建筑结构抗风设计

1、建筑结构抗风设计在如今经济高速发展的同时， 建筑的高度也飞速增高， 而且建筑体型越来越复杂。 高楼引来“风速杀手” 。由于高层、超高层建筑鳞次栉比而引发峡谷效应，使城市街 道风速加大，以致危及行人和行车安全。这种峡谷效应还表现在某些高楼部分外墙 表面因风速过大产生巨大负压，玻璃幕墙或大墙板块会像雪崩一样脱落，高档门窗 等也常常会发生突然崩塌、坠落伤人事故。所以，建筑高度的增高和复杂的体型使 得建筑结构抗风设计的难度也在不断提高。我们要明白风对建筑的危害机理才能更 好地进行抗风设计。风是紊乱的随机现象。风对建筑物的作用十分复杂，规范中关 于风荷载值的确定适用于大多数体型较规则、高度不太大的单幢高

2、层建筑。目前还 没有有效的预测体型复杂、高柔建筑物风作用的计算方法；摩天大楼可能造成很强 的地面风，对行人和商店有很大影响；当附近还有别的高层建筑时，群体效应对建 筑物和建筑物之间的通道也会造成危害。风对建筑物表面的作用力大小，与建筑物 体型、高度、建筑物所处位置、结构特性有关。我国是世界上遭受台风灾害最为严重的国家之一 , 每年因台风灾害造成的经济损 失十分惨重。 城市各类建筑物的损坏与倒塌是风灾直接损失的主要组成部分,快速预测和评估城市建筑物遭受风灾后的损伤情况 ,对城市防灾减灾工作至关重要 , 也是目 前土木工程领域急待解决的一个问题。接下来让我们看一些比较成功的抗风设计的 实例。197

3、4年美国芝加哥建成443m高（加上天线达500" 110层的西尔斯大楼成为当时世界最高的建筑，纽约的世界贸易中心大厦（4 1 2m， 1 1 0层）只能让位，退居第二。大楼由9个标准方形钢筒体（22 . 9mx22 9"组成。该结构由SOM设计.建筑师为FazlurKahn 。建造到 52 层减少 2 个简体到 67 层再减少 2 个简体到 92 层再减少3 个简体到顶部变成 2 个简体。这种独特结构的确引人人胜。它是多筒结构中的 巨型结构每一个筒体都是单独简体，本身具有很好的刚度和强度，能够单独工作。 必须指出：这种逐步减少的单筒结构，最好对称于建筑物的平面中心，减少偏心

4、。 同时这种把上部结构的某些单筒适当减少，可减小高层建筑上部的受风面积。并且 扰乱大气气流使产生的涡流对高层建筑的摇摆振动减小。从而有效地减小风力产 生的侧向移动，因此。多筒结构往往采用这种自下而上逐步减少简体数量的方法， 使得高层建筑的结构体系更加合理和经济。独特贝壳广场建造于 1970 年，位于美国休斯敦，是一座高 217.6m、 52 层的办公 大楼，是当时最高的钢筋混凝土大楼。休斯敦的地基在600多m内主要是粘土，要求结构体系必须使整个建筑物最为经济，建筑物包括基础全部采用轻质混凝土。这 座大楼的结构体系：上部结构采用钢筋混凝土筒中筒。这种体系在当时是剪力墙与 框架共同作用结构的发展。

5、 楼板结构采用密肋楼板， 混凝土外框柱外面为玻璃帷幕。 这样，使得整个建筑别有风格，尤为美观。 基础采用筏板基础。埋深为 193m ， 筏厚2. 52m该筏板从大楼的四边各伸出 6 .1m,整个筏板的尺寸为70.76mx52. 46m。 风荷载采用休斯敦地区的飓风的风力，沿整个建筑物高度作用 40lbft (195 3kg / mz)，在风荷载作用下产生的摆动限制在1/600高度。这座大楼不但设计成功。而且，采用轻质混凝土把原设计的 35 层大楼变成 52 层获得很高的经济效益。应 予指出：现场监测很成功为编制美国建筑规范作出应有贡献。 70年代同济大学高 层建筑与地基基础课题组从杂志上获得信

6、息，翻译全文刊登，既有助于对共同作用 的研究，又使河南郑州大楼和上海华盛大楼的箱形基础的设计获得经济效益。百吉迪拜大楼位于阿联酋，为美国SOM建筑设计事务所设计。根据对比法和综合分析法推断，大楼高度约为 700m， 2009 年当它建成之 13，这座古典派风格的多用 途摩天大楼将成为世界建筑第一高度，超过目前世界建筑之最的508m高的台北一101。该座具有280，O00m2面积的大楼，5 37层为酒店，45 108层可供700套的 私人公寓，是一幢为商店、Amani酒店、住宅和办公的综合性多用途的建筑物，该大楼的外形好像一架指向太空的巨型宇宙飞船。大楼的结构体系可描述为一个“扶 壁”型的核心筒

7、，它的特点表现在： 1.中心六边形的钢筋混凝土核心墙类似于一个 闭合管，可以提供抗扭力。中心六边形的墙由翼墙和锤型墙撑住，它们的作用类似 于梁上的腹板和翼缘，能够抵抗风所产生的剪力和弯矩。核心筒心筒的筒侧的每个 翼又有自己的高性能混凝土核心筒和周边柱群，翼和翼之间通过六边形中心筒相互 支撑，使塔楼具有极大的抗扭刚度。把所有公共中心筒和柱单元联成具有一座没有 结构转递性的建筑物。 2. 大楼以螺旋上升的方式层层缩进，每次缩进改变塔楼的宽 度，使得风向混乱，在每个缩进层风遇到不同的建筑形状，风旋涡永远得不到形成。3.大楼的平面设计为 Y型结构，除了保持结构简单和形成结构性，还可减少施加在塔楼上的风

8、力。 4. 钢筋混凝土塔楼 的结构设计主要受风力控制，不是地震荷载，而钢筋混凝土裙房的结构和塔楼的钢 螺旋形结构设计中，地震荷载是控制因素。 5. 桩筏基础，桩伸进岩层，上下部结构 整体性强，共同作用使得抗风抗地震能力增大。这样的结构特点能把上部结构的钢 筋混凝土墙体、连系梁、楼板、筏板、桩和和螺旋形钢结构体系组成的共同作用体 系。台北一 101 大楼位于台北市区， 2004年建成， 成为世界高层建筑之一， 裙房 6层。 采用正方对称的巨型框架结构，以期在风力或地震力作用下获得最稳定的设计。在最大荷载下，主要由东南西北侧的中央部位共16根钢筋混凝土（SRC）巨型柱以及中央管状核心结构的电梯间承

9、担。每侧四根柱的总荷载约 45000t 以两根 56mx18m 和两根2. 7mxO 9m的SRC巨型柱支承在厚4. 7m和平面约为40mx16mB勺筏板上， 通过筏板将荷载传递到其下 51根深入岩层约15m 30m的大直径灌注桩。该大楼共 有380根，直径均1.5m,桩的设计荷载为1000t 一 1450t .深入岩层约15m一 30m桩 长在地面以下62m一 81联 基坑幵挖深度约为22. 8m必须指出，该大楼是由中国 人自行设计和自行施工的工程，显示着中国科技人员的聪明才智。地震力的影响的 研究，非常认真出色，在大楼即将建成的关键时刻，遇到大地震，却巍然不动。该 大楼不但设计成功，而且施

10、工方法也很成功。主楼采用顺作法，而裙房采用逆作法， 减少两楼相互影响，有利于缩短施工期限。在艺术风格上，它表现着中国传统花工 富贵、节节高升的意境。总之，该大楼堪称是科技与艺术结合的典范。是中国人的 骄傲。从这些成功的例子中我们不难发现， 对于建筑结构抗风的设计基本上有这些方法：1. 建大型基础，与上层建筑形成共同体系，达到能有更高的刚度与整体稳定，最后 达到防风抗震。 2. 对建筑物的体型的设计，以达到减少风荷载对建筑物的影响，或 者使风产生不了风旋涡， 从而不会使建筑物产生风振。 3. 抑或减少受风荷载的面积， 并且扰乱大气气流使产生的涡流对高层建筑的摇摆振动减小。这些方法，主要是 从减小荷载对结构的影响以及提高结构自身的承载能力， 从而使结构更加安