結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用的研究現(xiàn)狀淺談

1、<p>　　結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用的研究現(xiàn)狀淺談</p><p>　　摘要：為了滿足建筑的經(jīng)濟(jì)性、安全性以及舒適性的要求，本文主要介紹了風(fēng)荷載的定義記憶結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的研究現(xiàn)狀，為設(shè)計(jì)者提供一定的參考價值。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)荷載；結(jié)構(gòu)；研究現(xiàn)狀 </p><p>　　中圖分類號：TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： </p>

2、<p><b>　　1、引言 </b></p><p>　　風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害中影響較大的一種，它每年都給人類生命和財產(chǎn)帶來巨大的損失。據(jù)估計(jì)，全球每年由于風(fēng)引起的損失高達(dá)100億美元。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是在高聳結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁、屋蓋結(jié)構(gòu)中，風(fēng)荷載是一個極其重要的設(shè)計(jì)荷載。而對于高聳、高層結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)荷載引起的響應(yīng)在總荷載中占有相當(dāng)大的比重，甚至起著決定性的作用，合理的抗風(fēng)設(shè)

3、計(jì)對保障這些建筑結(jié)構(gòu)的功能有重要的意義。在風(fēng)力作用下，屋面常受到很大的吸力，如果自重等荷載的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面將會被掀起而破壞。風(fēng)荷載作為屋蓋結(jié)構(gòu)的主要外來荷載，是引起破壞的主要原因。 </p><p>　　2、風(fēng)荷載的基本概念 </p><p>　　在工程設(shè)計(jì)中，風(fēng)力常用風(fēng)壓來表示。根據(jù)測得的風(fēng)速可以求出風(fēng)壓，風(fēng)速是隨高度、周圍地貌的變化而變化的。在設(shè)計(jì)中所用的風(fēng)壓是基本風(fēng)壓

4、?；撅L(fēng)壓是按規(guī)定的地貌和高度所測風(fēng)速經(jīng)統(tǒng)計(jì)換算確定的。離地面越近，地面對風(fēng)的摩阻也越大，風(fēng)速便會減小。我國現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定的基本風(fēng)壓是以10米高為標(biāo)準(zhǔn)高度。風(fēng)速與地表的粗糙度有關(guān)，粗糙度越大，風(fēng)能消耗也越大，平均風(fēng)速便減小，我國將地表粗糙度分為A、B、C三種。風(fēng)載具有很大的隨機(jī)性，因而對最大風(fēng)速的測試結(jié)果各年都不一樣，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須保證結(jié)構(gòu)的安全性，也就是所用的風(fēng)荷載必須具有很大的代表性和預(yù)防性。 </p>

5、<p>　　我國目前所用的最大風(fēng)速的重現(xiàn)期對一般結(jié)構(gòu)是30年一遇;對高層建筑是50年一遇;對特別重要的結(jié)構(gòu)是100年一遇。屋蓋結(jié)構(gòu)是房屋中的重要部分，它起著圍護(hù)及承重作用。在風(fēng)力的作用下，屋蓋受到很大的風(fēng)荷載，如果結(jié)構(gòu)的自承重等荷載不足以抵抗吸力的作用，屋蓋則有可能被掀起而破壞。因此在屋蓋設(shè)計(jì)中，風(fēng)荷載是一個比較重要的設(shè)計(jì)荷載。在實(shí)際情況下，風(fēng)的方向是任意的。對一個具體結(jié)構(gòu)來說，在風(fēng)荷載的作用下，既有水平分力，又有豎向分力

6、。對大多數(shù)結(jié)構(gòu)，水平風(fēng)力起主導(dǎo)作用。對屋蓋結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)風(fēng)力沿水平方向時，其風(fēng)荷載通常是垂直于屋面的，沿豎向方向的分力很大。因而對屋蓋結(jié)構(gòu)既得考慮水平方向的風(fēng)荷載，也得考慮垂直方向的風(fēng)荷載。 </p><p>　　3、結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的研究現(xiàn)狀 </p><p>　　3．1我國風(fēng)荷載規(guī)范的在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 </p><p>　　中國規(guī)范將風(fēng)荷載擺到了一個極其重

7、要的位置，在多個規(guī)范中都對風(fēng)荷載作有規(guī)定中以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為主。我國自建國以來，隨著土木工程學(xué)科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進(jìn)、完善。現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是在修訂后于 2006 年 11 月 1 日起實(shí)施的。我國自建國以來，隨著土木工程學(xué)科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進(jìn)、完善。經(jīng)過 1987 年和 2001 年兩次大的修改后，我國現(xiàn)行的風(fēng)荷載規(guī)范整體水平與先進(jìn)國家的標(biāo)準(zhǔn)和國際接近，研究發(fā)現(xiàn)無論是剛性結(jié)構(gòu)還是柔性結(jié)構(gòu)，中國規(guī)

8、范的計(jì)算結(jié)果與隨機(jī)振動理論的計(jì)算結(jié)果相差不大。 </p><p>　　風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為：（3.1） </p><p>　　其中， 為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 </p><p>　　為高度z 處的風(fēng)振系數(shù) </p><p><b>　　為風(fēng)荷載體型系數(shù) </b></p><p><b>　　為風(fēng)

9、壓高度變化 </b></p><p><b>　　為基本風(fēng)壓 </b></p><p>　　但有些地方可能還需要改進(jìn)或完善，如：一些常見建筑的體型系數(shù)需要細(xì)化，局部體型系數(shù)和內(nèi)壓系數(shù)等需要完善；規(guī)范中沒有橫風(fēng)向風(fēng)振和大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振的具體規(guī)定；對于超大高寬比的建筑結(jié)構(gòu)，沒有考慮氣動阻尼對順風(fēng)向設(shè)計(jì)風(fēng)荷載和橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響；采用的“慣性風(fēng)荷載法”在計(jì)算建

10、筑物的等效靜力風(fēng)荷載時存在有一定的缺陷；順風(fēng)向的平均風(fēng)力偏大而脈動風(fēng)的峰因子偏小等。此外，對于高度較高的超高層建筑結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行順風(fēng)向風(fēng)振計(jì)算時應(yīng)計(jì)入二階，甚至更高階振型的影響，這樣才能有較好的精度以滿足結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計(jì)要求?？傊w型系數(shù)的細(xì)化、高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振、大跨及懸挑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振、建筑物群體相互影響、居住舒適性及建筑風(fēng)環(huán)境等是規(guī)范有待今后豐富和完善的內(nèi)容。 </p><p>　　3.2結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的可

11、靠度分析研究現(xiàn)狀 </p><p>　　自然界中的風(fēng)荷載是一隨機(jī)性非常強(qiáng)的荷載，因此高層、高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)也呈現(xiàn)出相應(yīng)的隨機(jī)性。因此為了處理這些不確定因素，我們有必要從可靠度的角度出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析。而由于風(fēng)荷載又是隨時間變化的動荷載，因此在分析的時候，必須要考慮其對結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)，也就是要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力可靠度分析。 </p><p>　　20 世紀(jì) 40 年代，美國學(xué)者 Ri

12、ce 研究了結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)與某一固定界限的交叉問題，建立了在給定時間內(nèi)交叉次數(shù)和其期望值的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而為隨機(jī)過程的首次超越和極值理論的廣泛、深入研究開辟了途徑。此后眾多學(xué)者對首次超越問題進(jìn)行了大量研究，但對許多有實(shí)際意義的工程系統(tǒng)，仍無法得到封閉形式的解析解，只有一些具有不同復(fù)雜程度和精度的近似解，如 Gauss 分布法、Rayleigh分布法、Possion 過程法等等。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和快速傅立葉變換的出現(xiàn)，帶動了隨機(jī)振動分析

13、計(jì)算的發(fā)展。1966 年，Crandall 等人將數(shù)值模擬法引入首次超越問題中，為動力可靠度的研究開辟了新途徑。 </p><p>　　與此同時，動力可靠度在各個領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。許多學(xué)者對各類系統(tǒng)在隨機(jī)動荷載作用下的可靠度問題進(jìn)行了研究，如：建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震荷載作用下的動力可靠度分析、橋梁結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下的可靠度分析、海上平臺在波浪作用下的可靠度問題等等。自上世紀(jì) 80 年代以來，我國陸續(xù)有不少

14、學(xué)者對高層、高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)動力可靠度問題進(jìn)行了許多有意義的研究，得到不少有意義的結(jié)論。但是可以發(fā)現(xiàn)，這些研究都是針對某一特定結(jié)構(gòu)，對其在風(fēng)荷載作用下的可靠度進(jìn)行的分析。由于結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠度將在很大程度上取決于該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況，因此其結(jié)果也出現(xiàn)了很大的差距，我們無法從中對我國結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的可靠度作出大致的評估。而如前文所述，我國規(guī)范采用等效風(fēng)荷載代替實(shí)際風(fēng)荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這給實(shí)際的設(shè)計(jì)工作帶來極大的便利。但是自然界中實(shí)際的風(fēng)荷載是隨時間

15、隨機(jī)變化的，而等效風(fēng)荷載是確定的、不隨時間變化的。因此，上述等效必然是在一定概率意義上的等效。因此，如果能夠?qū)Φ刃эL(fēng)荷載的可靠度進(jìn)行分析，我們變能夠?qū)ξ覈Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的安全度有一個整體上的評估。 </p><p><b>　　4、結(jié)論 </b></p><p>　　風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)作用會產(chǎn)生很大的影響，經(jīng)過半多個世紀(jì)的發(fā)展，有關(guān)風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的研究取得了巨大的進(jìn)步，并逐

16、漸形成了一門新興的邊緣學(xué)科，本文主要從風(fēng)荷載定義開始介紹，然后通過我國風(fēng)荷載規(guī)范的研究現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的可靠度分析兩方面研究結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的研究現(xiàn)狀及研究意義。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1]： 黃本才。結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析原理及應(yīng)用[M]。上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2001。 </p><p>