振型对结构予以验算 跨临界强风共振引

40、起在跨临界强风共振引起在 z z 高处振高处振型型 j j 的等效风荷载的等效风荷载w wczjczj：w wczjczj=j j v v2 2crcr zjzj/12800/12800 j j (kN(kN/m/m2 2)j j计算系数，是对振型情况下考虑与共振分布有关的折算系数，计算系数，是对振型情况下考虑与共振分布有关的折算系数，按规范表按规范表7.6.27.6.2确定；确定；zjzj在在z z高处结构的高处结构的j j振型系数；振型系数；j j 第第j j振型的阻尼比，对第一振型，混凝土结构取振型的阻尼比，对第一振型，混凝土结构取 j j=0.05=0.05。当结构顶部风速超过当结构顶

41、部风速超过v vcrcr时，可在构造上采取防振措施，或控制结构时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速的临界风速v vcrcr 15m/s15m/s。22dLdDsSSSS+=三、结构总效应三、结构总效应 考虑顺风向动力作用效应（考虑顺风向动力作用效应（脉动效应脉动效应）与横风向动力作用效应）与横风向动力作用效应（风振效应风振效应）的最大值不一定在同一时刻发生）的最大值不一定在同一时刻发生 采用采用平方和开方平方和开方近似估算总的风动力效应近似估算总的风动力效应结构总风效应结构总风效应结构顺风向静力效应结构顺风向静力效应结构顺风向结构顺风向脉动效应脉动效应 结构横风向结构横风向风振效应风振效应