2019新規(guī)范風(fēng)荷載共17頁(yè)文檔

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

2、容。在風(fēng)荷載的計(jì)算中，除了少數(shù)工程通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)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(dòng)計(jì)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(fēng)荷載計(jì)算涉及的參數(shù)較2019規(guī)范明顯增多，且計(jì)算方法變得更加復(fù)雜，使得參數(shù)的選擇和對(duì)計(jì)算結(jié)果的定性校核變得比較困難，因此有必要對(duì)各參數(shù)的選擇和主要參數(shù)對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響進(jìn)行詳細(xì)的分析討論。在本文中，依據(jù)2019規(guī)范提供的計(jì)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(duì)計(jì)算結(jié)果的影響，并對(duì)規(guī)范中的重要條文，如適用范圍等進(jìn)行了重點(diǎn)探討。1順風(fēng)向風(fēng)荷載2019規(guī)范關(guān)于順風(fēng)向風(fēng)荷載的計(jì)算公式?jīng)]有形式上的變化，仍然采用平均風(fēng)壓乘以風(fēng)

3、振系數(shù)的表達(dá)形式。對(duì)于主要受力結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式如下：叫=映匕叫其中：風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；Bz高度z處的風(fēng)振系數(shù)；他風(fēng)荷載體型系數(shù)；匕風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0基本風(fēng)壓。如果不考慮結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)，則由平均風(fēng)壓引起的靜荷載取決于體型系數(shù)他、風(fēng)壓高度變化系數(shù)及基本風(fēng)壓這三項(xiàng)因素，下面首先討論順風(fēng)向作用下的靜荷載計(jì)算：1.1基本風(fēng)壓2019規(guī)范在2019規(guī)范數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了重新統(tǒng)計(jì)，部分城市在補(bǔ)充新的氣象資料重新統(tǒng)計(jì)后，基本風(fēng)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(xiàng)，對(duì)于高度超過(guò)45m的矩形截面高層建筑需考慮深寬比D/B對(duì)背風(fēng)面體型系數(shù)的影響

4、。當(dāng)平面深寬比D/BW1.0時(shí)，背風(fēng)面的體型系數(shù)由-0.5增加到-0.6，矩形高層建筑的風(fēng)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(fēng)壓和體型系數(shù)由設(shè)計(jì)人員直接指定，以上兩項(xiàng)變化需由設(shè)計(jì)人員確認(rèn)并在軟件參數(shù)中體現(xiàn)，軟件不做改變。1.3風(fēng)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(dāng)提高了C、D兩類粗糙度類別的梯度風(fēng)高度，由400m和450m分別修改為450m和550m。B類風(fēng)速剖面指數(shù)由0.16修改為0.15，適當(dāng)降低了標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)地類別的平均風(fēng)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(fēng)壓高度變化系數(shù)的新舊規(guī)范對(duì)比，可以直觀看出2019規(guī)范四類地區(qū)風(fēng)壓高度變化系數(shù)均比2019規(guī)范減?。簣D1在PKPM軟件中，風(fēng)壓高度變化系數(shù)由程序根據(jù)上述公式自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)基本風(fēng)壓和體型系數(shù)不改變時(shí)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)是影響順風(fēng)向靜荷載的唯一因素，因此，圖1也等價(jià)于結(jié)構(gòu)不同高度處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

6、的變化規(guī)律。圖2統(tǒng)計(jì)了A-D四類場(chǎng)地風(fēng)壓高度變化系數(shù)的兩版規(guī)范的差異，其中D類場(chǎng)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(fēng)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(guò)梯度高度后，2019規(guī)范與2019規(guī)范的風(fēng)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(jì)了A-D四類地區(qū)，在層高均勻的前提下，按新舊規(guī)范計(jì)算的風(fēng)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(shì)：對(duì)于A類地區(qū)，2019規(guī)范計(jì)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(shí)，新規(guī)范剪力減小3.2%左右，200米時(shí)減小4.6%左右，400米時(shí)減小5.8%左右，600米時(shí)，減小6.2%左右，即2019規(guī)范對(duì)于較高的結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載總值相對(duì)降低的越多；C類地區(qū)在400米以內(nèi)時(shí)，減小11.7%左右，超過(guò)400米后，差異逐漸減小，600米時(shí)差異為9.7%；D類地區(qū)在450米以內(nèi)減小17.6%左右，超過(guò)450米后差異逐漸減小，600米時(shí)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(fēng)壓高度變化系數(shù)的最終差異。1.4風(fēng)

8、振系數(shù)接下來(lái)討論2019規(guī)范中順風(fēng)向風(fēng)振的計(jì)算，在2019規(guī)范中風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算公式如下：(3)其中g(shù)為風(fēng)振動(dòng)力系數(shù)，與結(jié)構(gòu)的阻尼比、基本風(fēng)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(dòng)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(fēng)壓高度變化系數(shù)。z2019規(guī)范風(fēng)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(qiáng)度，均為常量；R為脈動(dòng)風(fēng)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(dá)式相同；B為脈動(dòng)風(fēng)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(xiàng)相同，其余各項(xiàng)與粗糙度類別、結(jié)構(gòu)總高和迎風(fēng)面寬度有關(guān)，這與2019z（Z）卩z規(guī)范的脈動(dòng)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(xiàng)則直接與迎風(fēng)面寬度B相關(guān)?？梢娦屡f規(guī)范風(fēng)振系數(shù)均與粗糙度類別、基本周期、基本風(fēng)壓、阻尼比、結(jié)構(gòu)總高度、高寬比及風(fēng)壓高度變化系數(shù)有關(guān)。假定基本風(fēng)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(fēng)振系數(shù)，如圖4所

10、示：圖4從圖4對(duì)比可知2019規(guī)范四類場(chǎng)地的風(fēng)振系數(shù)均比2019規(guī)范明顯提高，為比較相對(duì)變化規(guī)律，對(duì)于100米、200米和400米的結(jié)構(gòu)，分別比較了不同高度處風(fēng)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(fēng)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(jì)算得到不同高度結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)沿其自身高度的變化差異，如圖5所示。圖5針對(duì)本算例，結(jié)構(gòu)總高100米時(shí)，2019規(guī)范風(fēng)振系數(shù)增加6%19%，結(jié)構(gòu)總高200米時(shí)，風(fēng)振系數(shù)增加4%15%，結(jié)構(gòu)總高400米時(shí)，風(fēng)振系數(shù)增加2%10%，且均呈

11、現(xiàn)出越往高處風(fēng)振系數(shù)相比2019規(guī)范增大越多的規(guī)律。另一方面，當(dāng)結(jié)構(gòu)總高度越高時(shí)，風(fēng)振系數(shù)的變化相對(duì)越小，例如對(duì)于200米和400米的結(jié)構(gòu)，100米高度處的風(fēng)振系數(shù)分別相對(duì)2019規(guī)范增大12%和6%?？梢?019規(guī)范相對(duì)增加了結(jié)構(gòu)較高處的風(fēng)振系數(shù)，但相對(duì)減小了較高結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)綜合風(fēng)壓高度變化系數(shù)和風(fēng)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(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值的變化（比較條件同上），如圖6所示：圖6考慮風(fēng)振后按新舊規(guī)范計(jì)算的風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)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(fēng)荷載增加越快，在上部樓層可能超過(guò)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(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值超過(guò)2019規(guī)范，而400米結(jié)構(gòu)則各層風(fēng)荷載均偏小，從上文可知當(dāng)結(jié)構(gòu)越高時(shí)，風(fēng)振系數(shù)增加越慢，而風(fēng)壓高度變化系數(shù)的變化基本保持一致，因此風(fēng)荷載增加的越慢。從上述比較可知考慮風(fēng)振后的風(fēng)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(dāng)結(jié)構(gòu)高度越小時(shí)，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(guò)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(fēng)荷載，而相對(duì)減小了較高結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載。例如C類地區(qū)，結(jié)構(gòu)總高小于150米時(shí)風(fēng)荷載總值大于2019規(guī)范，150200米左右時(shí)二者相當(dāng)，超過(guò)200米后則小于2019規(guī)范，且結(jié)構(gòu)越高，則風(fēng)荷載總值相對(duì)減小的越多。對(duì)于較低的結(jié)構(gòu)，B類地區(qū)風(fēng)荷載增大最多，其次為A類、C類和D類，而對(duì)于較高的結(jié)構(gòu)，D類地區(qū)風(fēng)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(dāng)。由于風(fēng)振系數(shù)同時(shí)還與結(jié)構(gòu)基本周期、阻尼比、高寬比等多項(xiàng)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(shì)，而具體變化幅度則取決于各項(xiàng)參數(shù)的綜合作用，例如對(duì)于上述C類地區(qū)，同等條件下，阻尼比5%時(shí)，當(dāng)高度為17

14、0米時(shí)新舊規(guī)范風(fēng)荷載數(shù)值大小相當(dāng)，而阻尼比為2%時(shí)，則在300米左右時(shí)新舊規(guī)范風(fēng)荷載大小相當(dāng)。同樣，結(jié)構(gòu)基本周期、基本風(fēng)壓等參數(shù)也會(huì)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(guò)計(jì)算來(lái)確定。2矩形平面結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向風(fēng)振按2019規(guī)范8.5.1條，“對(duì)于橫風(fēng)向風(fēng)振作用效應(yīng)明顯的高層建筑以及細(xì)長(zhǎng)圓形截面構(gòu)筑物，宜考慮橫風(fēng)向風(fēng)振的影響。”由于判斷是否需要考慮橫風(fēng)向風(fēng)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(shuō)明中給出“建筑物高度超過(guò)150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風(fēng)向效應(yīng)”這一條件。橫風(fēng)向風(fēng)振的荷載可以通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)獲得，也可以通過(guò)計(jì)算

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

16、寬度，而D為順風(fēng)向長(zhǎng)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(fēng)速剖面指數(shù)和地面粗糙度系數(shù)，對(duì)應(yīng)A，B，R橫風(fēng)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(fēng)向第一階振型氣動(dòng)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(fēng)向廣義力功率譜cfSp(f*/f)YSfl(16)L1p式(16)中橫風(fēng)向風(fēng)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(fēng)向風(fēng)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(fēng)向風(fēng)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(yè)第 頁(yè)橫風(fēng)向風(fēng)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(fēng)向風(fēng)振等效荷載的計(jì)算相對(duì)于順風(fēng)向荷載要復(fù)雜的多，計(jì)算結(jié)果除了與風(fēng)壓高度變化系數(shù)卩、基本風(fēng)壓值W0、風(fēng)速剖面指數(shù)成線性關(guān)系外，其它計(jì)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(dòng)力屬性，下面考察上述主要參數(shù)對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)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(fēng)向廣義功率譜的計(jì)算結(jié)果與籍之間是高度

19、的非線性關(guān)系，對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)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(lái)保證橫風(fēng)向廣義功率譜的有效性。為了考察高寬比對(duì)計(jì)算結(jié)果的實(shí)際影響，下面對(duì)功率譜密度函數(shù)的計(jì)算公式進(jìn)行簡(jiǎn)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(zhǎng)度為42m，Y向長(zhǎng)度為27m，層高為3.6m,并假設(shè)基本風(fēng)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(fēng)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(jì)算橫風(fēng)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(fēng)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(dāng)高寬比小于4時(shí)廣義力功率譜為負(fù)值，雖然在等效荷載的計(jì)算中需要對(duì)其取平方后計(jì)算，但這仍然標(biāo)志著計(jì)算結(jié)果的異常；而當(dāng)高寬比超過(guò)8時(shí)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(guò)程中，第20層樓面高度處計(jì)算得到的等效風(fēng)壓的變化規(guī)律不再單調(diào)，而是由大到小再變大，當(dāng)高寬比大于8時(shí)，曲線變得不再光滑，尤其是A類和B類粗糙場(chǎng)地類別，相對(duì)來(lái)講C類和D類的變化趨勢(shì)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(jì)算公式的適用范圍，

22、且應(yīng)該注意的是：這是一個(gè)較為嚴(yán)格的條件，在工程設(shè)計(jì)中，采用規(guī)范方法計(jì)算橫風(fēng)向風(fēng)振時(shí)應(yīng)該對(duì)這一條件進(jìn)行驗(yàn)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(jì)算高寬比以避免個(gè)別樓層的寬度變化引起計(jì)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(jì)算除了受高寬比影響較大外，另外一個(gè)影響較大的但對(duì)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(zhǎng)度27m不變，向長(zhǎng)度進(jìn)行簡(jiǎn)單的比例放大或者縮小，以考慮深寬比對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。當(dāng)?shù)孛娲植诙葹锳類時(shí)，折算周期可以表示為：(27)B27f*=1.4807=1.4807=0.2111L1H1.1

23、21081.12計(jì)算橫風(fēng)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(shí)+1-67D-1.23瓦這樣就可以得到下面廣義力功率譜和橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)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(fēng)效等振風(fēng)向風(fēng)橫A類B類C類D類0.51.52.深寬比圖12橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)壓與深寬比的關(guān)系按照荷載規(guī)范，橫風(fēng)向風(fēng)振計(jì)算時(shí)，深寬比D/B應(yīng)該在0.52之間，從圖11中可以看出在計(jì)算X向風(fēng)荷載作用下的橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)壓時(shí)，深寬比對(duì)結(jié)果的影響與高寬比情況類似，當(dāng)深寬比變化時(shí)仍然會(huì)出現(xiàn)廣義力功率譜小于0的情況，在頂層的等效風(fēng)壓圖中相應(yīng)位置也會(huì)出現(xiàn)拐點(diǎn)。與高寬比對(duì)第9頁(yè)第9頁(yè)等效風(fēng)壓影響不同的是，當(dāng)深寬比接近1時(shí)等效風(fēng)壓最大，深寬比繼續(xù)減小或增大時(shí)，等效風(fēng)壓都呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。另外，從規(guī)范計(jì)算公式中可以看出，深寬比對(duì)于全樓只有一個(gè)數(shù)值，這也是因?yàn)樵摲椒ㄖ贿m用于規(guī)則形狀的結(jié)構(gòu)，當(dāng)結(jié)構(gòu)每層的深寬比不同時(shí)

25、，有可能會(huì)使得計(jì)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(jì)算深寬比。2.4周期的影響周期是結(jié)構(gòu)的重要?jiǎng)恿?shù)之一，對(duì)各方向的風(fēng)振計(jì)算都有明顯影響。其中對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是下式結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向第一階振型氣動(dòng)阻尼比的計(jì)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(dá)式：vTT*=HL1li9.8B(30)另一個(gè)方面，在無(wú)量綱橫風(fēng)向廣義風(fēng)力功率譜Sfl的計(jì)算中，需要用結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向第一階振型的頻率計(jì)算折算頻率，即：f*二fB/vL1L1H而(31)L1(32)可以看出當(dāng)結(jié)構(gòu)的外

26、形尺寸確定時(shí)，其中的關(guān)鍵影響因素是結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向第一階自振周期T，因L1此可以假定結(jié)構(gòu)長(zhǎng)寬高、阻尼比和基本風(fēng)壓等條件確定的情況下，討論結(jié)構(gòu)的基本周期對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響。對(duì)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(shí)頂層橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)壓結(jié)果如下圖所示。第 頁(yè)第 頁(yè)類類類啖ABcn-風(fēng)效等振風(fēng)向風(fēng)橫圖13橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)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(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)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(zhǔn)確考慮結(jié)構(gòu)的動(dòng)力性能對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影

27、響，宜采用實(shí)際計(jì)算得到的周期。2.5阻尼比的影響阻尼比對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響體現(xiàn)在橫風(fēng)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(duì)圖8所示結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)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(shí)橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)壓的變化趨勢(shì)。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(fēng)壓計(jì)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(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)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(shí)，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(dāng)平面有削角或者凹角時(shí)可以采用角沿修正系數(shù)C和C來(lái)考慮其對(duì)msm橫風(fēng)向風(fēng)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(guò)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(fēng)向第一自振周期取為4秒，場(chǎng)地類別取B類，考察削角和凹角對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響。522壓風(fēng)效等振風(fēng)向風(fēng)橫角角凹削圖15凹角和削角對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響從圖15可以看出，通過(guò)削角或者凹角可以降低橫風(fēng)向風(fēng)振對(duì)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(duì)于凹角來(lái)講下降趨勢(shì)明顯，但凹角比例b/B接近0.2時(shí)微有增加；對(duì)于削角來(lái)說(shuō),當(dāng)削角比例在0.1附近時(shí)達(dá)到最小值，隨著削角比例的增加，橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)壓又重新出現(xiàn)一個(gè)極值點(diǎn)。需要指出的是規(guī)范中有關(guān)削角和凹角的計(jì)算中，其邊界條件是0.05b/B0.2，即當(dāng)小于0.05時(shí)不需要考慮；當(dāng)大于0.2時(shí)，結(jié)構(gòu)的實(shí)際平面

30、形狀已經(jīng)不能簡(jiǎn)單歸為矩形平面來(lái)計(jì)算，而應(yīng)該采用風(fēng)洞試驗(yàn)方法。2.7地面粗糙度的影響由于上面幾項(xiàng)內(nèi)容的比較中多處牽扯到不同的地面粗糙度的問(wèn)題，因此這里就不再單獨(dú)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。地面粗糙度對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)振的影響可以簡(jiǎn)單概括為以下幾點(diǎn)：Q隨著地面粗糙程度的增加，橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)壓越來(lái)越??；Q不同的地面粗糙度下，橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)壓對(duì)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(yè)第12頁(yè)2.8橫風(fēng)向等效荷載與順風(fēng)向等效荷載之間的關(guān)系按照荷載規(guī)范的條文說(shuō)明，一般而言，建筑高度超過(guò)150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風(fēng)向效應(yīng)，確定橫風(fēng)向效應(yīng)的方法可以采用風(fēng)洞試驗(yàn)或者按照規(guī)范提供方法

31、計(jì)算。當(dāng)采用規(guī)范方法計(jì)算時(shí)，順風(fēng)向的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值按式(1)計(jì)算，而橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)壓wik按式(8)計(jì)算。順風(fēng)向風(fēng)荷載與橫風(fēng)向風(fēng)荷載以及后面的扭轉(zhuǎn)風(fēng)振荷載一般是同時(shí)存在的，上述順風(fēng)向與橫風(fēng)向的計(jì)算公式分別是兩個(gè)方向的最大風(fēng)壓值，但三種風(fēng)荷載的最大值并不一定同時(shí)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(qiáng)調(diào)的是，這一點(diǎn)與風(fēng)洞試驗(yàn)得到的風(fēng)荷載有本質(zhì)區(qū)別，在風(fēng)洞試驗(yàn)中得到的每個(gè)方向的荷載數(shù)據(jù)同時(shí)包含了順風(fēng)向分量，橫風(fēng)向分量和扭轉(zhuǎn)分量，三個(gè)分量是同時(shí)發(fā)生的，因此不存上述組合問(wèn)題。2.9基本計(jì)算公式的適用范圍討論按照規(guī)范條文說(shuō)明，“附錄H.2橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載計(jì)

32、算方法是依據(jù)大量典型建筑模型的風(fēng)洞試驗(yàn)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(yàn)結(jié)果的適用折算風(fēng)速范圍為vTIDB10”。HL1綜合上面的高寬比與深寬比對(duì)橫風(fēng)向等效風(fēng)壓的影響，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)高寬比和深寬比超出范圍時(shí)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(huì)導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果出現(xiàn)異常的變化，考察廣義力功率譜的計(jì)算公式，其小于0是由于橫風(fēng)向風(fēng)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(xiàng)，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(duì)橫風(fēng)向風(fēng)力譜的譜峰系數(shù)的符號(hào)影響從圖16可以看出，當(dāng)3.09313.707時(shí)廣義力功率譜不會(huì)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(shí)就會(huì)使得上述問(wèn)題出現(xiàn)，在同樣的高寬比下，地面粗糙度類別為A類場(chǎng)地的頂部風(fēng)速f*T1較大，所以最先達(dá)到這個(gè)條件，B類次之，而C類和D類則沒有出現(xiàn)這個(gè)拐點(diǎn)。3.3深寬比的影響在計(jì)算矩形截面扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載時(shí)，深寬比的影響主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是風(fēng)致扭矩系數(shù)CT中，另一個(gè)是在確定扭矩譜能量因子時(shí)。假定用圖8標(biāo)準(zhǔn)層組裝成30層的結(jié)構(gòu)，Y向長(zhǎng)度27m不變，但對(duì)X向長(zhǎng)度進(jìn)行簡(jiǎn)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(duì)計(jì)算結(jié)果的

34、影響，比較結(jié)果見圖18。00123456深寬比/荷風(fēng)效等振風(fēng)轉(zhuǎn)扭類類類類ABcD圖18扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)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(wèn)題明顯不同的是，圖18所示結(jié)果表明扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載在四種粗糙程度條件下都對(duì)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(fēng)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(dá)式中可以看出當(dāng)結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度、寬度和高度確定后，其實(shí)質(zhì)就是結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)周期。假定用圖8標(biāo)準(zhǔn)層組裝成30層的結(jié)構(gòu)，Y向長(zhǎng)度27m,X向長(zhǎng)度42m,基本風(fēng)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(shí)四種地面粗糙度類型下扭轉(zhuǎn)風(fēng)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(fēng)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(zhǎng)，扭轉(zhuǎn)風(fēng)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(fēng)振的影響；此外在用軟件計(jì)算扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效荷載時(shí)，宜采用實(shí)際計(jì)算得到的第一扭轉(zhuǎn)周期。3.5阻