高层建筑结构抗风可靠性分析.doc

1、高层建筑结构抗风可靠性分析摘要：对于高层建筑物而言，由于风荷载而引起的效应在总荷载效应中所占的比重非常的大，并且在一定程度上起着决定性的作用。现代材料和施工技术的不断发展，也相应的涌现出了新一代的建筑结构，它们一般都具有柔性，重量轻且阻尼小的特点。这种结构一般对于风的作用是非常敏感的，这也就使得人们对高层建筑结构设计的适用性和安全性也提出了更高的要求，也就是提高了高层建筑可靠性的要求。因此，我们必须要发展相应的研究手段，使设计者能够以高于过去所要求的精度来估算风的影响力度。 关键词：高层建筑 结构抗风 可靠性分析 中图分类号：TU97 文献标识码：A 建筑物的主要荷载之一就是风荷载，对于高层建

2、筑物来说，起着决定性的作用。当然设计人员的任务就是保证能够在建筑结构的性能的预期寿命期间之内，取得从结构适用性和安全性方面都可以达到满意效果的设计方案。因此，设计人员也需要有以下的几方面相关的资料：在这些风力的作用下结构的响应；环境与它在结构上所引起的作用力之间的关系；风环境，这也是风工程学所研究的主要内容。美国 9.11 事件带来了巨大的生命财产损失，给世界经济带来了无法估量的负面效应。虽然说，世贸大厦的倒塌原因不是因为风荷载而引起的，但同时也时刻警醒人们对高层、超高层及其高耸建筑结构的一个安全性的认知，而高层建筑结构的主要的水平荷载就是风荷载，使得人们对高层建筑结构的适用性和安全性也相继的

3、提出了更高的要求，自然也就相应的提高了可靠性的要求，这是结构风工程可靠性研究的重大挑战和发展机遇。 1、高层建筑结构设计的主要特点 在与整个人类的建筑发展史相比之下，高层建筑兴起的时间相对是比较短的，但其发展势头却异常的迅猛。而由于现代意义上高层建筑的出现，把人类的生活就推向了一个高空，使得城市构成了一幅幅雄伟的立体图案出现在人们的的事业之中。尤其是在近几十年的时间里，形成了一个波及到世界性高层建筑的热潮，建筑的结构形式、规模、数量以及施工技术等均达到了前所未有的程度，并成为一个地区和国家技术经济的象征。 1.1、结构体系是否合理取决于能否有效提供抗侧能力 在完全满足建筑造型和空间设计的前提之

4、下，结构方案和结构体系主要是由如何才能够有效地形成抗侧力体系来确定的。其中，高层建筑结构设计的关键就是要科学、合理的确定出抗侧力结构。结构体系的经济性主要的取决于抗侧力体系的有效性。正因为如此，高层建筑高度的不同而结构体系也会有一个比较大的变化。 1.2、减轻自重具有重要意义 高层建筑结构设计要求在最大程度上采用性能良好和轻质高强的材料。一方面，由于结构所受动力荷载大小直接与质量有关，从而减小质量，这样一来，对于减小结构动力荷载的方面非常的有力；另一方面，则是减小重力的荷载，从而就可以减小基础压力和造价。 1.3、结构动力响应成为关键因素 高层建筑动力响应是由结构特征、以及环境作用等众多因素的

5、综合影响来决定的，这是结构整体性能的体现，其另一个原因表明了要获得满意的结构动力响应的特征，就务必要进行一个综合的考虑其结构系统，这是高层结构动力响应分析设计的难度比较大。 而低层房屋的设计主要是对按静力问题的处理，而高层建筑的地震、风振动力响应成为了设计所考虑的重要因素，结构的动力特性影响其形成对结构很重要的荷载效应。由于地震和风作用的复杂性，高层建筑地震和风振响的分析至今仍处于一个深入的研究之中。 2、高层建筑结构抗风设计的一般原则 2.1、高层建筑结构抗风舒适度的可靠性分析 风荷载是建筑物的主要荷载之一，对于高耸、高层结构风荷载所引起的效应在总荷载效应中的比重也是比较大的，甚至是起到了决

6、定性的作用，因此，风荷载及风荷载作用下结构的静、动力响应通常是高耸、高层以及长跨结构研究的主要内容。研究风荷载作用下高层以及高耸结构抗风的可靠度，也是高层以及高耸结构抗风设计和风振控制的基本方法。在侧向力的作用之下，假如高层结构发生振动，并且当振动达到某一限值的时候，人们就开始出现某种不舒适的感觉。由于大量轻质材料的使用、建筑高度的迅速增大以及建筑结构体系的不断改进等众多方面因素的影响，导致高层建筑结构出现逐渐柔和现象，再加上频繁的风作用，就会使得舒适度已经成为高层建筑设计和控制的主要因素，在一定程度上还起到了一个决定性的因素。风对高层以及高耸结构的影响包括了安全性和适用性两个方面，而研究结构

7、实用性、耐久性计价器安全性的基本方法就是结构的可靠度理论。高层和超高层建筑钢结构就是由于高度的急剧增加，结构振动的阻尼就会随时变小，风荷载对于高层建筑的影响也就更加的明显，其首要控制的因素就是高层建筑钢结构对风运动的人体舒适度。所以说，为了更加科学、合理的研究结构的舒适度以及进行相应的结构设计，从可靠性的角度来分析舒适度就显得尤为的重要。 2.2、高层建筑结构抗风设计的一般原则 在高层建筑的抗风设计中，应该充分的考虑下列的几个问题： (1) 玻璃、女儿墙、外墙以及其它的围护构件需要有足够的强度并且与主体结构进行可靠的连接，可以有效地防止其局部破坏； (2) 在最大限度上采用对称平面形状和对称结

8、构来进行一个布置，从而真正的减少由于风力偏心而产生的扭转影响； (3) 合理的选择结构体系和建筑外形，并且采用圆形、正多边形平面来有效地减少风压的数值，其较大的刚度则可以有效地减少风振的影响； (4) 结构务必要自身具有足够的刚度，这样一来，就可以有效地控制高层建筑在水平荷载的作用下发生位移的现象，进而可以保障一个良好的工作环境及其居住的条件； (5) 保证其结构具有足够的强度，能够可靠地承受风荷载作用下的内力。 2.3、风对建筑物作用的结果 风对建筑物的作用，会产生以下的结果： (1) 长期的风力作用会使建筑结构产生疲劳； (2) 风力会使建筑物产生摇晃，使居住者感到不适； (3) 风力作用

9、会使结构开裂或留下较大的残余变形； (4) 强风会使装修、外墙等产生破坏。 地球大气层内的空气的流动就产生风。风作用在建筑物上，很有可能在建筑物中产生一个较大的结构反应。对建筑物来说,尽管风的作用没有地震那么的强烈,但因为风的作用相当的频繁,实际上是由于风对建筑物产生的灾害比地震的灾害要大得多。 当然，到目前为止世界上各个国家都还没有发生过因其风力的作用而使高层建筑产生坍塌或是严重破坏的事故发生，但有一些建筑物在台风过后，就会留下了一个很明显的残余变形。据不完全的统计表明，每年全世界由于风灾损失大于地震震害的损失，所以高层建筑的抗风设计有非常重要的意义。 2.4、风对建筑物作用的特点 空气的流

10、动形成风，风作用在建筑物之上，使的建筑物受到双重的作用：一方面风会使建筑物产生风力振动（风振） ；另一方面，建筑物产生一个基本上较为稳定的风压力。因此，风力使建筑物不仅仅是受到了静力的作用，而且还受到了动力的作用。风对建筑物的作用具有以下特点： (1) 因为有一个较长期的气象观测，风力大小的估计比地震作用要可靠的多，因而在抗风设计的方面也有较大的可靠性； (2) 与地震的作用相比之下，风力作用的持续时间比较长；而且在建筑物生存期之内出现了较大风力的机会也相对比较多； (3) 风力在建筑物上的分布是相当的不均匀，在立面以及角区内收的局部区域，就会产生一个比较大的风力； (4) 风力作用具有的两重

11、性质是动力和静力； (5) 风力受建筑物周围环境的影响往往是比较大的，处于高层建筑群中的高层建筑，有时还会出现其受力不均的现象，因此我们就要适当的在安全系数方面加大； (6) 高层建筑结构的外形与风力作用有直接的关系，正多边形与圆形受到的风力是比较小的，这对于抗风来说是很有利的。 总之，在各种构筑物、工程设施以及建筑物均是在一定的经济条件约束之下，以工程材料制成的各种承重构件相互连成的一定形式的组合体。并且在规定的使用期之内，除了应该满足工程的功能要求之外，还必须要安全地承受外部及高层建筑结构设计的主要特点内部所形成的各种作用力。 参考文献 1韦荣华.高层建筑结构抗风设计可靠性分析J.民营科技,2010,06:282.