风荷载与高层建筑体型设计

1、风荷载与高层建筑体型设计05110431张毛05110434李祥莱05110432夏聘05110411张雷盘点中国外型最奇特的建筑央视“大裤衩”央视办公楼位于北京市朝阳区中央商务区(CBD)核心地带。其两栋主楼分别为52层、高234米和44层、高194米，并由悬臂钢结构连接，总建筑面积495900平方米，预算55亿。由于其外形，被人民调侃为“大裤衩”。盘点中国外型最奇特的建筑苏州“秋裤”位于苏州金鸡湖畔的高楼“东方之门”，有网友称“东方之门”的造型像一条秋裤或者低腰牛仔裤，也有网友表示，有了“东方之门”，北京的央视新大楼不再寂寞。除“世界第一门”外，东方之门将创下“中国第一大高楼”、“中国结构

2、最复杂的超高层建筑”、“中国单位用钢量最大的建筑”、“中国最高的苏式园林”、“中国最深的私家酒窖”、“中国最高的过街天河”等七项全国之最。盘点中国外型最奇特的建筑杭州的“比基尼”大楼杭州比基尼大楼的横空出世，由于形状特殊，被网友戏称为杭州的比基尼大楼，其形状雷人。这座“比基尼”大楼，实为杭州奥体博览城体育馆与游泳馆效果图。杭州奥体博览城，位于钱塘江以南萧山区与高新区(滨江)交界、钱塘江与七甲河交汇之处，规划总用地面积约584.04公顷。在主场馆设计上，杭州市委、市政府极力主张要有独特性、唯一性、差异性，体现时代特征、杭州特色、钱江特点。盘点中国外型最奇特的建筑北京奥林匹克公园瞭望塔北京奥林匹克

3、公园瞭望塔工程是位于北京中轴线上的新地标，意为“生命之树”，成为北京城市景观又一地标建筑。这一周，这个塔很热，因为这是城市“雷人”建筑的最新代表。网友吐槽说像极五颗大钉子，被戏称北京“最牛钉子户”。盘点中国外型最奇特的建筑方圆大厦形似“古钱币”辽宁省沈阳市民众近日在网络上投票评选城市最美与最丑建筑，投票结果显示，方圆大厦“稳居”最丑榜单前列。这座以古钱币为造型的沈阳地标建筑，今年曾连续两次入围世界最丑建筑之列。盘点中国外型最奇特的建筑浙江 “马桶盖”因被网友调侃外形酷似立起来的“马桶盖”，浙江湖州喜来登温泉度假酒店走红网络。据悉，这座国内首家水上白金七星级酒店，位于太湖南岸，是浙江湖州“世界第

4、九湾”的标志性建筑。在旅游热的今天，以怪异奇特外形的酒店吸引旅游者，是今中国旅游点的一大特色。今天就盘点一下国内的七星级酒店，看看他们传奇而神秘的芳容。盘点中国外型最奇特的建筑贵州湄潭县 “茶壶”该壶系由湄潭县大川商贸公司投资2500万兴建。该建筑总占地面积6万多平方米，总建筑面积5000平方米。壶高73.8米，体积为28360.23立方米。该壶共分为两大区，即商贸区和陈列馆。盘点中国外型最奇特的建筑北京天子大酒店天子大酒店坐落在北京东燕郊经济开发区，京哈高速临门而过，距市中心30公里车程，是昔日皇帝东巡时的御驾行宫。大酒店的外形是彩塑福禄寿三星像，高41.6米，形象逼真。据了解，天子大酒店的

5、设计师来自北京林业大学深圳分院，但是如此“具象”的建筑理念却来自发展商。盘点中国外型最奇特的建筑淮南乒乓球大厦(规划中)乒乓球大厦高150米、预计投资3亿元，将座落于安徽淮南占地1000亩、预计总投资达18亿元的淮南奥林匹克公园之内。乒乓球大厦分为三部分：处于上方的拍柄部分将被建成观光层;中部宽阔的拍身将建成宾馆客房;下端的球体建筑将被建成会议中心。高层建筑的结构设计中往往水平荷载起决定性作用，随着建筑层数的增多、高度的增加，风荷载与地震作用更加成为结构设计的控制因素。而风荷载的强弱既取决于其自然特性，又与建筑的体型特征密切相关。风荷载基本特性 风的形成是空气流动的结果，是气压分布不均匀所引起

6、的，随着建筑高度的增加，风速会产生变化，水平荷载所造成的结构应力与建筑高度的二次方成正比（见图1） 气流遇到建筑物时, 在建筑物表面上产生压力或吸力,即形成风荷载, 其大小主要与近地风的性质、风速、风向有关,也与建筑的高度、形状和地表面状况有关。 Wk=BzMsMzWo 基本风压值，风压高度变化系数，风荷载体型系数，风振系数高层建筑结构特征分析 在高层及超高层建筑设计中,侧向刚度是主要考虑的因素,能准确判断建筑侧向刚度的参数为水平位移指标, 即建筑顶端最大位移与建筑总高度之比, 因此建立水平位移指标的限值是一个重要的设计规定。 高层建筑所受风荷载呈倒三角形分布，其剪力则呈正三角形分布，因此，为

7、抵抗风荷载所需要的结构刚度宜为下大上小渐变分布（见图2）风对建筑的作用效应剖析1 风效应在风作用下结构上的风力含有顺风力、横风力和扭力矩三种(见图4)。顺风力是结构抗风工程中的必须考虑的效应, 在一般情况下起主要作用。横风力及共振是在横风力作用下,由于空气的粘性和流速,在结构的尾部会产生流体旋涡脱落。当风速达到某一临界值时, 结构运动会无限制地增大, 产生空气动力失稳。风对建筑的作用效应剖析 2 建筑体型与风作用尾流效应：被吸入建筑物背风面真空区形成强烈下旋气流。狭管效应：建筑物紧密相依造成狭长空间，主导风通过，气流瞬间增强。角落效应：建筑角落部分形成猛烈气流。漏斗效应:当风从建筑间距较大的地

8、方流到间距较小的地方时，风速加大，类似水流过漏斗。设计中应选择合理的体型组合，以减小风效应的影响。风对建筑的作用效应剖析 3 建筑平面与风作用建筑平面对风荷载的反应表现两个方面：一是在由于体型系数不同而产生的风压不同（见图6）；二是由于扭转所产生的应力集中现象。正多边形平面：在风荷载作用下，体型系数为0.8+1.2/n-2，其中n 为边数，可见边数越多风压越小。由于正多边形为多向对称，其扭转效应很小，应力集中现象较弱。异形平面：其开口方向与主导风向的关系决定着体型系数和风压的大小，凹形开口正对风向时会产生较大的风压。同时，不对称的复杂平面在水平风荷载作用下容易产生扭转和应力集中现象，不利于结构

9、抗侧移设计。高层建筑体型设计方法1 平面设计流线形平面：圆形、椭圆形等流线形平面，其顺风力和扭力矩都比较小，可比矩形平面减少20%-40%的风荷载，宜为高层建筑抗风设计的优选平面。正多边平面：正多边形平面体型系数小、多向对称，顺风力、横风力差别不大，扭力矩影响很小。对于平面转角尤其是具有锐角的三角形等，可采用切角处理以减小角落效应和应力集中现象，可为高层建筑抗风设计的常用平面。复杂平面：由于高层建筑功能的复杂性及相关诸多影响因素，往往不能仅仅使用简单的流线形或正多边平面。L、T、H、Y、十及槽形等平面形状亦为常用，此时，平面设计的关键是要结合风向控制平面突出长度并选择有利于减小体型系数的朝向。

10、高层建筑体型设计方法2 型体设计选择锥状型体：上小下大的锥体和台体有利于避免最大风荷载并减小建筑受风面积（见图7），可以有效减小倾覆力矩。同时，高层建筑外柱倾斜可以增大抗推刚度，产生反向水平分力，可使侧移减少10%-50%。控制体型比例：建筑的三维比例对背风涡流区及风压分布有着较大影响（见图8），分析可得高层建筑长度L、宽度B、高度H 之间有利于结构抗风的比例宜为：H/B 适宜34 不大于6，L/B 适宜23，不大于4。高层建筑体型设计方法3 刚度设计提高抗侧刚度：高层结构除了要保证足够的抗侧刚度外，其刚度宜为下大上小、渐变分布，这可以通过建筑体型和内部抗侧结构的刚度分布来实现。并联高层楼群：每一个独立的高层建筑如同独立的悬臂结构，当建筑高度较大时要满足结构抗侧移刚度则有难度。可将单体高层建筑顶部利用立体桁架或连接体建筑连为并联高楼群（见图9），其顶点侧移可减为独立悬臂结构的1/4 左右。高层建筑体型设计方法4 泄风设计楼身泄风：可利用设备层或结合中庭透空，结合周边风环境特征，在楼身的合理高度处设置泄风开口(见图10)。底部泄风：在高层底部设置裙房或者近地面设置挑棚等，以减弱下沉涡流对地面的影响。泄风发电：利用高层建筑泄风开口或建筑群间各种局部强风效应，设计风