2风力、结构风力及风效应.ppt

由流体力学中的伯努利方程可知风压与风速关系:
§2-1 风力、结构风力及风效应
空气质点密度
风速
风压力
在标准大气情况下,
约为
沿海城市上海,上值约为
高山地区的拉萨,上值约为
空气单位体积重力
[1]
已知某以高度z处的风速为v,则作用在结构上的风力一般可表示为顺风向风力(ilong-wind)、横风向风力(across-wind)和扭风力矩。
(2-2)
结构上的风力
阻力系数
横向力系数(水平向结构也称升力系数)
扭矩系数
B 结构的参数尺度,常取截面垂直于流动方向的最大尺度(m)
建筑物周围气流流形
三种类型的振动
顺风向弯剪振动
或弯扭耦合振动
横风向风力下
涡流脱落振动
空气动力失稳
(驰振、颤振)
当无偏心风力矩时,在顺力向风力作用下,结构将产生顺风向的振动,对高层结构来说,一般可为弯曲型(剪力墙),也有剪切型(框架),当为框剪结构时,可为弯剪型。
当风吹向结构,可在结构周围产生旋涡,当旋涡脱落不对成时,可在横风向产生横风向风力,所以横风向振动在任意风力情况下都能发生涡激振动现象。在抗风计算时,除了必须注意第一类振动以外,还必须同时考虑第二类振动现象。特别是,当旋涡脱落频率接近结构某一自振频率时,可产生共振现象,即使在考虑阻尼存在的情况下,仍将产生比横向风力大十倍甚至几十倍的效应,必须予以格外的重视。
结构在顺风向和横风向风力甚至扭力矩作用下,当有微小风力攻角时,在某种截面形式下,这些风力可以产生负号阻尼效应的力。如果结构阻尼力小于这些力,则结构将处在总体负阻尼效应中,振动将不能随着时间增长而逐渐衰减,却反而不断增长从而导致结构破坏。这时的起点风速称为临界风速,这种振动犹如压杆失稳一样,但受到的不是轴心压力而是风力,所以常称为空气动力失稳,在风工程中,通常称为弛振(弯或扭受力)或颤振(弯扭耦合受力)。
空气动力失稳在工程上视为必须避免发生的一类振动现象。
风的流动水平方向是主要的,但也可能在一定的仰角下流动,从而除水平风力外,还存在竖向风力,由于高层建筑主要荷载是水平侧向荷载,竖向荷载的适当增加并不起着很大的影响,因此对于高层建筑来说,主要考虑水平侧向风力的影响。