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层建筑。目前还没有有

2、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。1974年美国芝加哥建成443m高（加上天线达500

3、ni）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（412m,110层）只能让位，退居第二。大楼由9个标准方形钢筒体（22.9mx229砧组成。iI?结构由SOM#.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。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

4、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。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19.3m,

5、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70.76mx5246nl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40lb/ft(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!筑设计事务所设计。根据

6、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280,000m血积的大楼，537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，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

7、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

8、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担。每侧四根柱的总荷载约45000t以两根5.6mx1.8m和两根2.7mxO9m的SRCE型柱支承在厚4.7m和平面约为40mx16mt勺筏板上，通过筏板将荷载传递到其下51根深入岩层约15m30m的大直径灌注桩。该大楼共有380根，

9、直径均1.5m,桩的设计荷载为1000t1450t.深入岩层约15m30m桩长在地面以下62m81mo基坑开挖深度约为22.8nl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，从而使结构更加安全舒适