抗风设计 PPT课件

1,结构抗风设计,主讲人：潘静雯指导老师：周云、吴从晓、张超,2,第一节风对结构的作用及设计要求,一、风对结构的作用顺风向的风力作用。它包括平均风和脉动风结构物背后的漩涡引起结构物的横向风的振动风力对结构偏心作用的风力扭矩，以及该扭矩对结构产生的扭转振动,3,二、抗风设计要求抗风设计必须满足强度设计要求。抗风设计必须满足刚度设计要求抗风设计必须满足舒适度设计要求为防止风对外墙、玻璃、女儿墙以及其他装饰构件的局部破坏，也必须对这些构件进行合理设计抗风设计必须满足抗疲劳破坏要求,4,顺风向:平均风(静力)和阵风脉动风(动力),横风向:动力扭转：对称结构，一般可以忽略。,细长柔性结构,横风向可能产生很大的动力效应.,达文波特发现，在一定时间间隔内，各位置上风速的平均值几乎是不变的，但是随着高度的增加而增大这就是平均风，其周期大约在10min以上，远离一般结构的自振周期，因此对结构的作用是静力的。,脉动风是平均风基础上的脉动，其周期与结构物的自振周期较为接近，因此对结构的作用是动力的。,第二节风荷载计算,5,一、顺风力（平均风力+风振力）,6,1、基本风压,7,8,几点说明（1）考虑到房屋高度大于60m的高层建筑对风荷载比较敏感，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用。（2）对于房屋高度不超过60m的一般高层建筑，其基本风压是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。相对02规程，本次修订：（1）取消了“特别重要”的高层建筑的风荷载增大要求，主要因为对重要的建筑结构，其重要性已在结构重要性系数体现在结构作用效应的设计值中；（2）对正常使用极限状态设计，其要求可比承载力设计适当降低，一般仍可采用基本风压值或由设计人员根据实际情况确定，不再作为强制性要求；（3）对风荷载比较敏感的高层建筑结构，风荷载计算时不再强调按100年重现期的风压值采用，而是直接按基本风压增大10%采用。,9,在大气边界层内，风速随地面高度而增大。当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度。通常认为在离地面高度为300m500m时，风速不再受地面粗糙度的影响，也即达到所谓“梯度速度”，该高度称之为梯度风高度。对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别决定。建筑结构荷载规范（GB50009-2011）将地面粗糙度分为A、B、C、和D四类（见表）。,2、风压高度变化系数,10,11,3、风载体型系数,建筑结构荷载规范（GB50009-2011）表7.3.1列出38项不同类型的建筑物和各类结构的体型系数，当建筑物与表中列出的体型类同时可参考应用。房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用；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；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，宜由风洞试验确定；对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。,高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）对建筑结构荷载规范（GB50009-2011）表7.3.1的简化和整理，给出了12种体型的风载体型系数（附录B）。,12,13,1、矩形截面,2、L形截面,3、槽形截面,4、正多边形平面、圆形平面,14,15,11、六角形平面,12、Y形平面,16,房屋高度大于200mm或（取消：房屋高度大于150m，）有下列情况之一时，宜进行风洞试验判断确定建筑物的风荷载：平面形状或立面形状复杂；立面开洞或连体建筑；周围地形和环境较复杂。对风动试验的结果，当与按规范计算的风荷载存在较大差距时，设计人员应进行分析判断，合理确定建筑物的风荷载取值。,17,18,19,20,二、横风向风振按2012规范8.5.1条，“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。”由于判断是否需要考虑横风向风振的影响比较复杂，涉及建筑的高度、高宽比、结构自振频率及阻尼比等因素，因此条文说明中给出“建筑物高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑可出现较为明显的横风向效应”这一条件。,21,22,三、扭转风振,23,适用范围,24,四、荷载组合,25,随着房屋高度增加，在强风作用下，高楼(高层钢结构)所产生的振动，使人不舒适，所以高楼的抗风设计，不仅要满足强度、变形和倾覆稳定方面的要求，而且还要使高楼在顺风向振动、横风向振动和扭转振动控制在不使居住者产生不适感的容许限度内。研究表明：人体感觉器官不能觉察所在位置的绝对位移和速度，只能感受到它们的相对变化。线性加速度是由人内耳中的耳石察觉到的，局部加速度则是耳内的半规官感觉的。所以，加速度（线性加速度和角加速度）是衡量人体对高楼风振感受的最好尺度。,风振不适感的控制,26,27,28,29,第三节风洞试验,二、风洞是什么？所谓风洞，是指在一个按一定要求设计的管道系统内，使用动力装置驱动一股可控制的气流，根据运动的相对性与相似性原理进行各种气动力试验的装置。,一、风洞试验的优点1、能比较准确地控制试验条件，如气流的速度、压力、温度等；2、试验在室内进行，受气候条件和时间的影响小，模型和试验仪器的安装、操作、使用比较方便；3、试验项目和内容多种多样，试验结果的准确度比较高；4、试验比较安全，而且效率高、成本低。,30,31,32,33,三、风洞的分类1.按流动方式分：闭口回流式风洞和开口直流式风洞2.按风速大小划分：低速风洞、高速风洞、高超声速风洞3.按风洞试验段的构造划分：封闭式风洞、敞开式风洞4.按风洞的功能划分：航空风洞、建筑风洞、环境风洞、汽车风洞,四、风洞模型几何相似；大气边界层的相似；动力相似（雷诺数相似）；,五、风洞试验室同济大学、北京大学、湖南大学、汕头大学、中南大学、北京交通大学、长安大学等高校有不同类型的风洞实验室。,34,六、风洞试验模型分类：刚性压力模型、气动弹性模型、刚性高频力平衡模型。1、刚性压力模型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比例：约1:3001:500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。风洞试验一次需持续60s左右，相应实际时间1h。2、气动弹性模型对高宽比大于5、需要考虑舒适度的高柔建筑时采用可精确地考虑结构的柔性和自振频率、阻尼的影响。模型制作麻烦，试验时间长,35,香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验,36,如果以后我们需要做风洞试验，我们要做些什么呢？,37,（1）首先要确定试验目的。是做刚性模型试验还是弹性模型试验，通常工程应用多为前者；此外是仅测平均风压还是要测脉动风压，一般对于比较刚的结构仅测平均风压就够了，而对于相对较柔的结构（比如幕墙结构），则需要测脉动风压；另外，是测整个结构的风压还是局部风压等等，这些问题都要事先确定好，必要时要多听听专家的意见。一般来讲，测试的要求越简单、项目越少，费用也就越低。（2）根据前面的具体要求，选择试验机构。这一点很重要，因为好的风洞试验室试验设备比较先进，而且那里有好多风工程方面的专家，这样就可以使你的试验数据更准确、更可靠。目前国内在结构风工程方面比较好的风洞实验室有：同济大学风洞实验室和汕头大学风洞实验室等。这些实验室的条件可以说是国内一流的，当然其费用也会相对的贵一点，而且由于到那里做实验的人较多，通常需要排队。需要强调的一点是，对于建筑模型试验，最好选择大气边界层风洞，不要选择航空风洞；因为航空风洞的试验段长度太短，对近地面自然风的模拟通常不理想。,38,（3）模型制作。一般来讲，模型制作可以委托风洞实验室人员来完成；不过有一些基本要求还是应该做到心里有数。比如，模型的缩尺、测压点的多少等。模型的缩尺一般与风洞的试验段大小有关，太大了会影响风洞的阻塞度，太小了布测点比较困难；测压点的布置也比较有学问，通常在风压变化比较剧烈的区域要布置得比较密一些。此外，还要注意在实际结构的周围有没有比较显著的建筑物或山丘等，如果有也要模拟出来，因为它们对会直接影响到结构表面的风场。（4）实验方案的确定。包括试验风速、风向、时间等。这些可