1、1高层建筑体型设计与风载的关系摘要：高层建筑的结构设计中往往水平荷载起决定性作用，随着建筑层数的增多、高度的增加，风荷载与地震作用更加成为结构设计的控制因素。而风荷载的强弱既取决于其自然特性，又与建筑的体型特征密切相关。 关键词：高层建筑；体型设计；风荷载 Abstract:In structure design of high-rise building is often played a decisive role of horizontal load, with the increase of Number of floors, the increase in height, wind
2、loads and seismic structural design of control factors. Wind load strength depends on both its natural characteristics, and is closely related to body characteristics of the building. Key words:High-rise building；Shape design；Wind load 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 1、高层建筑结构特征分析 在高层及超高层建筑设计中,侧向刚度是主要考虑的
3、因素,能准确判断建筑侧向刚度的参数为水平位移指标, 即建筑顶端最大位移与建筑总高度之比, 因此建立水平位移指标的限值是一个重要的设计规定18。高层建筑所受风荷载呈倒三角形分布，其剪力则呈正三角形分布，因此，为抵抗风荷载所需要的结构刚度宜为下大上小渐变分布（见图 1） 。 2图 1 水平荷载作用下的刚性设计 对高层建筑结构在风荷载作用下的变形主要有两方面的限制:一是限制结构的顶端水平位移与总高度的比值, 目的是控制结构的总变形量；二是限制相邻两层楼盖间的相对水平位移与层高的比值,目的是防止填充墙、装饰部件的损坏,避免电梯轨道和管道等设施产生过大的变形。在正常使用条件下, 高层建筑结构应处于弹性状
4、态并具有足够的刚度, 避免产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性和使用条件。为此，在高层结构中通常以柱、墙和筒体作为基本抗侧单元，用于不同建筑高度和结构类型保证足够的抗侧刚度。同时，这些结构体系又影响着建筑体型的设计。 2、风效应 风对结构的作用受到风的自然特性、结构的动力特性以及风和结构的相互作用的制约, 从工程抗风设计的角度来看,可把自然风分解为不随时间变化的平均风和随时间变化的脉动风两部分, 分别考虑它们对结构的作用。在风作用下结构上的风力含有顺风力、横风力和扭力矩三种(见图 2)。顺风力是结构抗风工程中的必须考虑的效应, 在一般情况下起主要作用。横风力及共振是在横风力作用下,由于空气
5、的粘性和流速,在结构的尾部会产生流体旋涡脱落。当风速达到某一临界值时, 结构运动会无限制地增大, 产生空气动力失稳。 图 2 建筑周围气流与结构上的风力 33、建筑体型与风作用 由于不同体型的高层建筑及其布局方式对气流的阻挡，会使风的流速、流向和流场发生很大变化，从而又影响着建筑所受风荷载（见图 3） 。a 尾流效应：被吸入建筑物背风面真空区形成强烈下旋气流。 b 狭管效应：建筑物紧密相依造成狭长空间，主导风通过，气流瞬间增强。 c 角落效应：建筑角落部分形成猛烈气流。 4、高层建筑体型设计方法 4、风效应 风对结构的作用受到风的自然特性、结构的动力特性以及风和结构的相互作用的制约, 从工程抗
6、风设计的角度来看,可把自然风分解为不随时间变化的平均风和随时间变化的脉动风两部分, 分别考虑它们对结构的作用。在风作用下结构上的风力含有顺风力、横风力和扭力矩三种(见图 2)。顺风力是结构抗风工程中的必须考虑的效应, 在一般情况下起主要作用。横风力及共振是在横风力作用下,由于空气的粘性和流速,在结构的尾部会产生流体旋涡脱落。当风速达到某一临界值时, 结构运动会无限制地增大, 产生空气动力失稳。 图 2 建筑周围气流与结构上的风力 5、建筑体型与风作用 由于不同体型的高层建筑及其布局方式对气流的阻挡，会使风的流4速、流向和流场发生很大变化，从而又影响着建筑所受风荷载（见图 3） 。图 3 风对建
7、筑的效应 a 尾流效应：被吸入建筑物背风面真空区形成强烈下旋气流。 b 狭管效应：建筑物紧密相依造成狭长空间，主导风通过，气流瞬间增强。 c 角落效应：建筑角落部分形成猛烈气流。 d 漏斗效应:当风从建筑间距较大的地方流到间距较小的地方时，风速加大，类似水流过漏斗。设计中应选择合理的体型组合，以减小风效应的影响。 建筑体型设计可从平面形状和竖向型体两方面考虑，同时考虑平面与竖向的组合关系，通过合理的建筑体型可以有效的减轻风荷载对建筑的影响3。 四、结语 风荷载无论从建筑还是结构方面都对高层建筑有着重要影响。风荷载的作用与高层建筑的体型设计有着密切关系，通过科学合理的建筑体型选择与设计，不仅能使高层建筑结构更加安全可靠，而且能极大的改善建筑自身及周边的环境。高层建筑的抗风设计要结合地域气候条件、规划布局特点、建筑体型设计、防风构造措施以及生态建筑技术，以创造安全、舒适的人居环境。 参考文献 51 王敏，霍小平。风荷载与高层建筑体型设计浅析J. 建筑与结构设计，2010. 2 刘建荣高层建筑设计与技术M北京, 中国建筑工业出版社，2005. 3 布正伟。现代建筑的结构构思与设计技巧M天津, 天津科技出版社，1984
