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摘要：

針對(duì)高層建筑物而言，風(fēng)荷載引起的效應(yīng)在總荷載效應(yīng)中發(fā)揮著重要的作用。隨著現(xiàn)代材料和施工技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，建筑結(jié)構(gòu)也逐漸變得更加復(fù)雜，同時(shí)隨著人們生活質(zhì)量的不斷提升，人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全性和適用性的要求也越來越高，在這樣的前提下，要重視和關(guān)注高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)工作，以此保證人們居住的舒適性。本文主要對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：

高層建筑結(jié)構(gòu)；抗風(fēng)設(shè)計(jì)；分析

1引言

現(xiàn)階段，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑在城市中存在的數(shù)量也越來越多，對(duì)于高層建筑而言，風(fēng)荷載引起的效應(yīng)在總荷載效應(yīng)中所占的比重比較大，所以要做好高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)工作，提高建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)性和合理性，從而為人們提供一個(gè)舒適的居住環(huán)境，以此促進(jìn)高層建筑的發(fā)展和進(jìn)步。

2高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論

高層建筑一般具備較大的高寬比，同時(shí)其抗側(cè)剛度較小；并且地震作用和風(fēng)荷載都是其主要承擔(dān)的水平荷載。相比較地震作用，風(fēng)荷載出現(xiàn)的頻率比較高。所以，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，主要設(shè)計(jì)的荷載是風(fēng)荷載。

2.1基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論

基于性能的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)理論，主要目標(biāo)是在不一樣強(qiáng)度水平風(fēng)振的影響下，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的安全和舒適度進(jìn)行有效的控制，從而確定不同性能水準(zhǔn)，確保在整個(gè)生命周期內(nèi)的建筑物，在承擔(dān)可能會(huì)出現(xiàn)的風(fēng)振作用下，其總體成本費(fèi)用是最小的。

2.2結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能水準(zhǔn)

2.2.1風(fēng)振系數(shù)

作為我國目前使用得荷載規(guī)范的一個(gè)重要系數(shù)，風(fēng)振系數(shù)對(duì)風(fēng)載值的作用比較大。

2.2.2人體舒適度

在側(cè)向力的影響下，高層建筑會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的情況，如果振動(dòng)處于某一個(gè)限值時(shí)，人們會(huì)產(chǎn)生不舒服的感覺。人體得舒服度可以分為六個(gè)不同的等級(jí)，分別是無振感、輕微振感、中等振感、煩惱和非常煩惱以及無法忍受。

2.2.3結(jié)構(gòu)風(fēng)振性能水準(zhǔn)

性能水準(zhǔn)，主要是指所設(shè)計(jì)的建筑物，在可能會(huì)遭受的特定風(fēng)作用下，所明確的最大容許舒服度，或者所容許的最大破壞度。主要是從舒適度和變形兩個(gè)方面確定性能水準(zhǔn)的指標(biāo)。

2.3結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)

性能目標(biāo)，主要指的是所設(shè)計(jì)的建筑物，在設(shè)計(jì)風(fēng)壓等級(jí)的需求下，滿足性能水準(zhǔn)的總和。結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)，要綜合考慮建筑物的使用要求、功能要求的重要性等等要素。

2.4結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算

2.4.1理論計(jì)算

在計(jì)算分析的工作中：①要充分的考量結(jié)構(gòu)的線性，同時(shí)要充分的考量非線性恢復(fù)力特性，從而完成模型分析工作；②選擇科學(xué)的計(jì)算方法，計(jì)算模擬風(fēng)場(chǎng)，同時(shí)分析風(fēng)振的動(dòng)力時(shí)程；③按照不一樣的性能目標(biāo)，選擇有效的分析方法；④推廣實(shí)用性較強(qiáng)和容易掌握的計(jì)算方法，降低計(jì)算量，重視前后處理軟件程序的開發(fā)和利用工作。

2.4.2風(fēng)洞試驗(yàn)

風(fēng)洞試驗(yàn)的主要目標(biāo)，是對(duì)大氣邊界層風(fēng)對(duì)建筑物產(chǎn)生的作用進(jìn)行測(cè)量。高樓會(huì)導(dǎo)致比較強(qiáng)的地面風(fēng)，對(duì)地面的破壞作用也比較大；如果高層建筑集聚在一起，群體效應(yīng)會(huì)危害建筑物和建筑物之間的通道，上述情況都可以利用風(fēng)洞試驗(yàn)完成分析工作。

3高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)

3.1高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的破壞形式

在風(fēng)荷載作用下，高層建筑的主體結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)開裂或者破壞的現(xiàn)象，例如：過大的位移導(dǎo)致框架、剪力墻等出現(xiàn)開裂的情況，或者過大的位移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)主筋屈服；層間位移導(dǎo)致非承重墻出現(xiàn)裂縫；局部較大的風(fēng)壓導(dǎo)致玻璃、裝飾物和圍護(hù)結(jié)構(gòu)等遭到損壞；建筑物擺動(dòng)的幅度多大，或者建筑物經(jīng)常發(fā)生擺動(dòng)的情況，居住者會(huì)出現(xiàn)不舒服的感覺；由于長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)致振動(dòng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疲勞，從而結(jié)構(gòu)容易遭到破壞。

3.2高層建筑抗風(fēng)的一般設(shè)計(jì)原則

確保高層建筑結(jié)構(gòu)擁有充足的強(qiáng)度，能夠穩(wěn)定的接受風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力；確保高層建筑結(jié)構(gòu)擁有充足的剛度，能夠?qū)Ω邔咏ㄖ阶饔孟碌奈灰七M(jìn)行控制，為居民提供良好的居住條件，為工作人員提供良好的工作條件；選用科學(xué)的結(jié)構(gòu)體系，選用合理的建筑外形。在實(shí)際的情況中，使用較大的剛度，能夠有效的降低風(fēng)振的作用；圓形和正多邊形能夠有效的減小風(fēng)壓的數(shù)值；要盡可能的使用對(duì)稱平面形狀，盡可能的使用對(duì)稱結(jié)構(gòu)布置，降低風(fēng)力偏心產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用；要使外墻、玻璃、女兒墻和其他的圍護(hù)構(gòu)件擁有充足的強(qiáng)度，同時(shí)要使其穩(wěn)定的連接主體墻，避免局部出現(xiàn)損壞的情況。

3.3高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

3.3.1風(fēng)荷載的計(jì)算

根據(jù)我國建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)荷載容易的過程中使用的是50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，同時(shí)使用平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程對(duì)荷載的隨機(jī)過程進(jìn)行表述。如果氣流碰到建筑物，在建筑物的表層面上會(huì)出現(xiàn)壓力，或者出現(xiàn)吸力，具體來說就是產(chǎn)生風(fēng)荷載，近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速和風(fēng)向都會(huì)對(duì)風(fēng)荷載的大小產(chǎn)生影響，，同時(shí)建筑的高度、形狀和地表面都會(huì)對(duì)風(fēng)荷載的大小產(chǎn)生影響。按照新規(guī)范，在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)時(shí)，如果風(fēng)荷載垂直于建筑物表面，則其標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式如下所示，將垂直于風(fēng)向的最大投影面積的作為風(fēng)荷載的作用面積：Wk=βzμsμzW0，在這個(gè)公式中，Wk主要指的是風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；W0主要指的是基本風(fēng)壓（kN/m2）；μz主要指的是風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μs主要指的是風(fēng)荷載提醒系數(shù)；βz的范圍主要指的是高度處的風(fēng)振系數(shù)。

3.3.2加強(qiáng)高層建筑的控制

根據(jù)風(fēng)荷載的作用，要加強(qiáng)控制高層建筑的振幅、振動(dòng)速度和加速度。3.3.3高層建筑的水平位移指標(biāo)按照正在使用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要從以上兩個(gè)方面限制高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的變形響應(yīng)：一方面，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的頂端水平位移u和總高度H的比值（u/H）進(jìn)行限制，主要目的是對(duì)結(jié)構(gòu)的總變形量進(jìn)行控制；另一方面，是要對(duì)相鄰兩層樓蓋間的相對(duì)水平位移Δu與層高h(yuǎn)的比值（Δu/h），通常情況下，Δu/h在結(jié)構(gòu)的各層中的比值是不一樣的，并且一般情況下，量大的Δu/h要比u/H的限值要大。對(duì)Δu/h進(jìn)行限制的主要目的是避免破壞填充墻和裝飾部件，防止電梯軌道和管道等設(shè)施出現(xiàn)過大的變形現(xiàn)象。

4高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)舒適度的可靠性分析

在實(shí)際的情況中，風(fēng)對(duì)高層、高聳結(jié)構(gòu)的安全性和適用性兩個(gè)方面產(chǎn)生直接的影響，而結(jié)構(gòu)可靠度理論主要是對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性和耐久性進(jìn)行研究。所以要對(duì)風(fēng)荷載作用下高層、高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠度進(jìn)行研究，進(jìn)而保證高層、高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)和風(fēng)振控制工作的順利實(shí)施。在側(cè)向力作用的影響下，高層結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的情況，如果振動(dòng)處于某一限值時(shí)，人們就會(huì)感覺不舒適。因?yàn)榻ㄖ叨仍诓粩嗟淖兏摺⒔ㄖY(jié)構(gòu)體系在不斷的完善等等因素的影響，使得高層建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)著越來越柔和的趨勢(shì)，此外，風(fēng)作用發(fā)生的頻率越來越高，高層建筑設(shè)計(jì)和控制的重要因素逐漸的變成舒適度。高層和超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)楦叨鹊目焖僭黾樱Y(jié)構(gòu)振動(dòng)阻尼變得越來越小，風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的作用越來越大，因此高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過程中首先要考慮風(fēng)運(yùn)動(dòng)的人體舒適度。為了更加科學(xué)和合理的對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的舒適度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，有必要從可靠性角度分析舒適度。

5結(jié)語

總而言之，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷的進(jìn)步和發(fā)展，城市建設(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城市中高層建筑的數(shù)量也越來越多。因此，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要不斷的進(jìn)行學(xué)習(xí)，重視結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究成果，同時(shí)在結(jié)合大量工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，做出科學(xué)合理的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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作者:張朝貴 單位:黔西南布依族苗族自治州設(shè)計(jì)院