抗风设计课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,ppt课件,*,结构抗风设计,主讲人：潘静雯,指导老师：周云、吴从晓、张超,1,ppt课件,结构抗风设计主讲人：潘静雯1ppt课件,第一节 风对结构的作用及设计要求,一、风对结构的作用,顺风向,的风力作用。它包括,平均风,和,脉动风,结构物背后的漩涡引起结构物的,横向风,的振动,风力对结构偏心作用的,风力扭矩,，以及该扭矩对结构产生的,扭转振动,2,ppt课件,第一节 风对结构的作用及设计要求一、风对结构的作用2ppt课,二、抗风设计要求,抗风设计必须满足,强度,设计要求。,抗风设计必须满足,刚度,设计要求,抗风设计必须满足,舒适度,设计要求,为防止风对外墙、玻璃、女儿墙以及,其他装饰构件的,局部破坏,，也必须对这,些构件进行合理设计,抗风设计必须满足,抗疲劳破坏,要求,3,ppt课件,二、抗风设计要求3ppt课件,顺风向,:,平均风,(,静力,),和阵风脉动风,(,动力,),横风向,:,动力 扭转：对称结构，一般可以忽略。,细长柔性结构,横风向可能产生很大的动力效应,.,达文波特发现，在一定时间间隔内，各位置上风速的,平均值 几乎是不变,的，但是随着高度的增加而增大这就是平均风，其周,期大约在,10min,以上，,远离一般结构的自振周期,，因此对结构的作用是,静力,的。,脉动风是平均风基础上的脉动，其周期与结构物的自振周期较为,接近,，因此对结构的作用是,动力,的。,第二节 风荷载计算,4,ppt课件,顺风向:平均风(静力)和阵风脉动风(动力)横风向:动力,一、顺风力,（平均风力,+,风振力）,5,ppt课件,一、顺风力（平均风力+风振力）5ppt课件,1,、基本风压,6,ppt课件,1、基本风压6ppt课件,7,ppt课件,7ppt课件,几点说明,（,1,）,考虑到房屋高度大于,60m,的高层建筑对风荷载比较敏感，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的,1.1,倍,采用。,（,2,）,对于房屋高度不超过,60m,的一般高层建筑，其基本风压是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。,相对,02,规程，本次修订,：,（,1,）,取消了“特别重要”的高层建筑的风荷载增大要求,，主要因为对重要的建筑结构，其重要性已在结构重要性系数体现在结构作用效应的设计值中；,（,2,）对正常使用极限状态设计，其要求可比承载力设计适当降低，一般仍可采用基本风压值或由设计人员根据实际情况确定，不再作为强制性要求；,（,3,）,对风荷载比较敏感的高层建筑结构，风荷载计算时不再强调按,100,年重现期的风压值采用，而是直接按基本风压增大,10%,采用,。,8,ppt课件,8ppt课件,在大气边界层内，风速随地面高度而增大。当气压场随高度不变时，风速随,高度,增大的规律主要取决于,地面粗糙度,和,温度,垂直梯度。通常认为在离地面高度为,300m,500m,时，风速不再受地面粗糙度的影响，也即达到所谓“梯度速度”，该高度称之为梯度风高度。,对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据,地面粗糙度类别决定,。,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2011,）将地面粗糙度分为,A,、,B,、,C,、和,D,四类（见表）。,2、风压高度变化系数,9,ppt课件,2、风压高度变化系数9ppt课件,10,ppt课件,10ppt课件,3,、,风载体型系数,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2011,）表,7.3.1,列出,38,项,不同类型的建筑物和各类结构的体型系数，当建筑物与表中列出的体型类同时可参考应用。,房屋和构筑物与表中的体型类同时，可,按表规定取用,；,房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可,参考有关资料采用,；,房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，,宜由风洞试验确定,；,对重要且体型复杂的房屋和构筑物，,应由风洞试验确定,。,高层建筑混凝土结构技术规程,（,JGJ3-2010,）对,建筑结构荷载规范,（,GB50009-2011,）表,7.3.1,的简化和整理，给出了,12,种,体型的风载体型系数（附录,B,）。,11,ppt课件,3、风载体型系数 建筑结构荷载规范（GB50009-2,12,ppt课件,12ppt课件,1,、矩形截面,2,、,L,形截面,3,、槽形截面,4,、正多边形平面、圆形平面,13,ppt课件,1、矩形截面2、L形截面3、槽形截面 4、正多边形平面、圆形,5,、扇形平面,6,、棱形平面,7,、十字形平面,8,、井字形平面,14,ppt课件,5、扇形平面 6、棱形平面 7、十字形平面 8、井字形平面,9,、,X,形平面,10,、艹形平面,11,、六角形平面,12,、,Y,形平面,15,ppt课件,9、X形平面 10、艹形平面 11、六角形平面 12、Y形平,房屋高度大于,200mm,或,（,取消：,房屋高度大于,150m,，）,有下列情况之一时，宜进行,风洞试验,判断确定,建筑物的风荷载：,平面形状或立面形状复杂；,立面开洞或连体建筑；,周围地形和环境较复杂。,对风动试验的结果，当与按规范计算的风荷载存在较大差距时，设计人员应进行分析判断，合理确定建筑物的风荷载取值。,16,ppt课件,房屋高度大于200mm或（取消：房屋高度大于150m，,17,ppt课件,17ppt课件,18,ppt课件,18ppt课件,19,ppt课件,19ppt课件,二、横风向风振,按,2012,规范,8.5.1,条，,“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。”,由于判断是否需要考虑横风向风振的影响比较复杂，涉及建筑的高度、高宽比、结构自振频率及阻尼比等因素，因此条文说明中给出“,建筑物高度超过,150m,或高宽比大于,5,的高层建筑可出现较为明显的横风向效应,”这一条件。,20,ppt课件,二、横风向风振20ppt课件,21,ppt课件,21ppt课件,三、扭转风振,22,ppt课件,三、扭转风振22ppt课件,适用范围,23,ppt课件,适用范围23ppt课件,四、荷载组合,24,ppt课件,四、荷载组合24ppt课件,随着房屋高度增加，在强风作用下，高楼,(,高层钢结构,),所产生的振动，使人,不舒适,，所以高楼的抗风设计，不仅要满足,强度、变形和倾覆稳定,方面的要求，而且还要使高楼在,顺风向振动、横风向振动和扭转振动,控制在不使居住者产生不适感的容许限度内。,研究表明：人体感觉器官不能觉察所在位置的绝对位移和速度，只能感受到它们的,相对变化,。线性加速度是由人内耳中的耳石察觉到的，局部加速度则是耳内的半规官感觉的。所以，,加速度（线性加速度和角加速度）,是衡量人体对高楼风振感受的最好尺度。,风振不适感的控制,25,ppt课件,随着房屋高度增加，在强风作用下，高楼(高层钢结构)所,26,ppt课件,26ppt课件,27,ppt课件,27ppt课件,28,ppt课件,28ppt课件,第三节 风洞试验,二、风洞是什么？,所谓风洞，是指在一个按一定要求设计的,管道系统,内，使用动力装置驱动一股可控制的气流，根据运动的相对性与相似性原理进行各种,气动力试验的装置,。,一、风洞试验的,优点,1,、能比较准确地控制试验条件，如气流的速度、压力、温度等；,2,、试验在,室内,进行，受气候条件和时间的影响小，模型和试验仪器的安装、操作、使用比较方便；,3,、试验项目和内容多种多样，试验结果的准确度比较高；,4,、试验比较安全，而且,效率高,、,成本低,。,29,ppt课件,第三节 风洞试验二、风洞是什么？一、风洞试验的优点29p,30,ppt课件,30ppt课件,31,ppt课件,31ppt课件,32,ppt课件,32ppt课件,三、风洞的分类,1.,按流动方式分：闭口,回流式,风洞和开口,直流式,风洞,2.,按风速大小划分：,低速风洞,、高速风洞、高超声速风洞,3.,按风洞试验段的构造划分：封闭式风洞、敞开式风洞,4.,按风洞的功能划分：航空风洞、,建筑风洞,、环境风洞、汽车风洞,四、风洞模型,几何相似；,大气边界层的相似；,动力相似（雷诺数相似）；,五、风洞试验室,同济大学、北京大学、湖南大学、汕头大学、中南大学、北京交通大学、长安大学等高校有不同类型的风洞实验室。,33,ppt课件,三、风洞的分类四、风洞模型五、风洞试验室33ppt课件,六、风洞试验模型分类：,刚性压力模型、气动弹性模型、刚性高频力平衡模型。,1,、,刚性压力模型,主要量测建筑物表面的风压力（吸力）,建筑模型材料：采用有机玻璃,建筑模型比例：约,1:300,1:500,建筑模型本身、周围结构模型以及地形都应与实物几何相似，与风,流动有明显关系的特征（建筑外形、突出部分等）都应正确模拟。,风洞试验得到结构的,平均压力、波动压力、体型系数,。,风洞试验一次需持续,60s,左右，相应实际时间,1h,。,2,、,气动弹性模型,对高宽比大于,5,、需要考虑,舒适度的高柔建筑,时采用,可精确地考虑结构的柔性和自振频率、阻尼的影响。模型制作麻烦，试验时间长,34,ppt课件,六、风洞试验模型分类：34ppt课件,香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验,35,ppt课件,香港青马大桥全桥气动弹性模型风洞试验35ppt课件,如果以后我们需要做风洞试验，我们要做些什么呢？,36,ppt课件,如果以后我们需要做风洞试验，我们要做些什么呢？36ppt课件,（,1,）首先要,确定试验目的,。是做,刚性模型试验,还是弹性模型试验，通常工程应用多为前者；此外是仅测,平均风压,还是要测,脉动风压,，一般对于比较,刚,的结构仅测平均风压就够了，而对于相对较,柔,的结构（比如幕墙结构），则需要测脉 动风压；另外，是测,整个结构,的风压还是,局部,风压等等，这些问题都要事先确定好，必要时要多听听专家的意见。一般来讲，测试的要求越简单、项目越少，费用也 就越低。,（,2,）根据前面的具体要求，选择,试验机构,。这一点很重要，因为好的风洞试验室试验设备比较先进，而且那里有好多风工程方面的专家，这样就可以使你的试验数 据更准确、更可靠。目前国内在结构风工程方面比较好的风洞实验室有：,同济大学风洞实验室,和,汕头大学风洞实验室,等。这些实验室的条件可以说是国内一流的，当 然其费用也会相对的贵一点，而且由于到那里做实验的人较多，通常需要排队。需要强调的一点是，对于建筑模型试验，最好选择,大气边界层风洞,，不要选择 航空风洞；因为,航空风洞,的试验段长度太短，对近地面自然风的模拟通常不理想。,37,ppt课件,（1）首先要确定试验目的。是做刚性模型试验还是弹性模型试验，,（,3,）,模型制作,。一般来讲，模型制作可以委托风洞实验室人员来完成；不过有一些基本要求还是应该做到心里有数。比如，,模型的缩尺、测压点的多少等,。模型的 缩尺一般与风洞的试验段大小有关，太大了会影响风洞的阻塞度，太小了布测点比较困难；测压点的布置也比较有学问，通常在风压变化比较剧烈的区域要布置得比 较密一些。此外，还要注意在实际结构的周围有没有比较显著的建筑物或山丘等，如果有也要模拟出来，因为它们对会直接影响到结构表面的风场。（,4,）,实验方案,的确定。包括,试验风速、风向、时间,等。这些可以与实验人员一起讨论完成。最主要的是,不要丢项,，否则等实验作完了再去补测就很困难了。（,5,）,实验数据的处理,。这是一项技术性很强的工作，一般实验机构完成。他们会给你提供一份,试验报告,，包括具体的风压系数分布和设计建议等。不过要强调的一 点是，在进行具体的抗风设计时，千万不要完全依赖实验结果，要有选择的参考。,38,ppt课件,（3）模型制作。一般来讲，模型制作可以委托风洞实验室人员来完,Thank You for Your Attention,39,ppt课件,Thank You for Your Attention39,