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风载荷对高层建筑的影响

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第一部分风载荷的特征及其对高层建筑的影响 2

第二部分风致共振和疲劳效应的分析与防治 4

第三部分风洞试验技术在高层建筑风载荷评估中的应用 6

第四部分建筑物整体稳定性和局部破坏的抗风设计 9

第五部分风载荷规范与标准的发展趋势 13

第六部分抗风结构体系与新型抗风材料研究 16

第七部分风载荷对高层建筑人居环境的影响 19

第八部分风载荷作用下的高层建筑防灾对策 22

第一部分风载荷的特征及其对高层建筑的影响

关键词

关键要点

【风载荷的特征】

1.风载荷具有不确定性，其大小、方向和频率会随着风速变化而变化，难以准确预测。

2.风载荷会对高层建筑产生局部和整体的影响，局部影响包括压力、吸力、剪力等，整体影响包括振动、侧向位移、倾覆等。

3.风载荷的大小与建筑物的形状、高度、周围环境等因素有关，例如，高宽比大的建筑物更容易受到风载荷的影响。

【风载荷对高层建筑的局部影响】

风载荷的特征及其对高层建筑的影响

#风载荷的特征

风载荷是指作用在建筑物上的风力产生的荷载，其主要特征如下：

1.随机性

风速和风向不断变化，因此风载荷具有随机性。

2.脉动性

风载荷具有周期性变化，称为脉动。脉动频率范围从每秒几赫兹到每分钟几十赫兹。

3.三维性

风载荷作用在建筑物各个方向，包括沿风向、垂直风向和水平风向。

4.高度分布

风速随高度增加而增加，称为高度分布。

5.地形影响

地形复杂的地区，风速和风向会受到地形影响，导致局部风载荷增加。

#风载荷对高层建筑的影响

风载荷对高层建筑的影响主要体现在以下几个方面：

1.晃动

风载荷作用在建筑物上会产生横向力和扭矩，导致建筑物晃动。晃动幅度过大会影响建筑物的舒适性，甚至危及结构安全。

2.振动

风载荷会引起建筑物固有频率的共振，导致剧烈振动。振动会造成结构疲劳、材料损伤和人员不适。

3.变形

风载荷会使建筑物产生水平和扭转变形。变形过大会影响建筑物外观和稳定性。

4.内力分布

风载荷改变建筑物的应力分布，导致内力集中在某些部位。如果内力超过材料承载能力，会造成结构破坏。

5.疲劳

风载荷的持续作用会累积材料疲劳，导致结构耐久性下降。

#设计考虑

为了应对风载荷对高层建筑的影响，需要在设计过程中考虑以下措施：

1.结构加强

增加结构刚度和阻尼，提高建筑物抗晃动能力。

2.气动优化

优化建筑物的形状和外部构件，降低风阻，减少晃动。

3.风洞试验

通过风洞试验模拟真实风载荷，获得建筑物风荷载分布和晃动特性。

4.阻尼装置

安装阻尼装置，如阻尼器和粘滞阻尼器，吸收和耗散振动能量。

5.保障人身安全

采取措施防止建筑物晃动对人员造成伤害，如设置逃生通道和安全装置。

#结论

风载荷对高层建筑的影响不容忽视。通过了解风载荷的特征，并采取合理的抗风设计措施，可以有效减轻风载荷的影响，确保高层建筑的安全性和舒适性。

第二部分风致共振和疲劳效应的分析与防治

风致共振和疲劳效应的分析与防治

分析

风致共振

*当建筑物的固有频率接近风载荷的频率时，会发生风致共振，导致建筑物剧烈振动。

*共振频率由建筑物的质量、刚度和几何形状决定。

*涡流脱落和卡门涡街是引起风致共振的主要原因。

疲劳效应

*建筑物长期受非周期性风载荷作用，会产生疲劳损伤累积。

*疲劳损伤集中在构件的高应力区域，例如连接点和接合处。

*疲劳开裂和断裂会导致建筑物的安全性和使用寿命下降。

防治

风致共振的防治

*改变建筑物形状：避免使用振动敏感的几何形状，如直立长方体。

*调节建筑物刚度：增加建筑物的刚度，提高共振频率。

*安装阻尼器：阻尼器消耗建筑物的振动能量，减少共振幅度。

*调整风载荷频率：通过改变建筑物开口率、安装导风板等措施，降低风载荷的频率。

疲劳效应的防治

*减小应力范围：通过减轻构件重量、增加截面尺寸或采用高强度材料，减少应力范围。

*提高材料疲劳强度：选择具有较高疲劳强度的材料，如高强度钢或复合材料。

*采取疲劳强化措施：通过预应力、喷丸处理或表面强化等措施，提高材料的疲劳寿命。

*定期检查和维护：对关键构件进行定期检查，及时发现和修复疲劳损伤。

具体案例

*台北101大楼：采用了阻尼球系统来抑制风致共振。

*上海中心大厦：采用了外形扭曲设计，有效降低了风致共振风险。

*广州塔：通过优化结构设计和阻尼系统的配置，有效控制了疲劳效应。

结论

风致共振和疲劳效应是影响高层建筑安全的两个重要因素。通过对风载荷特性的深入分析，采取有效的防治措施，可以确保高层建筑的结构安