2019新規(guī)范風荷載共17頁文檔

1、(2)(4)第 頁第 頁2019新規(guī)范風荷載計算及其在PKPM軟件中的實現(xiàn)引言相對于上一版規(guī)范GB50009-2019（以下簡稱2019規(guī)范），建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2019（以下簡稱2019規(guī)范）對風荷載的計算方法做了較大的修改。其中不僅調(diào)整了風壓高度變化系數(shù)和體型系數(shù)等靜力計算內(nèi)容，而且對風振計算的內(nèi)容與方法做了大量的改進和完善工作，這其中包括：修改了順風向風振系數(shù)的計算表達式和計算參數(shù)，增加了大跨度屋蓋結(jié)構(gòu)風振計算的原則規(guī)定；增加了橫風向和扭轉(zhuǎn)風振等效風荷載計算的規(guī)定，增加了順風向風荷載、橫風向及扭轉(zhuǎn)風振等效風荷載組合工況的規(guī)定；增加高層建筑結(jié)構(gòu)順風向及橫風向風振加速度計算等內(nèi)

2、容。在風荷載的計算中，除了少數(shù)工程通過風洞試驗獲得數(shù)據(jù)以外，大多數(shù)工程仍需要借助于軟件的自動計算功能，這就需要由工程人員自行確定相關(guān)的參數(shù)，由于2019規(guī)范中風荷載計算涉及的參數(shù)較2019規(guī)范明顯增多，且計算方法變得更加復(fù)雜，使得參數(shù)的選擇和對計算結(jié)果的定性校核變得比較困難，因此有必要對各參數(shù)的選擇和主要參數(shù)對計算結(jié)果的影響進行詳細的分析討論。在本文中，依據(jù)2019規(guī)范提供的計算方法，結(jié)合PKPM的軟件，討論了不同的參數(shù)設(shè)置和結(jié)構(gòu)的特征對計算結(jié)果的影響，并對規(guī)范中的重要條文，如適用范圍等進行了重點探討。1順風向風荷載2019規(guī)范關(guān)于順風向風荷載的計算公式?jīng)]有形式上的變化，仍然采用平均風壓乘以風

3、振系數(shù)的表達形式。對于主要受力結(jié)構(gòu)，風荷載標準值的計算公式如下：叫=映匕叫其中：風荷載標準值（kN/m2）；Bz高度z處的風振系數(shù)；他風荷載體型系數(shù)；匕風壓高度變化系數(shù)；w0基本風壓。如果不考慮結(jié)構(gòu)在風荷載作用下的動力響應(yīng)，則由平均風壓引起的靜荷載取決于體型系數(shù)他、風壓高度變化系數(shù)及基本風壓這三項因素，下面首先討論順風向作用下的靜荷載計算：1.1基本風壓2019規(guī)范在2019規(guī)范數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進行了重新統(tǒng)計，部分城市在補充新的氣象資料重新統(tǒng)計后，基本風壓有所提高。12體型系數(shù)叫2019規(guī)范中表8.3.1中增加了第31項，對于高度超過45m的矩形截面高層建筑需考慮深寬比D/B對背風面體型系數(shù)的影響

4、。當平面深寬比D/BW1.0時，背風面的體型系數(shù)由-0.5增加到-0.6，矩形高層建筑的風力系數(shù)也由1.3增加到1.4。8.3.2條還增加了矩形平面高層建筑的相互干擾系數(shù)取值。在PKPM軟件中，基本風壓和體型系數(shù)由設(shè)計人員直接指定，以上兩項變化需由設(shè)計人員確認并在軟件參數(shù)中體現(xiàn)，軟件不做改變。1.3風壓高度變化系數(shù)2019規(guī)范在保持劃分4類粗糙度類別不變的情況下，適當提高了C、D兩類粗糙度類別的梯度風高度，由400m和450m分別修改為450m和550m。B類風速剖面指數(shù)由0.16修改為0.15，適當降低了標準場地類別的平均風荷載，具體變化如下：2001規(guī)范2012規(guī)范a=1.379仁z110

5、丿0.24(z0.44z110丿(z0.60z110丿Ha1.17zHB1.00zHC0.74zHB0.62z(z0.24z110丿(z0.30z110丿(z0.44Hc=0.544上z110丿(z0.60Hd=0.262z110丿HA1.09zHB1.00zHc0.65zHB0.51z圖1列出了四類地貌的風壓高度變化系數(shù)的新舊規(guī)范對比，可以直觀看出2019規(guī)范四類地區(qū)風壓高度變化系數(shù)均比2019規(guī)范減?。簣D1在PKPM軟件中，風壓高度變化系數(shù)由程序根據(jù)上述公式自動進行計算。當基本風壓和體型系數(shù)不改變時，風壓高度變化系數(shù)是影響順風向靜荷載的唯一因素，因此，圖1也等價于結(jié)構(gòu)不同高度處風荷載標準值

6、的變化規(guī)律。圖2統(tǒng)計了A-D四類場地風壓高度變化系數(shù)的兩版規(guī)范的差異，其中D類場地2019規(guī)范減小的最多（17.7%）,其次是C類（11.7%）、A類（6.9%）和B類（06.7%）。除B類外其余三類均接近等比例減小，B類在梯度風高度（350米）以內(nèi)隨結(jié)構(gòu)高度增加，差異相應(yīng)增大。這四類地區(qū)在超過梯度高度后，2019規(guī)范與2019規(guī)范的風壓高度變化系數(shù)分別為2.91和3.12，因此最終差異均為（2.91-3.12）/3.12=-6.7%。圖2圖3圖3統(tǒng)計了A-D四類地區(qū)，在層高均勻的前提下，按新舊規(guī)范計算的風荷載總值（即基底剪力）的差異隨結(jié)構(gòu)總高度變化的趨勢：對于A類地區(qū)，2019規(guī)范計算的基底

7、剪力減小6.8%左右，其差異基本不受結(jié)構(gòu)總高的影響；B類地區(qū)隨結(jié)構(gòu)高度增加，基底剪力的差異相應(yīng)增加，結(jié)構(gòu)總高100米時，新規(guī)范剪力減小3.2%左右，200米時減小4.6%左右，400米時減小5.8%左右，600米時，減小6.2%左右，即2019規(guī)范對于較高的結(jié)構(gòu)，風荷載總值相對降低的越多；C類地區(qū)在400米以內(nèi)時，減小11.7%左右，超過400米后，差異逐漸減小，600米時差異為9.7%；D類地區(qū)在450米以內(nèi)減小17.6%左右，超過450米后差異逐漸減小，600米時為14.6%。理論上，隨著結(jié)構(gòu)高度的增加，四類地區(qū)基底剪力的差異最終都將趨近于-6.7%，即風壓高度變化系數(shù)的最終差異。1.4風

8、振系數(shù)接下來討論2019規(guī)范中順風向風振的計算，在2019規(guī)范中風振系數(shù)的計算公式如下：(3)其中g(shù)為風振動力系數(shù)，與結(jié)構(gòu)的阻尼比、基本風壓及基本自振周期有關(guān);9為結(jié)構(gòu)的振型系數(shù)，在PKPM軟件中一律采用彎剪型的近似公式:zV為脈動影響系數(shù)，與粗糙度類別、咼寬比及結(jié)構(gòu)總咼度有關(guān)；卩為風壓高度變化系數(shù)。z2019規(guī)范風振系數(shù)采用如下公式：TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark30 0=1+2gIBv1+R2（5） HYPERLINK l bookmark135 z10z其中g(shù)、110分別為峰值因子和10m高度名義湍流強度，均為常量；R為脈動風荷載的共振分量因子，R=

9、I衛(wèi)經(jīng),（6）76.（1+坷）4/3其中IJ+R2與2019規(guī)范的E的表達式相同；B為脈動風荷載的背景分量因子，z(7)B=kHa1pp藥ZXZz(Z)其中哲辿與2019規(guī)范項相同，其余各項與粗糙度類別、結(jié)構(gòu)總高和迎風面寬度有關(guān)，這與2019z（Z）卩z規(guī)范的脈動影響系數(shù)V的影響因素相似，區(qū)別在于V與高寬比H/B相關(guān)，而kHp/z項則直接與迎風面寬度B相關(guān)?？梢娦屡f規(guī)范風振系數(shù)均與粗糙度類別、基本周期、基本風壓、阻尼比、結(jié)構(gòu)總高度、高寬比及風壓高度變化系數(shù)有關(guān)。假定基本風壓0.5KN/m2，阻尼比5%,高寬比等于5,結(jié)構(gòu)高度200米，基本周期3.3s，分別比較A-D四類地區(qū)的風振系數(shù)，如圖4所

10、示：圖4從圖4對比可知2019規(guī)范四類場地的風振系數(shù)均比2019規(guī)范明顯提高，為比較相對變化規(guī)律，對于100米、200米和400米的結(jié)構(gòu)，分別比較了不同高度處風振系數(shù)2019規(guī)范相比2019規(guī)范的百分比差異，以C類地區(qū)為例，仍然假定基本風壓0.5KN/m2，阻尼比5%,高寬比等于5,考慮結(jié)構(gòu)基本周期隨高度的變化，假設(shè)化=0.05n，樓層平均層高3米，則取=H/60，計算得到不同高度結(jié)構(gòu)的風振系數(shù)沿其自身高度的變化差異，如圖5所示。圖5針對本算例，結(jié)構(gòu)總高100米時，2019規(guī)范風振系數(shù)增加6%19%，結(jié)構(gòu)總高200米時，風振系數(shù)增加4%15%，結(jié)構(gòu)總高400米時，風振系數(shù)增加2%10%，且均呈

11、現(xiàn)出越往高處風振系數(shù)相比2019規(guī)范增大越多的規(guī)律。另一方面，當結(jié)構(gòu)總高度越高時，風振系數(shù)的變化相對越小，例如對于200米和400米的結(jié)構(gòu)，100米高度處的風振系數(shù)分別相對2019規(guī)范增大12%和6%?？梢?019規(guī)范相對增加了結(jié)構(gòu)較高處的風振系數(shù)，但相對減小了較高結(jié)構(gòu)的風振系數(shù)綜合風壓高度變化系數(shù)和風振系數(shù)的影響，仍以C類地區(qū)為例，分別比較上述三種不同高度結(jié)構(gòu)的風壓標準值的變化（比較條件同上），如圖6所示：圖6考慮風振后按新舊規(guī)范計算的風壓標準值沿樓層高度變化規(guī)律為先小后大，即在底部樓層略小于2019規(guī)范，越往上層，2019規(guī)范風荷載增加越快，在上部樓層可能超過2019規(guī)范，但也有可能偏小，

12、式(9)中式(9)中這與結(jié)構(gòu)總高度等因素有關(guān)，例如上例中100米和200米的結(jié)構(gòu)在上部樓層的風壓標準值超過2019規(guī)范，而400米結(jié)構(gòu)則各層風荷載均偏小，從上文可知當結(jié)構(gòu)越高時，風振系數(shù)增加越慢，而風壓高度變化系數(shù)的變化基本保持一致，因此風荷載增加的越慢。從上述比較可知考慮風振后的風荷載總值即基底剪力與2019規(guī)范相比可能增大也可能減小，圖7總結(jié)了A-D四類地區(qū)新舊規(guī)范基底剪力的百分比差異與結(jié)構(gòu)總高度H的關(guān)系，比較條件同上。圖7多數(shù)情況下，當結(jié)構(gòu)高度越小時，基底剪力相應(yīng)增加越多，隨著結(jié)構(gòu)高度增加，基底剪力的增加相應(yīng)減小，超過一定高度后，2019規(guī)范的數(shù)值將小于2019規(guī)范，即新規(guī)范增加了高度較

13、低結(jié)構(gòu)的風荷載，而相對減小了較高結(jié)構(gòu)的風荷載。例如C類地區(qū)，結(jié)構(gòu)總高小于150米時風荷載總值大于2019規(guī)范，150200米左右時二者相當，超過200米后則小于2019規(guī)范，且結(jié)構(gòu)越高，則風荷載總值相對減小的越多。對于較低的結(jié)構(gòu)，B類地區(qū)風荷載增大最多，其次為A類、C類和D類，而對于較高的結(jié)構(gòu)，D類地區(qū)風荷載將明顯減小，其次為C類，而A類和B類則和2019規(guī)范基本相當。由于風振系數(shù)同時還與結(jié)構(gòu)基本周期、阻尼比、高寬比等多項因素有關(guān)，而圖7只是在固定這些參數(shù)條件下的比較，因此只能體現(xiàn)其變化趨勢，而具體變化幅度則取決于各項參數(shù)的綜合作用，例如對于上述C類地區(qū)，同等條件下，阻尼比5%時，當高度為17

14、0米時新舊規(guī)范風荷載數(shù)值大小相當，而阻尼比為2%時，則在300米左右時新舊規(guī)范風荷載大小相當。同樣，結(jié)構(gòu)基本周期、基本風壓等參數(shù)也會產(chǎn)生類似的影響，因此變化規(guī)律較為復(fù)雜，具體工程的差異需要通過計算來確定。2矩形平面結(jié)構(gòu)的橫風向風振按2019規(guī)范8.5.1條，“對于橫風向風振作用效應(yīng)明顯的高層建筑以及細長圓形截面構(gòu)筑物，宜考慮橫風向風振的影響?！庇捎谂袛嗍欠裥枰紤]橫風向風振的影響比較復(fù)雜，涉及建筑的高度、高寬比、結(jié)構(gòu)自振頻率及阻尼比等因素，因此條文說明中給出“建筑物高度超過150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風向效應(yīng)”這一條件。橫風向風振的荷載可以通過風洞試驗獲得，也可以通過計算

15、獲得，2019規(guī)范在附錄中給出規(guī)則結(jié)構(gòu)的計算方法。有關(guān)風洞試驗的數(shù)據(jù)可以通過文件的形式接入PKPM的計算，這里主要討論規(guī)范附錄中提供的計算方法。2.1基本計算公式根據(jù)規(guī)范，對矩形截面高層建筑橫風向風振等效風荷載標準值計算公式整理如下：Iw=gw卩C-.1+R2(8)LK0zLL其中w橫風向風振等效風荷載標準值(kN/m2)；LKC橫風向風力系數(shù)；LR橫風向共振因子；Lg峰值因子，可取2.5；w基本風壓；0卩風壓高度變化系數(shù)。z相對于順風向荷載，式(8)中的主要計算參數(shù)為橫風向風力系數(shù)C=(2+2a)Cy(9)LmCM第4頁10)10)第 頁第 頁-0.019(D、-2.54瓦其中B為結(jié)構(gòu)迎風面

16、寬度，而D為順風向長度。C為角沿修正系數(shù)m(b1.5+301rbi、B丿、B丿1.00-81.6rb0.5rbi+24、B丿、B丿1.00-2.052(b)-290IB丿1.5(b-36.8IB丿2.50.05b/B0.2凹角(11)0.05b/B0.2削角a,C分別為風速剖面指數(shù)和地面粗糙度系數(shù)，對應(yīng)A，B，R橫風向共振因子C和D類粗糙度分別取不同的值。其中振型修正系數(shù)，吭SC/Y2R=KFsmCMLL4(f甲1(12)1.4(Z、-2a+0.9(a+0.95)CIH丿m(13)結(jié)構(gòu)橫風向第一階振型氣動阻尼比0.0025(1-T*pT*+0.000125T*2=1L1)L1L1-1-T*22

17、+0.0291T*2L1L1(14)折算周期T*二VHTL1L19.8B(15)橫風向廣義力功率譜cfSp(f*/f)YSfl(16)L1p式(16)中橫風向風力譜的譜峰頻率系數(shù)(1.28HNH)(D(D2191-9.48N+.R68-21+3IRJDBJDB丿IB丿IB丿f二10-5PkL1p(17)橫風向風力譜的譜峰系數(shù)S=(0.1N-0.40.0004eNr)pR0.84HDB-2.12-0.05YZDB丿0.422+1-0.08(DIB丿-2(18)橫風向風力譜的帶寬系數(shù)I(0.63H|344B(19)pk二1+0.00473e1.7n0.065+e1.26-dble1.7-d(26)

18、第 頁第 頁橫風向風力譜的偏態(tài)系數(shù)Y=(0.8+0.06N+0.0007eNr)R(H、034H,+0.00006eDBUdb丿0.414DB(DA1.23+1.67IB丿（20）從上述整理結(jié)果可以看出，橫風向風振等效荷載的計算相對于順風向荷載要復(fù)雜的多，計算結(jié)果除了與風壓高度變化系數(shù)卩、基本風壓值W0、風速剖面指數(shù)成線性關(guān)系外，其它計算內(nèi)容則主要z0是由結(jié)構(gòu)的形狀所決定的復(fù)雜非線性關(guān)系，尤其是和僉的相關(guān)影響，此外還包含了阻尼比，折算周期與折算頻率等結(jié)構(gòu)動力屬性，下面考察上述主要參數(shù)對橫風向風振等效荷載的影響。2.2高寬比的影響由式（1720）可以看出，橫風向廣義功率譜的計算結(jié)果與籍之間是高度

19、的非線性關(guān)系，對橫風向風振有較大影響，規(guī)范中采用高寬比4口H/B8的限制條件來保證橫風向廣義功率譜的有效性。為了考察高寬比對計算結(jié)果的實際影響，下面對功率譜密度函數(shù)的計算公式進行簡單整理，并分別考慮四種地面粗糙度，以圖8所示鋼結(jié)構(gòu)平面為例。圖8結(jié)構(gòu)平面圖首先假設(shè)地面粗糙度為A類，結(jié)構(gòu)X向長度為42m，Y向長度為27m，層高為3.6m,并假設(shè)基本風壓為0.35KN/m2，阻尼比為2%。按照荷載規(guī)范，鋼結(jié)構(gòu)的周期可以按下式估算：T=（0.100.15）n（21）這里取(22)(23)(24)(25)T二0.10n1結(jié)構(gòu)頂部風壓高度變化系數(shù)為：(HA0.24=1.284110丿由此可以得到結(jié)構(gòu)的折算

20、頻率；Bf*二1.4807L1H1.12則計算橫風向廣義力功率譜的其它主要參數(shù)可以整理為42=1.555627HH=0.8018xBB代入式（1720）中可以得到如下高寬比的函數(shù)：H=0.07731+7.7863x10-4一S=-0.003281P一+0.068740.2164B一卩=0.03999+2.1687e-0.5051bk(0.34一Y=1.10507.147x10-5e0.8018bIB丿根據(jù)上述整理結(jié)果可以得到如下高寬比與廣義力功率譜的關(guān)系。圖9廣義力功率譜與高寬比的關(guān)系4.50E+004.00E+002.50E+002.00E+001.50E+00l.OOE+OO5.00E-0

21、13.00E+003.50E+00O.OOE+OO10圖10第20層處橫風向等效荷載與高寬比的關(guān)系從圖9可以看出，在該算例中，當高寬比小于4時廣義力功率譜為負值，雖然在等效荷載的計算中需要對其取平方后計算，但這仍然標志著計算結(jié)果的異常；而當高寬比超過8時曲線的斜率明顯增加，但仍然光滑。從圖10看出，在高寬從小于4到大于4的變化過程中，第20層樓面高度處計算得到的等效風壓的變化規(guī)律不再單調(diào)，而是由大到小再變大，當高寬比大于8時，曲線變得不再光滑，尤其是A類和B類粗糙場地類別，相對來講C類和D類的變化趨勢則比較平緩。由此可見，規(guī)范將高寬比H/B設(shè)定在48之間，可以較好的控制上述計算公式的適用范圍，

22、且應(yīng)該注意的是：這是一個較為嚴格的條件，在工程設(shè)計中，采用規(guī)范方法計算橫風向風振時應(yīng)該對這一條件進行驗證。由于規(guī)范公式的適用范圍是規(guī)則矩形，在PKPM軟件中采用平均寬度計算高寬比以避免個別樓層的寬度變化引起計算結(jié)果異常。2.3深寬比的影響從上面（1720）式可以看出，廣義力的功率譜計算除了受高寬比影響較大外，另外一個影響較大的但對X參數(shù)就是深寬比D/B,這里仍采用圖8所示工程，假定結(jié)構(gòu)總層數(shù)30層，Y向長度27m不變，向長度進行簡單的比例放大或者縮小，以考慮深寬比對計算結(jié)果的影響。當?shù)孛娲植诙葹锳類時，折算周期可以表示為：(27)B27f*=1.4807=1.4807=0.2111L1H1.1

23、21081.12計算橫風向廣義力功率譜的其它主要參數(shù)可以整理成深寬比的函數(shù)：/D-0.5D/D210-5181.52+9.126821+3瓦1B瓦-0.5PS=.09891P3.36(IB丿-2.12-0.8/D-1瓦(D)-0.5el.7-3.441BI0.422+(1-0.08(IB丿卩=1.02590.065+k、(D)-。51.26-2.521IeIb丿(28)Y=-0.7381-1.6021(IB丿-0.17.(丫心+0.00006e4lB丿414時+1-67D-1.23瓦這樣就可以得到下面廣義力功率譜和橫風向風振等效風壓與深寬比的關(guān)系曲線。圖11廣義力功率譜與深寬比的關(guān)系1.81.

24、6壓風效等振風向風橫A類B類C類D類0.51.52.深寬比圖12橫風向風振等效風壓與深寬比的關(guān)系按照荷載規(guī)范，橫風向風振計算時，深寬比D/B應(yīng)該在0.52之間，從圖11中可以看出在計算X向風荷載作用下的橫風向風振等效風壓時，深寬比對結(jié)果的影響與高寬比情況類似，當深寬比變化時仍然會出現(xiàn)廣義力功率譜小于0的情況，在頂層的等效風壓圖中相應(yīng)位置也會出現(xiàn)拐點。與高寬比對第9頁第9頁等效風壓影響不同的是，當深寬比接近1時等效風壓最大，深寬比繼續(xù)減小或增大時，等效風壓都呈現(xiàn)減小的趨勢。另外，從規(guī)范計算公式中可以看出，深寬比對于全樓只有一個數(shù)值，這也是因為該方法只適用于規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)，當結(jié)構(gòu)每層的深寬比不同時

25、，有可能會使得計算結(jié)果有較大偏差，為了避免因此引起的異常，在PKPM軟件中采用平均寬度計算深寬比。2.4周期的影響周期是結(jié)構(gòu)的重要動力參數(shù)之一，對各方向的風振計算都有明顯影響。其中對橫風向風振的影響，主要體現(xiàn)在兩個方面，一方面是下式結(jié)構(gòu)橫風向第一階振型氣動阻尼比的計算中。0.002八2)T*+0.000125T*LIJLIL1*2丿+0.0291T*2(29)L1L1上式中折算周期的表達式：vTT*=HL1li9.8B(30)另一個方面，在無量綱橫風向廣義風力功率譜Sfl的計算中，需要用結(jié)構(gòu)橫風向第一階振型的頻率計算折算頻率，即：f*二fB/vL1L1H而(31)L1(32)可以看出當結(jié)構(gòu)的外

26、形尺寸確定時，其中的關(guān)鍵影響因素是結(jié)構(gòu)的橫風向第一階自振周期T，因L1此可以假定結(jié)構(gòu)長寬高、阻尼比和基本風壓等條件確定的情況下，討論結(jié)構(gòu)的基本周期對橫風向風振的影響。對于鋼結(jié)構(gòu)可取估算周期為T=(0.100.15)n(33)則上述30層的結(jié)構(gòu)基本周期可以取為3秒到4.5秒，此時頂層橫風向風振的等效風壓結(jié)果如下圖所示。第 頁第 頁類類類啖ABcn-風效等振風向風橫圖13橫風向風振等效風壓與基本周期的關(guān)系從圖13中可以看出，只有周期變化而其它條件不變的情況下，隨著基本周期的增加，橫風向風振的等效風壓變大，在A類和B類粗糙度下變化較快，其它兩種類型變化不大。為了準確考慮結(jié)構(gòu)的動力性能對橫風向風振的影

27、響，宜采用實際計算得到的周期。2.5阻尼比的影響阻尼比對橫風向風振的影響體現(xiàn)在橫風向共振因子中，即：,kSC/y2RL=KL：4花；匚CM（34）11al其中匚1為結(jié)構(gòu)第一階振型阻尼比。仍然針對圖8所示結(jié)構(gòu)，長寬不變，總層數(shù)30層，假定基本周期為3秒，考察阻尼比變化時橫風向風振等效風壓的變化趨勢。由于該結(jié)構(gòu)為鋼框架支撐體系，因此阻尼比的考察范圍定為從0.010.03，頂層等效風壓計算結(jié)果如圖14所示。1.41.2一一十一一1-.一*A鄉(xiāng)0.8氏七占F也-&4-5B鄉(xiāng)C類D0.6沢XX了殲一m0.40.2h|i|fe|000.0050.010.0150.020.0250.030.035阻尼比圖1

28、4橫風向風振等效風壓與阻尼比的關(guān)系從圖14可以看出阻尼比從0.01到0.03之間變化，隨著阻尼比的增大結(jié)果變小，其中A類與B類的變化幅度接近10%，而C類和D類變化較小，因此在應(yīng)用軟件時，應(yīng)根據(jù)材料類型填入正確的阻尼比。2.6削角、凹角的影響根據(jù)2019規(guī)范附錄H.2.5,當平面有削角或者凹角時可以采用角沿修正系數(shù)C和C來考慮其對msm橫風向風振荷載的影響，其中：1.00-81.61.00-2.05+301-290（匕丫5IB丿+24匕丫5IB丿-36.80.05b/B0.2凹角0.05b/B0.2削角(35)而C可以通過查規(guī)范附錄表H.2.5得到。sm按照上述條件分別考慮削角和凹角比例從0.

29、050.2，阻尼比仍取為0.02，結(jié)構(gòu)的橫風向第一自振周期取為4秒，場地類別取B類，考察削角和凹角對橫風向風振的影響。522壓風效等振風向風橫角角凹削圖15凹角和削角對橫風向風振的影響從圖15可以看出，通過削角或者凹角可以降低橫風向風振對結(jié)構(gòu)的影響，但其變化規(guī)律較為復(fù)雜，并不是單調(diào)曲線。對于凹角來講下降趨勢明顯，但凹角比例b/B接近0.2時微有增加；對于削角來說,當削角比例在0.1附近時達到最小值，隨著削角比例的增加，橫風向風振的等效風壓又重新出現(xiàn)一個極值點。需要指出的是規(guī)范中有關(guān)削角和凹角的計算中，其邊界條件是0.05b/B0.2，即當小于0.05時不需要考慮；當大于0.2時，結(jié)構(gòu)的實際平面

30、形狀已經(jīng)不能簡單歸為矩形平面來計算，而應(yīng)該采用風洞試驗方法。2.7地面粗糙度的影響由于上面幾項內(nèi)容的比較中多處牽扯到不同的地面粗糙度的問題，因此這里就不再單獨進行數(shù)據(jù)比較。地面粗糙度對橫風向風振的影響可以簡單概括為以下幾點：Q隨著地面粗糙程度的增加，橫風向風振的等效風壓越來越??；Q不同的地面粗糙度下，橫風向風振的等效風壓對各參數(shù)變化的敏感程度不同，A類最敏感，D類最不敏感。第12頁第12頁2.8橫風向等效荷載與順風向等效荷載之間的關(guān)系按照荷載規(guī)范的條文說明，一般而言，建筑高度超過150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風向效應(yīng)，確定橫風向效應(yīng)的方法可以采用風洞試驗或者按照規(guī)范提供方法

31、計算。當采用規(guī)范方法計算時，順風向的風荷載標準值按式(1)計算，而橫風向風振等效風壓wik按式(8)計算。順風向風荷載與橫風向風荷載以及后面的扭轉(zhuǎn)風振荷載一般是同時存在的，上述順風向與橫風向的計算公式分別是兩個方向的最大風壓值，但三種風荷載的最大值并不一定同時出現(xiàn)，因此在工程中應(yīng)該考慮各方向等效荷載之間的組合，即規(guī)范中表8.5.6。需要特別強調(diào)的是，這一點與風洞試驗得到的風荷載有本質(zhì)區(qū)別，在風洞試驗中得到的每個方向的荷載數(shù)據(jù)同時包含了順風向分量，橫風向分量和扭轉(zhuǎn)分量，三個分量是同時發(fā)生的，因此不存上述組合問題。2.9基本計算公式的適用范圍討論按照規(guī)范條文說明，“附錄H.2橫風向風振等效風荷載計

32、算方法是依據(jù)大量典型建筑模型的風洞試驗結(jié)果給出的，這些典型的截面均為矩形，高寬比(H/B)和截面深寬比(D/B)分別為48和0.52。試驗結(jié)果的適用折算風速范圍為vTIDB10”。HL1綜合上面的高寬比與深寬比對橫風向等效風壓的影響，可以發(fā)現(xiàn)當高寬比和深寬比超出范圍時極易出現(xiàn)的一種情況就是廣義力功率譜小于0，這可能會導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)異常的變化，考察廣義力功率譜的計算公式，其小于0是由于橫風向風力譜的譜峰系數(shù)Sp小于0,而決定因素又是Sp中的第二項，即：0.84H丫f二084H-2.12-0.0$084HIspJDBGDB丿(36)由式(36)可以得到下面圖16所示的曲線。3.093圖16-H=

33、對橫風向風力譜的譜峰系數(shù)的符號影響從圖16可以看出，當3.09313.707時廣義力功率譜不會小于0,否則可能由于其小于0而引起較大偏差。而從vThjDB4.5時就會使得上述問題出現(xiàn)，在同樣的高寬比下，地面粗糙度類別為A類場地的頂部風速f*T1較大，所以最先達到這個條件，B類次之，而C類和D類則沒有出現(xiàn)這個拐點。3.3深寬比的影響在計算矩形截面扭轉(zhuǎn)風振等效風荷載時，深寬比的影響主要體現(xiàn)在兩個方面，一是風致扭矩系數(shù)CT中，另一個是在確定扭矩譜能量因子時。假定用圖8標準層組裝成30層的結(jié)構(gòu)，Y向長度27m不變，但對X向長度進行簡單的比例放大或者縮小，假定扭轉(zhuǎn)周期為2.1秒，以考查深寬比對計算結(jié)果的

34、影響，比較結(jié)果見圖18。00123456深寬比/荷風效等振風轉(zhuǎn)扭類類類類ABcD圖18扭轉(zhuǎn)風振等效風荷載與深寬比的關(guān)系從圖18可以看出，在其它條件不變的前提下，隨著深寬比的增加，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)隨之增加，且增加速度較快。與前面討論的問題明顯不同的是，圖18所示結(jié)果表明扭轉(zhuǎn)風振等效風荷載在四種粗糙程度條件下都對深寬比的變化反應(yīng)敏感，因此減小深寬比可以有效降低風荷載作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。3.4扭轉(zhuǎn)周期的影響扭矩譜能量因子由深寬比和扭轉(zhuǎn)折算頻率確定，從扭轉(zhuǎn)折算頻率的表達式中可以看出當結(jié)構(gòu)的長度、寬度和高度確定后，其實質(zhì)就是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期。假定用圖8標準層組裝成30層的結(jié)構(gòu)，Y向長度27m,X向長度42m,基本風壓為0.35KN/m2,阻尼比為0.02，估算T為3秒，考察扭轉(zhuǎn)周期T從1.53秒時四種地面粗糙度類型下扭轉(zhuǎn)風振的等效1T荷載。0.7*A類B類C類D類011.522.533.5扭轉(zhuǎn)周期圖19扭轉(zhuǎn)風振等效荷載與扭轉(zhuǎn)周期的關(guān)系圖19顯示，隨著扭轉(zhuǎn)周期的增長，扭轉(zhuǎn)風振效應(yīng)增加，且增幅顯著，因此控制扭轉(zhuǎn)周期可以有效減小扭轉(zhuǎn)風振的影響；此外在用軟件計算扭轉(zhuǎn)風振等效荷載時，宜采用實際計算得到的第一扭轉(zhuǎn)周期。3.5阻