1、金新阳谈高层建筑风荷载1、高层建筑及高耸结构顺风向风振响应 高层结构是悬臂型结构，这样的结构有一个特点，一是作用的风、作用的谱，跟风速谱基本上是一样的，都是平稳的过程。二是都以第一振型为主，在风振等效风荷载计算上可以采用风振系数，这是规范对风振系数的定义，它是对静力风荷载的放大。 在表达式上，原来的74，到87，到02规范，都是采用脉动增大系数的表达方式，另外一种表达方式是背景分量、共振分量方式，其实这种表达方式越来越被设计人员更加认可，在国际规范标准上也应用的更广泛，新规范修订就采用这样一种表达方式。同时还进行了大量的计算比较研究。 除了表达式的变化之外，规范在风振系数上作了几个大的修改，也2、是跟国外比较差距比较大的，一是阵风因子，目前国际上普遍采用3.03.5，我们原来是2.2，现在适当提高到2.5，也不能说我们的阵风因子小了，不一定，因为它是综合效果。 同时，我们要配合脉动风剖面的修订，对湍流度做了比较大的改动。综合风速剖面的改动，综合风振系数的改动，对高层的平均风荷载我们也作了一个比较，这是风振系数的比较，适当有所提高，但是对总的风荷载来说，200米以下的低层，适当有所提高，对超高层的200米、250米以上的，基本持平或适当降低。为什么要作这样一个修订呢？也是跟国际一些规范的比较，因为在超高层上，我们的风荷载并不小，而在200米以下我们是偏小。 2、横风向风振与等效风荷载 现3、在高层建筑设计的多了，都知道横风向对超高层的作用非常明显，也非常重要，有些甚至起控制作用，但是横风向风振的确定还是挺难的，一般来说都是要通过风洞试验来确定。 这是中钢，因为它是方的结构，可以非常明显地看到在某一个风向角下完全是横风向，顺风向的力基本处于零，说明这样一种结构横风向作用的显著性。 针对横风向风振以及扭转风向风振的问题进行了大量研究，包括同济、建研院，做了几百个模型、几千次风洞试验，得到了很多数据，在此基础上提出了矩形截面横风向等效风荷载计算公式，顺风向静力风荷载横风向风力系数+横风向共振系数，就这三部分组成。横风向风力系数跟结构的外型、高宽比、高度有关，横风向的共振系数跟结构的动力4、特性以及风压本身的谱有关。这些参数都是要通过风洞试验来确定，没有办法从理论上来推导，跟顺风向完全不一样。 横风向风振力系数，一是跟形状修整系数有关，另一个跟地貌有关，不同地貌的湍流度不一样。 我们除了做矩形以外，还做了一些角部有处理的风洞试验，可以对角檐的修正进行风振系数修正。 这是横风向共振系数，一是横风向的风力谱，一个是结构的阻尼比，一个是气动阻尼比，这是决定横风向共振的几个主要因素。 3、扭转风向的等效风荷载 扭转风向的等效风荷载，一是风本身有不对称、不均匀的作用，二是结构刚度、质量的不对称。这是中信万达公寓，三栋楼呈前后错开排列，由于尾流作用，在某一个风向角下扭转作用非常明显。 在风洞5、试验里我们也对质量偏心、刚度偏心等各种不同偏心的情况产生的扭转效应进行了大量的研究与试点，而且对刚心、质心不利组合的不同情况，也通过风洞试验进行了研究。 针对工程应用，提出了扭转等效风荷载的计算方式，这个公式跟刚才的横风向很像，也是扭矩系数、扭转共振因子，这些系数也是要通过风洞试验来确定。 4、复杂高层弯、扭耦合风振研究 最难办的不是矩形结构，而是截面复杂的高层风振的问题，因为截面复杂，它的立面、平面都是不规则状态，会产生顺风向、横风向以及扭转风振的耦合作用。这是一个工程实例，它的耦合作用非常明显，这个结构的振型本身就是空间耦合的振型，风洞试验得到的压力分布也是不对称、不均匀的，最后通过一个指6、标来看一下它耦合的效果以及扭转影响，红色是质心加速度位移，蓝色的点是角点加速度位移，扭转效应已经叠加进去。 5、顺风向与横风向等效风荷载组合工况 应该说跟地震作用下一样，在风作用下，整个结构顶点位引响应应该呈这样一个状态，这是日本AIJ推荐的模式，如果按照这个模式来组合的话，组合系数比较大，因为它在X方向达到最大的时候，Y方向也是比较大。我们做了很多试验和工程实例考证，这是大连国贸中心大厦，风洞里得到的风振顶点位移，发现椭圆形的倾斜度并不大，另外我们这次在规范里建议组合的工况是椭圆形是立起来的，在顺风向达到最大的时候，横风向是没有的，也就是说第一工况顺风向100%，横风向为0，在横风向达到最大7、时，顺风向采用了0.6的系数，跟日本、澳大利亚比稍微偏小一点，但也说得过去。 这样一种工况组合当然还要考虑风向的问题，我们以矩形截面结构为例，如果你不能明确判断是横风向为主还是顺风向为主，就要作不同的计算。从这次规范修正的情况来看，暂时还不准备把扭转加进来，因为也征求了高规几个专家的意见，扭转还是比较特殊，要单独考虑扭转工况。 6、高层建筑群干扰效应 现在城市的高层越来越密集，越来越高，越来越多，由于尾流的作用，由于遮挡的作用，相互干扰影响非常明显，国内关于这方面的试验在国际上处于领先地位。 从工程实例可以看到群体效应的效果，这一块其实是考虑单体和群体以后的，蓝色的是单体，黑色的是群体，一块体现了遮挡效应，小下来了。另两块就是考虑了由于干扰效应产生了增大作用的效应影响。针对这样一个工程，我们也利用CFD数值计算结果进行机理解释，其实主要还是尾流影响引起的。这是同济大学顾明教授针对一个施扰建筑、两个施扰建筑做的风洞试验，得到的干扰效应系数，我们也将引到荷载规范中来。在单个施扰建筑上，顺风向干扰效应放大系数1.01.1，横风向是1.11.2。两个施扰建筑，顺风向干扰效应放大系数1.01.25，但在工程应用上还不是特别成熟，大家可以参考。