高層結構設計要确保結構在風荷載作用下具有足夠的抵抗變形能力和承載能力，保證結構在風荷載作用下的安全性。同時，高層建築物在風荷載作用下将産生振動，過大的振動加速度将使在高樓内居住的人們感覺不舒适，因此高層建築結構應具有良好的使用條件，滿足舒适度的要求。

1.1 等效靜态風荷載

一般作用在建築物上的風包括平均風和脈動風。其中平均風是風荷載的長周期部分作用在建築物上，其周期常在10min以上，可認為是作用在建築物上的靜荷載，因為其周期與建築物的自振周期相差較遠；脈動風則是短周期部分作用在建築物上，其脈動的周期很短，一般隻有幾秒，其作用可以被認為是作用在建築物上随機的動荷載，因為其周期與建築物的自振周期比較接近。

作用在建築結構上的風荷載除了平均風和脈動風産生的平均風力和脈動風力，還有風振産生的慣性力。平均風力、脈動風力和慣性力組合得到最終的等效靜态風荷載。

（1）慣性力

根據高頻動态天平試驗結果，可以求出高層建築底部的平均風力(包含力矩和剪力)和脈動風力，在給出高層建築結構參數的情況下，可以計算出位移和加速度響應,由共振加速度可以進一步求出慣性力。慣性力是由振動産生的，由加速度和質量決定，沿高度分布慣性力均方根σaf(z)表達式為：

上式中m(z)為沿高度的質量，

為沿高度的加速度。

（2）平均風力和脈動風力

空氣來流沿高層建築高度分布的風力可通過下式表達：

其中：ρ為空氣密度；

是z處單位高度上的力系數，一般通過風壓測量試驗确定；

是來流風速。

風速是平均風速與脈動風速的合成，即：

一般來說，脈動風速相對于平均風速是小量，忽略二階小量，即可得到沿高度分布的平均風力和脈動風力分别如下：

脈動力均方根為：

其中

為沿高度的來流湍流度。

（3）等效靜态風荷載

沿高度分布的等效靜态風荷載由下式給出：

式中g為峰值因子，可取3.5。

1.2 結構體型系數

對于普通的高層結構，結構體型系數一般按《建築結構荷載規範》（GB 50009-2012）表8.3.1和《高層建築混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第4.2.3條取包絡值。

需要更細緻進行風荷載計算的建築可由風洞試驗确定。

風洞試驗中各點的風壓系數的計算公式如下：

其中，

為風壓系數，

為測點壓力，

為參考點靜壓，ρ為空氣密度，

為參考點風速。

風載體型系數μsi與風壓系數Cp有如下關系：

其中，

為參考點和i點的風壓高度變化系數,根據《建築結構荷載規範》（GB 50009-2012）8.2取值。

以270m高的某框架核心筒結構的體型系數為例，從圖1.21可知，結構不同高度的體型系數不同，高度越高，體型系數越大，體型系數從底部的0.6增大至頂部的1.6。

圖1.21 某高層結構體型系數

1.3 結構風振系數

對于普通的建築結構，風振系數可按《建築結構荷載規範》（GB 50009-2012）式（8.4.3）計算；

對平面形狀或立面形狀複雜，立面開洞或連體建築的風振系數可按風洞試驗确定。時域法的步驟是：

（1）通過風洞試驗或模拟獲得結構表面風壓時程，利用有限元軟件對結構進行建模，将風壓荷載力時程Fi作用在表面節點上：

式中，

為表面i節點處的風壓系數時程，

為風流的參考風壓，

為節點i位置所對應的表面面積。

（2）進行時程計算分析，可得結構各個節點的位移時程響應，結構風振系數計算公式為：β=Ra/Rd（1.3-2）

式中，Rd為平均風産生的靜位移，Ra為風荷載作用下結構的總響應。

（1）基本周期

計算風荷載時輸入的結構基本周期需根據結構特征值計算的實際周期取值，否則會影響風計算結果的準确性。

以14層框架結構為例，計算風荷載時軟件默認的結構基本周期為0.2s，實際結構的基本周期為0.7s。基本周期按0.2s輸入得到的X向剪力3524kN，基本周期按0.7s輸入得到的X向剪力3689kN，剪力偏小4.5%，導緻結構偏于不安全。

（2）地震組合

YJK軟件缺省設置的參數是風荷載不參與地震組合，對于高度大于60m建築，應勾選風荷載參與地震組合，否則會導緻結構偏于不安全。

（3）局部風控構件

對于風控的建築結構，風荷載的增加或減少對結構構件的承載力影響較大，比如斜屋面、屋頂構架層、頂部廣告牌等需考慮風荷載對結構的影響。

（4）山地建築的風壓高度變化系數取值

根據《建築結構荷載規範》（GB 50009-2012）第8.2.2條，山地建築應考慮地形條件的修正，對于山峰和山坡，修正系數應按式8.2.2計算；對于山間盆地，谷地等閉塞地形，修正系數可在0.75~0.85選取；對于與風向一緻的谷口，山口，修正系數可在1.20~1.50選取。

（5）風壓取值

在某些地區，不同規範給出的基本風壓會不一緻。比如不同規範對廣州南沙的基本風壓規定見表2-1。從表2-1可知，不同規範确定的廣州南沙的基本風壓相差較大，但從風壓分布圖看南沙的基本風壓在0.6kN/㎡與0.65kN/㎡之間，綜合判斷認為對于普通的多層結構基本風壓可取0.6kN/㎡，對于高層結構基本風壓可取0.65kN/㎡。因此當地方标準的基本風壓高于國家标準的基本風壓時，宜按地方标準的基本風壓執行。

表2-1廣州南沙的基本風壓

（6）規範風荷載與風洞試驗風荷載對比分析（略）

可參考《高層建築結構計算分析實用指南》。

（7）結構阻尼比

風振舒适度評價中的阻尼比取值是風振下結構舒适度評價的關鍵問題之一。結構阻尼比的一般變化規律有：

1）結構基本周期長時，阻尼比較小；

2）随着建築高度的增加，結構阻尼比減小；

3）填充牆少的結構的阻尼比小于填充牆多的結構的阻尼比；

4）建築結構短方向阻尼比小于長方向的阻尼比；

5）小振幅時的阻尼比小于大振幅時的阻尼比；

6）小應力水平下的阻尼比小于大應力水平下的阻尼比。

風振舒适度問題涉及的結構一般是高度高，基本周期長，而且風作用下振幅小、應力水平也比較低，因此風振舒适度評價時所采用的阻尼比遠小于常規結構強度計算時采用的阻尼比。圖21為某高層結構采用不同阻尼比計算的樓層剪力，由圖可知，阻尼比越大，樓層剪力越小，當阻尼比增大一倍時，樓層剪力減小約6%。

（8）地面粗糙度對結構變形的影響

地面粗糙度是描述該地面上不規則障礙物分布狀況的等級，地面粗糙度對結構整形性能影響很大，圖22為不同地面粗糙度類别的層間位移角，從圖可知，地面粗糙度越大，層間位移角越小，B級粗糙度比A級粗糙度變形小約10%，C級粗糙度比B級粗糙度變形小約20%，D級粗糙度比C級粗糙度變形小約25%。

（9）連梁剛度折減問題

根據《高層建築混凝土結構技術規程》（JGJ3-2010）第5.2.1條文說明,“僅在計算地震作用效應時可以對連梁剛度進行折減，對如重力荷載、風荷載作用效應計算不宜考慮連梁剛度折減。有地震作用效應組合工況，均可按考慮連梁剛度折減後計算的地震作用效應參與組合”。

相對于地震作用來說，風力作用持續時間較長，往往達幾十分鐘，甚至幾個小時，因此不能要求連梁通過塑性變形将内力轉移到其他尚未屈服的構件上。結構計算時剛度折減愈多，就意味着風荷載作用下裂縫可開展得愈大，如發生強大陣風時，連梁塑性鉸會過早出現，原結構的聯肢牆剛度出現較大削弱，甚至成為各個獨立的單肢牆受力。在長時間的風荷作用下，這無疑對建築結構安全是很不利的。故而為了避免連梁在風荷載作用下裂縫開展過早過大，剛度折減系數應取較大值。

根據各種不同荷載作用下取不同剛度折減系數的方法,在地震荷載作用下,連梁剛度折減系數可取0.5~0.8；在風荷載作用下，折減系數可取0.80~1.0；在豎向荷載作用下，折減系數取1.0(即不折減)。

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