风致振动简述讲义

1、风致振动简述第一页，共四十五页。风洞试验 主要内容风对建筑物的破坏风荷载概述风振不适感的控制风工程学简述第二页，共四十五页。 国外从1879年塔科马桥风毁以后开始风工程研究，至今只有60多年，我国研究不到20年。 风工程研究近年在国内外发展很快，已形成一门新兴学科，国际风工程学会和中国风工程学会分别于上世纪 60 年代和 80 年代成立。风工程学概述第三页，共四十五页。 近年来我国已建造并将继续建造大量的大型风敏感结构。 这些结构包括大跨桥梁、超高层建筑和高耸结构以及大跨空间结构等。 风工程学概述 风荷载是控制这些大型结构安全性和使用性设计的主要因素。第四页，共四十五页。风工程研究方法大气边界

2、层风洞试验 最直接最有效 风洞数值模拟 费用低、效率高 风工程学概述第五页，共四十五页。 国内风工程研究主要集中在高等院校，如同济大学、湖南大学、西南交通大学和汕头大学等，国内风工程研究在国际上的影响正在增大。 风洞试验 风洞模型试验是实验研究中的一项重要手段，它与构筑物足尺实例是相辅相成的两个方面. 当结构物未建成或无条件进行实测时，模型风洞实验则是进行研究的唯一手段。 通过对各种特殊体型的高层、超高层建筑及建筑群的风洞试验研究，可为设计提合理的参数，使拟建的建筑物安全可靠，经济合理。 第六页，共四十五页。 风洞试验第七页，共四十五页。 风洞试验第八页，共四十五页。 当风洞尺寸达到宽度为24

3、米、高为23米，长为530米时一般可以满足要求。 建筑物的风洞试验要求在风洞中能实现大气边界层范围内的平均风剖面、紊流和自然流动，即要求模拟风速随高度的变化。 风洞试验第九页，共四十五页。 风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包括平均风作用和脉动风作用，从结构的响应来看包括静态响应和风致振动响应。 平均风既可引起结构的静态响应，又可引起结构的横风向振动响应。 脉动风引起的响应则包括了结构的准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应。 当这些响应的综合结果超过了结构的承受能力时，结构将发生破坏。 风对构筑物的破坏第十页，共四十五页。 风对构筑物的破坏被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良多层建筑第十一

4、页，共四十五页。窗户被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良凯悦酒店 风对构筑物的破坏第十二页，共四十五页。台风约克造成的香港湾仔数幢大厦玻璃幕墙损坏情况 风对构筑物的破坏第十三页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十四页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十五页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十六页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十七页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十八页，共四十五页。 风对构筑物的破坏第十九页，共四十五页。 风荷载概述第二十页，共四十五页。 风荷载概述 结构风工程研究对象和内容广泛。 从结构方面来看，涉及到低矮建筑、大跨度建筑结构、高层建筑、高耸结构、桥梁、海洋工程结构等； 从

5、研究内容来看，涉及到风对结构的静力作用、风致振动响应、风振控制等. 不同的研究内容在不同的结构上往往又有不同的体现。 第二十一页，共四十五页。 当风以一定速度吹向建筑物时，建筑物将对其产生阻塞和扰动作用，从而改变该建筑物周围风的流动特性。 反过来，风的这种流动特性改变引起的空气动力效应将对结构产生作用。 由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这种作用包含了静力作用和动力作用两个方面，使结构产生相应的静力和动力响应。 风荷载概述第二十二页，共四十五页。 风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引起高层建筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承重桥梁、大跨度屋顶或屋盖、灯柱等许多柔性结构的振动

6、，产生动力荷载，甚至引起破坏。风致振动减振措施依据：1、结构的风致振动在很大程度上依赖于结构的外形、刚 度（或柔度）、阻尼和质量特性。2、不同的外形将引起不同的风致动力荷载。3、结构刚度越小，柔性越大，则其风致振动响应就越大。4、结构的阻尼越高，其风致振动的响应也就越小。 风荷载概述第二十三页，共四十五页。风压基本特点:1、紊乱性和随机性2、迎风面压力，背风面吸力3、风压的不确定性 风荷载概述第二十四页，共四十五页。 风荷载概述第二十五页，共四十五页。 风荷载概述第二十六页，共四十五页。 风荷载概述第二十七页，共四十五页。风压对高楼的危害1.隔墙开裂,甚至主体结构破坏2.疲劳,失稳破坏3.装饰

7、物和玻璃幕墙破坏4.摆动使居住者感到不适不安 风荷载概述第二十八页，共四十五页。 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。 风振不适感的控制第二十九页，共四十五页。 世界上首先提出舒适感与房屋顶层加速度关系的是加拿大的达文波特教授，国内的研究很少。 目前的计算建筑物顶层加速度的经验公式。通过风洞试验进行确认。 风振不适感的控制第三十页，共四十五页。衡量不适感的尺度1、人体对运动的承受 1970年，美国波士顿一座

8、高楼在0.98KN/m风压下，并且 ，人却感到不适。 风振不适感的控制 说明用 来控制侧移，并不能概括人体对运动的反应和耐受程度。第三十一页，共四十五页。 风振不适感的控制 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。第三十二页，共四十五页。 风振不适感的控制 所以A(振幅)和T(自振周期)是表征加速度的重要指标。 而加速度 第三十三页，共四十五页。2、人体风振反应的分级 a、按振幅和周期分级 A、无感觉 B、

9、有感觉 C、令人烦躁 D、令人非常烦躁 E、无法承受 b 、按加速度分级 A、B、C、D、E 风振不适感的控制第三十四页，共四十五页。减少风振加速度的途径1.合理的建筑体形 a.流线形平面（圆形或椭圆、平面切角) b.截锥状体形(减小风荷载和增加抗推刚度) c.不大的高宽比 d.透空层 e.并联高楼群 风振不适感的控制第三十五页，共四十五页。 风振不适感的控制流线形平面第三十六页，共四十五页。 风振不适感的控制透空层第三十七页，共四十五页。 风振不适感的控制并联高楼群第三十八页，共四十五页。 风振不适感的控制截锥状体形第三十九页，共四十五页。 风振不适感的控制第四十页，共四十五页。 2.设置阻

10、尼装置 减振效果：高层钢结构变形和加速度控制成为控制指标，在强度已满足条件下，采用加大构件截面来满足，则不经济，而采用布置阻尼装置，增加结构阻尼的方法有效且经济。 应用实例: 哥伦比亚大厦 世贸中心大厦等 风振不适感的控制第四十一页，共四十五页。谢谢！第四十二页，共四十五页。人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第四十三页，共四十五页。第四十四页，共四十五页。内容总结风致振动简述。当结构物未建成或无条件进行实测时，模型风洞实验则是进行研究的唯一手段。当风洞尺寸达到