7.—5  高层结—构风振 》 》 7.5《。.1 ？ 本：节内容包含》GB 50009】-2012第8.】4节顺风向风振【和风：振系数及第》8.5节横》。风向和扭转风振两部！分内容？中高：层结构风《振的内容 — 《7.5.2》  参考国外—规范及我国建筑工程！。。抗风设计和理论【研究的实践情况当结！构基本自《。振周期T≥0.2】5s时以及对于【高度超过30—m，且高宽比大》于1.5的高柔【房屋：由风引起的结构振】动比较明显而—且随着结《构自振周期的增【长风振也随之增【强因此在设计—中应考虑《风振的影《响而且原则》。上还应考虑多—个振型的影响—；对于？前几阶频率比较密集！。的结构例《如桅杆、屋盖等【结构：。需要考虑的振型可】多达10个》及以上？。应按随机振》动理：。论对结构的响应【。进行计算 ！     对—于T＜0《。.25？s的结构和高度【小于30《m或高宽比》。小于1.5的房屋】原则上也应考—虑风振影响但已有】研，究表明对这》类结构往往》按构造要求进行结构！设，计结构？已，有，足够的刚度所以【这类结？构的风振响应一般】不大一般来说不考】虑风振响《应不会影响这类结】构的抗风安全—性 》 7.5》.3  由于横风向！风振对建《筑物带来的影—响不可忽略本条对】将GB 《5000《9-2012中第】8.5.1条—中“…宜考》虑横：风向风振的》影响”进一》步严格为“》…应考？虑横风向风振的影】响” 》 ：     判—。断高层建筑是否需】要，考虑横？风向风振的影响这一！问题比较复杂一般】要考虑建筑的—高度、？高宽比、结构—自振频率及阻尼【比等多种因》素并要借鉴》工程经验《。及有关资料来判断一！。般，而言建？筑高度超过150m！。或高宽比大于5【。的高层建筑可—出现较？为明显的横》。风向风振效》应并且效应》随着：建筑高度或建筑高宽！。比增加？而增：加细：长圆形截面构—筑物一般指高度【超过30《m且高宽比大—于4的构筑》物 【7，.，5.4  扭转风】荷，。。载是由于建筑各个】立面风压的》非对称作用》产生的受《截面：形状和湍《流度等因素的—影，响较大判断高层建筑！。是，否需要考虑扭转风】振的影响主要考【虑建筑的高度、高宽！比、深？。。宽比、结构自振【频率、结构刚度【与质：量的：偏心：等因素 《 ： 7.5—.5～7.》5.9  对于一】般，悬臂型结构例如框】架、塔架、烟—囱，等高耸结构》高度：大于30m》且，。。高宽比大于1.【5的高柔房屋—由于频谱比》较稀疏第一振—。型起到？绝对的作用》此时可以仅》考虑结构的》第一振型并通过下】式的风振系数—来表达 《 ，。 ， ？   】  式中为顺风【向单位高度平—均，风力（？kN/m）可按下】式计算 【 —   《  为？顺风：向单位高度第1阶风！振惯性力峰值—（kN/m）—对，于重量沿高度无【变化：。的等截？。面结：构釆用下式》计算： ！     式】中ω1为结构顺【。风向第1阶自—振圆：频率；g为峰值【因子取为2.5【；σq1为顺—风向一阶广义位移均！方，根当假定《相干函数与频率无】关时σq1》按下式计算 】 —     将风！振响应近似取为准静！态的背景分量及窄带！共振：响应分量之和则【。式（4）与》频率有关的积分项】可近似表示为 ！ 【     而式（！4，。）中与频率无—关，的，积分：项乘以后以》背景分量因子表【达 ： —   【。  将？式（2）～式—（6）代入式—（1）就得到—规范规定的风振系数！计算式（7》.，5.6？）， 《   《  共？。振因：子R：的一般计算》式为 】 ：     】S，f为归一化风速谱若！釆用D？avenp》ort建议的—风速谱密度经验公式！则 】     ！利，用式：（7）和式（8【）可得到规》范的共振因子计算公！式，（7.5.7-1）！ 》     》。在背景？因子计算中可—采用S？hiotani【提出的？与频率无关的竖【向和水平向相干【函数 — ？。 】     湍流！。度沿高度的分布可】按下式计算 ！ 【 —。。 ，    式中a为地！面粗糙度指数对【。应于A、B、—。。C和D？类地貌分别取为0】.12、《0.：1，5、0.22和【0.30I1—0为10《m高名义湍》流度对应A、—B、C和D》类地面？粗糙度可分》别取0.1》2、0.14、【。0.23和0—.39 】。 ，  ：  式（6）为多重！积分式为方》便使：用经过大量》试算及回归分析釆】用非线性《最小二乘《。法拟合得到》简化经验公》式（7.5.—8）拟合计算过【程中：考虑了？迎风面和背风面的】风，压，相关性同时结合工】程，经验：乘以了0.》7的：折减系？数 ： ？    》 对于体《型或质？量沿高度变化的高耸！结，构在：应用公式（》7.5.8）时应】注意如下问题对于】进深尺寸《比较均？匀的：构筑物即使迎—风面宽？度沿：高度：有变化计《。。算结果也和按等截】面计算的结果—十分：接近：故对这种情况仍可采！用公式（7.5.】8）计算背》景分量因子；对于进！深尺寸和宽度沿高度！按线性或近似于线性！变化、而重量沿【高度按连续规—律变：化的构筑物例如截面！为正：方形：。。或，三角形？的高：耸，塔架及圆形截面的】烟囱计算《结果表明必须考虑外！形的影响对》背景分量因子予以修！正 《   》  附录J规定了顺！。风，向风：振加速？度计算？的内容顺风向—风振：加速：度计算的《。理论与上述风—振系数？计算所采用的—相同在仅考虑第一振！型，情况下加速度响【应，峰值：可按下式《。计算： ， ： —     【式中Sq1（ω【）为顺风向第1【阶广义位移响应功】率谱 ？ ？     釆用D！。aven《。port风速谱和】Shiot》ani空《间相关性公式上式】可表示为 》 》。   】  为便于使—。用；上式中的根【号项用顺风向风振加！速度的脉动》系数ηa表示则可得！到本规？范，附录J的《公式（J.1—.1）经计算整理得！到ηa的《计算用表即本—规范表J.1.2】 7.】5.10 》 结构振型》系数按理应通—过结构动力分析确定！为了简化《在确定风荷载时可】。。采用近似公》式按结构变形特点对！高耸构筑物可—。按弯曲型考》虑采：用下：述近似公式 【 ！     对高层建！筑当以剪《力墙的工《作，为主时可按弯剪型考！虑采用下述近似公】式 ： 】  《 ，  对高层建筑也可！进一：步，考虑框架和剪力墙各！自的弯？。曲和剪切刚度根【据不同的综合刚度参！数λ给？出不同的振型系数】附录G对高》层建筑给出前—四个振型系数它是假！设框架和剪力—。墙，。均起主要作用时的】情况即取λ＝3综】合刚度参数λ可按】下式确定 ！ ：     ！。式中C建《筑物：的剪切刚《度； —     —    EIw【剪力墙的《。弯曲刚度； ！      【。   EIN考【虑墙柱轴《向变形的等效刚度；！ ？。 】   ？      Cf】框架剪切刚度； 】 ？  ？    《   Cw剪力墙】剪，切刚度； 【     【   ？ H房屋总高 ！ 7.》5.：11、7.5.【12 ？ ，当建筑物受》。到风力作用时—。不但：顺风向可能》发生风振《而且在一《定条件下也能发【生，横风向的风》振导：致建筑横风向—。风振的主要》激励有尾流激励【。（旋涡脱落》激励）？。、横风向紊流—激，励以及气动弹性【激励（建筑》振动和风《之间的耦合效应）】其激励特性远比顺风！向，要，复杂 ？ 》   ？ 对于圆《截面柱？体结构若《旋涡：脱落频率《与结构自振频率【。相近：可能出现《共振大量试验表明】旋涡脱落频率—fs：与平：均风速v成正比与截！。面的直径D成反【比这些变量之间【满，足如下关系》其中St是斯—脱罗哈？数其：值仅决定《于结构？断面：。形状和雷诺》数 《    — 雷：诺数（？可用近？似公式Re＝—6，9000vD计算】其中分？母中v为空气—运动黏？性系数？约为：1.45×》1，0－5m2/—s；分子中v是【平均风速；》D是圆柱结》构的直？径）将影响》圆截面柱体结构【的横：风向风？力和振动响应当风速！较低即Re≤3×】105时St≈0】。.，2一旦fs与结构频！。率相等即发生亚临界！的微风共《振，当风速增大而—处于超临界范—围，即3×1《05：≤Re＜3×—。。106时旋涡脱【。落没有明《显的周期结构的横】向振：动，也呈：随机性当风》更大Re≥3—×106即进入跨】临界范围重新出【现规则的周期—性旋涡脱落一旦与结！构自振频率接近【结构将？发生强风共振 】 《    《一般情况下当风速】在，亚临界或超临—界范围内《时只要釆取》适当构？造措施结构不会在】短，时间内出现严重问】题也就是《说即使发《生亚临？界微：风共振或超临界随】机振：动结构的《正常使用可能受到影！响，但不至于造成结构破！。坏当风速进》入跨临界范围内【时结构有可能出现】严重的振动》甚至：于破：坏国：内外都曾发生过【很，多这类损坏和破坏的！事例：对此必？。须引起注意 】     【规范附录H.1给】出了发生《跨临界？强风共振《时，的圆形截面横风向风！振，等效：风荷载计算方法【公，式（H？.1.1-》1）中的计算系数】λj是对《j振型情况》下考虑与共振区【分，布有关的折算系数此！外应注意《公式中的临界风速】。vcr？。与，结构自？振，周，期有关也即对同一结！构不同振型的强风共！振，v，cr：是不同的《 ， ？。     —本条第3款将横【风向风振等效风荷】。载计算的《公式适用《。的高宽比《范围由GB 50】009-20—12规？定的“？高宽比4～8—之，。间”缩？窄至“高宽》比4～6之间”主要！原因如下 【   》  当？基，本，风压超过0.5kP！a时对于高度在2】00：m以：上、高宽比》在6以上时按照上述！。公，式计算时会出现【。横风向风《。振等效风《。荷载会？明显超过《顺风向荷载》的情况？详细算例见表—7～：表9由于风荷—载作为控制荷载【其对高层建筑的【性能：指标起着决定性【作，用直接影响到建【筑物的建造成本【由于横风向》风振等？效风荷载会作为主】控工况进行组合【当其明显《超过顺风向》风荷载时按此进行】抗风：设，计的：成本会较《大幅度增《加因此当建筑高宽】比超过6或》者根据附录》H.2？计，算，得到的横风向—风振等？效风：荷载明显《超，过顺：风向风荷载时—须通过风洞试验手】段对结果《进行：。校核方能用于工程设！计 》 《 ： ？ 》 ？ ， 【     》附录H.2的横风】向风：振，等效：风荷载？计算方法是依据大】量，典型建筑《模，型，的风洞试《。验结果给出的—这些典型《建筑的截《面为均匀矩》。形高：宽比（）和》。截面深宽比（—D，/B）分别》为，4～：6和0.5～—2试验结果的适用折！算风：速范围为 》     ！大量：研，究结果表《明当建筑截》面深宽比大于2【。。时，分离气流将在侧【面发生再《附横风向风》力的基本《特征变？。化较大；当设—计折算风速大于1】0或高宽比大于6】可能发生不利并且难！以准确估算的气【动弹性现象不宜采】用附录H《.，2计算方法建—议进行专门的风【洞试验研究 ！     高【宽比在4～6—。。之间以及截面深【宽比D/B在0.】5～2之间的矩形截！面高层建筑的横风向！广，义力功率谱可按下列！公式计？算得到 —。 【 《 《    式中fp横！风向风力谱》的，谱峰频率系》数；：   】     》 NR地面》粗糙度？类别的序号对应A】。、B、C和》D类地貌分别—取1、2《、，3和4； 》   【      —Sp横风向风力谱的！谱峰系数《。；，。 》      —   β《k，横，风向：风力：谱的带宽系数；【 ： ？   ？     》 γ横风向》风力谱的《偏态：系数 【     图H.2！.，4给出的《是将＝6.0—代入该公式计算得】到的结果供设计人】员手算？时用：此时因取高宽—比为固定值忽略了】其影响对大多数【矩形截面高层建筑计！算误差是《可以接受的 【     附！录J中规《定了横风向风振【加速度计算》的内容横风向—风振加速度计算的依！据和方法与横风【向风振等效风—荷载相似《也是：。。基于大量的风洞【试，验结果？大量风洞试验结果表！明高层建筑》横，风向风力以》旋涡脱落激励为主】。相对：于顺风向风》力谱横风《向，风力谱的峰值比【较突：岀谱：峰的宽度较》小根：据横风向风》力谱的？特点并？参考相关《研究成？果横风向加速度响】应可只考虑共振分】量的贡献由此推导可！得到本规范附录J】横风向？。加速度？计算公式(J.【2.：1) — 7.5.13】。 ， 截面尺寸和质量沿！高度基本相同的【矩形：截面高层建筑—当其刚？度或质量的》偏心率（偏心距【/回转半径）不【大于0.2且同时满！足D：/B在1《.5～5范围可按】附录H.3计—算扭转风《。振，等效风荷载 【    【 当偏心率大—于0.？2时高层建筑的弯】扭耦合风《。振效应显著》结构：风振：响应规律非常复杂】不能直接釆用—附录H.3》给出的？方法计算扭转风振】等效：风荷载；大量—。风洞试？验结果表明风致【扭矩与横风向风力具！有较强相关性当时】两者的耦合作用易发！生不稳定的气动【弹性现象对于—符合上述情沉—的高层建筑建议在风！洞试验基础》上有针对性》地进行专门研究 ！ 7.—5.14 》 高：层建筑结构》在脉动风《荷载作用下其顺风向！风，荷载、横风向—风振等？效风荷载《和扭转风振等—效风荷载一般—是同时？存，在的但三种风—。荷，载的最大值》并不一定《同，时出：现因此在设》计，中应：当，按表7.5.14】考虑三种风荷载【的组合工况 】     【GB： 5000》9-201》。2参照？日本荷载规》范给出？了顺风向《风荷载、横风向风振！等效风荷载、扭矩】风振等效风荷载的组！。。合工况其忽略了【顺风向与横风向荷】载，之间的？相关性即《在考虑顺风向荷【载，时不组合横》风向而考《虑横风？。向等效？风荷载时顺风向【。仅根据？经验考虑静力荷载部！分并且扭《转风振等效》风，荷载：未与另外两个方向的！风，荷载组合 ！。     本—。规范以日本规—范的原？始版本为基础—结，合大量风洞试验【数据的风荷》载，分，量组合系数对日本】规范中？相，关条文进行简化得】到表7.《5.14其中因实际！风洞试验经验表【明，横风向与顺风向【荷，载的相关《系数大部分在—15％～20—％之间日本》。规范以及I》SO规范定》义的：组合系数为40【％本规范考虑目【。前情况和经验—取为 20％；同时！。扭转工况时也—需考虑顺《风，向和横风向荷载【的组合 》