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高层建筑结构抗风设计研究

摘要:

针对高层建筑物而言,风荷载引起的效应在总荷载效应中发挥着重要的作用。随着现代材料和施工技术的不断发展和进步,建筑结构也逐渐变得更加复杂,同时随着人们生活质量的不断提升,人们对建筑结构设计的安全性和适用性的要求也越来越高,在这样的前提下,要重视和关注高层建筑结构抗风设计工作,以此保证人们居住的舒适性。本文主要对高层建筑结构抗风设计进行分析。

关键词:

高层建筑结构;抗风设计;分析

1引言

现阶段,随着社会经济的不断发展,高层建筑在城市中存在的数量也越来越多,对于高层建筑而言,风荷载引起的效应在总荷载效应中所占的比重比较大,所以要做好高层建筑结构抗风设计工作,提高建筑结构的科学性和合理性,从而为人们提供一个舒适的居住环境,以此促进高层建筑的发展和进步。

2高层建筑结构抗风设计理论

高层建筑一般具备较大的高宽比,同时其抗侧刚度较小;并且地震作用和风荷载都是其主要承担的水平荷载。相比较地震作用,风荷载出现的频率比较高。所以,在高层建筑结构中,主要设计的荷载是风荷载。

2.1基于性能的结构抗风设计理论

基于性能的结构抗风设计理论,主要目标是在不一样强度水平风振的影响下,对建筑结构的安全和舒适度进行有效的控制,从而确定不同性能水准,确保在整个生命周期内的建筑物,在承担可能会出现的风振作用下,其总体成本费用是最小的。

2.2结构风振性能水准

2.2.1风振系数

作为我国目前使用得荷载规范的一个重要系数,风振系数对风载值的作用比较大。

2.2.2人体舒适度

在侧向力的影响下,高层建筑会出现振动的情况,如果振动处于某一个限值时,人们会产生不舒服的感觉。人体得舒服度可以分为六个不同的等级,分别是无振感、轻微振感、中等振感、烦恼和非常烦恼以及无法忍受。

2.2.3结构风振性能水准

性能水准,主要是指所设计的建筑物,在可能会遭受的特定风作用下,所明确的最大容许舒服度,或者所容许的最大破坏度。主要是从舒适度和变形两个方面确定性能水准的指标。

2.3结构性能目标

性能目标,主要指的是所设计的建筑物,在设计风压等级的需求下,满足性能水准的总和。结构性能目标,要综合考虑建筑物的使用要求、功能要求的重要性等等要素。

2.4结构抗风计算

2.4.1理论计算

在计算分析的工作中:①要充分的考量结构的线性,同时要充分的考量非线性恢复力特性,从而完成模型分析工作;②选择科学的计算方法,计算模拟风场,同时分析风振的动力时程;③按照不一样的性能目标,选择有效的分析方法;④推广实用性较强和容易掌握的计算方法,降低计算量,重视前后处理软件程序的开发和利用工作。

2.4.2风洞试验

风洞试验的主要目标,是对大气边界层风对建筑物产生的作用进行测量。高楼会导致比较强的地面风,对地面的破坏作用也比较大;如果高层建筑集聚在一起,群体效应会危害建筑物和建筑物之间的通道,上述情况都可以利用风洞试验完成分析工作。

3高层建筑结构的抗风设计

3.1高层建筑结构在风荷载作用下的破坏形式

在风荷载作用下,高层建筑的主体结构会出现开裂或者破坏的现象,例如:过大的位移导致框架、剪力墙等出现开裂的情况,或者过大的位移导致结构主筋屈服;层间位移导致非承重墙出现裂缝;局部较大的风压导致玻璃、装饰物和围护结构等遭到损坏;建筑物摆动的幅度多大,或者建筑物经常发生摆动的情况,居住者会出现不舒服的感觉;由于长时间的风致振动,导致结构疲劳,从而结构容易遭到破坏。

3.2高层建筑抗风的一般设计原则

确保高层建筑结构拥有充足的强度,能够稳定的接受风荷载作用下的内力;确保高层建筑结构拥有充足的刚度,能够对高层建筑水平作用下的位移进行控制,为居民提供良好的居住条件,为工作人员提供良好的工作条件;选用科学的结构体系,选用合理的建筑外形。在实际的情况中,使用较大的刚度,能够有效的降低风振的作用;圆形和正多边形能够有效的减小风压的数值;要尽可能的使用对称平面形状,尽可能的使用对称结构布置,降低风力偏心产生的扭转作用;要使外墙、玻璃、女儿墙和其他的围护构件拥有充足的强度,同时要使其稳定的连接主体墙,避免局部出现损坏的情况。

3.3高层建筑结构抗风设计的内容

3.3.1风荷载的计算

根据我国建筑结构可靠度设计统一标准,在风荷载容易的过程中使用的是50年设计基准期,同时使用平稳二项随机过程对荷载的随机过程进行表述。如果气流碰到建筑物,在建筑物的表层面上会出现压力,或者出现吸力,具体来说就是产生风荷载,近地风的性质、风速和风向都会对风荷载的大小产生影响,,同时建筑的高度、形状和地表面都会对风荷载的大小产生影响。按照新规范,在计算主体结构时,如果风荷载垂直于建筑物表面,则其标准值的计算公式如下所示,将垂直于风向的最大投影面积的作为风荷载的作用面积:Wk=βzμsμzW0,在这个公式中,Wk主要指的是风荷载标准值(kN/m2);W0主要指的是基本风压(kN/m2);μz主要指的是风压高度变化系数;μs主要指的是风荷载提醒系数;βz的范围主要指的是高度处的风振系数。

3.3.2加强高层建筑的控制

根据风荷载的作用,要加强控制高层建筑的振幅、振动速度和加速度。3.3.3高层建筑的水平位移指标按照正在使用的建筑结构设计标准,要从以上两个方面限制高层建筑结构在风荷载作用下的变形响应:一方面,对高层建筑结构的顶端水平位移u和总高度H的比值(u/H)进行限制,主要目的是对结构的总变形量进行控制;另一方面,是要对相邻两层楼盖间的相对水平位移Δu与层高h的比值(Δu/h),通常情况下,Δu/h在结构的各层中的比值是不一样的,并且一般情况下,量大的Δu/h要比u/H的限值要大。对Δu/h进行限制的主要目的是避免破坏填充墙和装饰部件,防止电梯轨道和管道等设施出现过大的变形现象。

4高层建筑结构抗风舒适度的可靠性分析

在实际的情况中,风对高层、高耸结构的安全性和适用性两个方面产生直接的影响,而结构可靠度理论主要是对结构的安全性、实用性和耐久性进行研究。所以要对风荷载作用下高层、高耸结构的抗风可靠度进行研究,进而保证高层、高耸结构抗风设计和风振控制工作的顺利实施。在侧向力作用的影响下,高层结构会出现振动的情况,如果振动处于某一限值时,人们就会感觉不舒适。因为建筑高度在不断的变高、建筑结构体系在不断的完善等等因素的影响,使得高层建筑结构呈现着越来越柔和的趋势,此外,风作用发生的频率越来越高,高层建筑设计和控制的重要因素逐渐的变成舒适度。高层和超高层建筑钢结构因为高度的快速增加,结构振动阻尼变得越来越小,风荷载对高层建筑的作用越来越大,因此高层建筑钢结构在设计的过程中首先要考虑风运动的人体舒适度。为了更加科学和合理的对高层建筑结构的舒适度和结构设计进行研究,有必要从可靠性角度分析舒适度。

5结语

总而言之,随着社会经济不断的进步和发展,城市建设规模的不断扩大,城市中高层建筑的数量也越来越多。因此,高层建筑的结构设计人员要不断的进行学习,重视结构试验研究成果,同时在结合大量工程经验的基础上,做出科学合理的高层建筑结构设计。

参考文献

[1]朱静萌.高层建筑结构抗风设计浅析[J].中国新技术新产品,2012(7):178.

[2]李倩.关于高层建筑结构抗风设计的优化分析[J].城市建筑,2017(3):63.

[3]李自明.高层建筑结构的抗风设计[J].工程技术:文摘版,2016(4):48.

[4]陈越.高层建筑结构的抗风设计[J].工业b,2015(47):126.

作者:张朝贵 单位:黔西南布依族苗族自治州设计院

 

  发布时间:2017/12/6 9:16:05  阅读人次