《高层风荷载》PPT课件.ppt
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1、高层建筑结构田砾 2011.10 简要回顾 Review图1 结构内力、位移与高度的关系HHN=f(H)M=f(H2)=f(H4)内内力力或或位位移移 高层结构中水平荷载作用下结构的侧移高层结构中水平荷载作用下结构的侧移往往起控制作用,那么,主要的水平荷载往往起控制作用,那么,主要的水平荷载有哪些呢?有哪些呢?这说明了这说明了什么问题什么问题?风荷载 地震作用Chp.3 Chp.3 高层建筑荷载高层建筑荷载3.1 风荷载(风荷载(Wind loads)本节重点(本节重点(Emphases)v基本风压值概念,确定方法基本风压值概念,确定方法v风载标准值计算及系数含义风载标准值计算及系数含义v横风
2、向风振横风向风振:旋涡脱落,驰振旋涡脱落,驰振,颤振颤振,扰振等扰振等v例题(结合工程实例)例题(结合工程实例)Breeze,wind,storm引言风灾实例 春风和煦 夏风怡人 秋风飒飒 很美好!但事物的 另一面呢?古巴首都哈瓦那海滨大街飓风“威尔玛”掀起滔天巨浪,越过堤岸,拍打着楼房 hurricane 2005.8.30 美国新奥尔良,飓风卡特里美国新奥尔良,飓风卡特里娜袭击娜袭击,80%的土地被淹,死亡的土地被淹,死亡上千人上千人,410亿美元的损失,亿美元的损失,2000亿美元的重建费用。亿美元的重建费用。05年全美先后遭受年全美先后遭受13次飓风袭击次飓风袭击 飓风丽塔袭击美国飓风
3、丽塔袭击美国风的威力!风的威力!2007.8.18 台台风圣帕福建登陆风圣帕福建登陆 风灾实例风灾实例 1926年年9月美国月美国迈阿密市迈阿密市Meyer-Meyer-KiserKiser大楼大楼(17层钢框架层钢框架)飓)飓风风袭击后发生塑性袭击后发生塑性变形,顶部水平变形,顶部水平残余位移竟达残余位移竟达0.61m。,海口市蓝天路凡达大厦楼顶,海口市蓝天路凡达大厦楼顶的大铁皮,因被风吹而悬挂在的大铁皮,因被风吹而悬挂在半空中,直接危及行人和路边半空中,直接危及行人和路边的高压电线。的高压电线。风对建筑物的损坏风对建筑物的损坏收费站收费站收费站收费站广告牌广告牌广告牌广告牌新新Tacoma
4、桥桥1938年开工建设,通车,塌年开工建设,通车,塌毁,主跨长毁,主跨长853.4m,全长,全长1810.56m,桥宽,桥宽11.9m,梁,梁高仅高仅1.3m,中等风速,中等风速19m/s新桥建成,悬索桥,加新桥建成,悬索桥,加劲梁改为桁架式,比旧劲梁改为桁架式,比旧桥长桥长12m。Tacoma 桥桥 2007.2.28,2时时05分,新疆吐鲁番三十里风分,新疆吐鲁番三十里风区区5807次列车因瞬间大风(次列车因瞬间大风(13级)造成级)造成11节车节车厢脱轨,厢脱轨,3人当场死亡,人当场死亡,34人轻伤。人轻伤。3.1.2 两类性质的大风台风,飓风,热带风暴季风:冬季西北风;夏季东南风。冬季
5、西北风;夏季东南风。台风台风:大气环流中的组成部分,风速达到大气环流中的组成部分,风速达到 33m/s以上,出现在西北太平洋和以上,出现在西北太平洋和 我国南海海域的热带低压气旋称为我国南海海域的热带低压气旋称为 Typhoon。飓风飓风:同样地,发生在大西洋、加勒比海和北太同样地,发生在大西洋、加勒比海和北太 平洋东部的则称平洋东部的则称Hurricane,一天内释放的一天内释放的 能量相当于全美国半年的电力需求量。能量相当于全美国半年的电力需求量。热带风暴:热带风暴:发生在印度洋附近的为发生在印度洋附近的为tropic storm(龙卷风:伴随台风等产生,作用时间短。龙卷风:伴随台风等产生
6、,作用时间短。cyclone,tornado)(麻省理工学院、以色列希伯来大学的两支团队试图改变飓风(麻省理工学院、以色列希伯来大学的两支团队试图改变飓风 方向以减小损失。方向以减小损失。2007-10-22 北京青年报北京青年报)3.1.3 我国风气候总况我国风气候总况大风区大风区 东南沿海、青藏高原东南沿海、青藏高原次大风区次大风区 东北、华北和西北东北、华北和西北 最大风区最大风区 台湾、海南和南海岛屿;台湾、海南和南海岛屿;小风区小风区 长江中下游、黄河中下游长江中下游、黄河中下游最小风区最小风区 云贵高原云贵高原新新疆疆山山口口风风瞬瞬时时最最大大可可达达64m/s!大大约约 是是
7、12级级 风风的的风风速速的的两两倍倍,相相当当于于18级级风风和和4级级飓风飓风 基本概念基本概念 Conception Conception 空气从气压高的地方流动到气压空气从气压高的地方流动到气压低的地方就形成了低的地方就形成了风风。风遇到建筑物。风遇到建筑物时,在建筑物表面产生压力和吸力,时,在建筑物表面产生压力和吸力,这种风力作用称为这种风力作用称为风荷载风荷载。由流体力学中的伯努利方程可知由流体力学中的伯努利方程可知风压与风速关系风压与风速关系 风风 速速 风压力风压力在在标标准大气情况下,准大气情况下,约为约为沿海城市上海,上沿海城市上海,上值约为值约为高山地区的拉高山地区的拉萨
8、萨,上,上值约为值约为空气空气单单位体位体积积重力重力空气质点密度空气质点密度(kg/m3),法国北部维姆勒,大风卷起巨浪。,法国北部维姆勒,大风卷起巨浪。风压与风速 关系密切 一场强烈暴风18日席卷西北欧多个国家,至少6人死亡。风速最高达140km/h(约40m/s)。赖斯对德国的访问也因此提前结束。那么,计算风压时,该如何确定风速呢?基本风速基本风压标准标准高度高度标准标准地貌地貌平均平均风速风速时距时距最大最大风速风速样本样本 最大最大 风速风速重现期重现期概率概率分布分布曲线曲线基本风压 Reference Wind PressureGB50009-2001,JGJ 3-2002v基本
9、风压应按照现行国家标准建筑结构荷基本风压应按照现行国家标准建筑结构荷载规范载规范GB50009的规定采用。对于特别重的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑,承载力要或对风荷载比较敏感的高层建筑,承载力设计时应按设计时应按100年重现期的风压值采用。年重现期的风压值采用。v基本风压按离地基本风压按离地10米高度,空旷平坦地面,米高度,空旷平坦地面,50(100)年一遇,)年一遇,10分钟平均最大风速计分钟平均最大风速计算。算。v但基本风压不得小于但基本风压不得小于 0.3kN/m2 v对于特别重要或风敏感的高层建筑,对于特别重要或风敏感的高层建筑,100年年v高度大于高度大于200
10、m,平面不规则平面不规则,立面复杂立面复杂 立面开洞或连体立面开洞或连体 周围地形环境复杂周围地形环境复杂 宜通过宜通过风洞试验风洞试验判断判断确定风荷确定风荷 载,以补规范的不足。载,以补规范的不足。“珠江帆影珠江帆影”高层建筑群风洞试验高层建筑群风洞试验u非标准高度换算非标准高度换算u非标准地貌的换算非标准地貌的换算u不同时距的换算不同时距的换算u不同重现期的换算不同重现期的换算u山区、远海海面、海岛应修正山区、远海海面、海岛应修正3.1.6 3.1.6 换算与修正换算与修正风荷载标准值风荷载标准值 nominal value of wind loadv计算主要承重结构时v计算维护结构时(
11、kN/m2)1)风振系数(顺风向)在风的顺风向时程曲线中,会有两种成分:在风的顺风向时程曲线中,会有两种成分:长周期长周期-持续持续10分钟以上平均风(稳定风)分钟以上平均风(稳定风)静力作用静力作用短周期短周期-只有几秒钟左右只有几秒钟左右 脉动风脉动风 动力作用动力作用时间风速平均风速实际风速风振动作用T10.25s的工程结构,以及H30m且H/B1.5的高柔房屋均应按随机振动理论、结构动力学方法考虑顺风向风振的影响。对于一般悬臂结构,如塔架,烟囱对于一般悬臂结构,如塔架,烟囱等高耸结构,以及可忽略扭转影响等高耸结构,以及可忽略扭转影响H30m,H/B1.5的高层建筑,可以的高层建筑,可以
12、只考虑第一振型作用,按下式考虑只考虑第一振型作用,按下式考虑风振影响。风振影响。脉动增大系数,按照w0T12查表确定,v 脉动影响系数,按照结构总高度,高宽比,地面粗糙度类别查表确定 振型系数,按照高耸结构或高层结构,根据振型号和相对高度查表确定可按下表查用:可按下表查用:脉动增大系数脉动增大系数 由随机振动理论导出,按由随机振动理论导出,按达文波特达文波特Davenport建议的风谱密度经验公式建议的风谱密度经验公式简化可得:简化可得:new脉动影响系数脉动影响系数:反应了反应了风压脉动相关性风压脉动相关性对对结构的影响。结构的影响。结构迎风面宽度远小于其高结构迎风面宽度远小于其高度的情况度
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