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摘要:風災在中國屢見不鮮，其產(chǎn)生的影響對人類的生存和發(fā)展存在巨大的影響，特別是我國臨海地區(qū)，比如福建、海南、廣東等地，臺風造成的經(jīng)濟損失嚴重。從對建筑的影響出發(fā)，風災主要體現(xiàn)在對于建筑結構發(fā)生部分損壞或整體倒塌，特別針對現(xiàn)在高層建筑不斷涌現(xiàn)增加，對于抗風設計的研究是十分必要的，首先強調風對建筑物的作用及其危害，隨后對抗風理論進行研究分析。

關鍵詞:風災，建筑結構，抗風理論

風是一種自然現(xiàn)象，是相對于靜止的地面由于大氣溫度不均勻分布產(chǎn)生的一種運動。在我們?nèi)粘Ｉ钪?，常被提到的有臺風、龍卷風以及熱帶氣旋。中國在全世界范圍之內(nèi)屬于風災發(fā)生頻繁的國度之一，經(jīng)常風起東南沿海地帶，逐漸向內(nèi)地發(fā)展延伸，已發(fā)生的風災對于人民的經(jīng)濟產(chǎn)生巨大的損失，通過臺風活動的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析［1］，發(fā)現(xiàn)北太平洋的臺風數(shù)量和能量急劇增長，會增加臺風發(fā)生的次數(shù)以及強度，其給我們的啟示要加強抗風理論的研究，特別是建筑結構的抗風理論研究。

1建筑結構風荷載對于建筑物的影響

1．1建筑結構風荷載對于建筑產(chǎn)生振動原因分析。1)一個地區(qū)的風向是一定的，在外界條件不發(fā)生變化時，是不會發(fā)生較大變化的，這種風結構包括平均風和脈動風，其中脈動風的發(fā)生主要體現(xiàn)在對建筑結構產(chǎn)生順風向振動，這種振動要在結構設計中特別考慮。2)建筑結構背后存在的漩渦也會引起結構的振動，方向與風向垂直，尤其建筑結構背后附屬建筑煙囪、高層建筑等細長柱體結構。3)受其他建筑物尾流影響而產(chǎn)生的振動。4)由空氣負阻尼引起橫向失穩(wěn)式振動［2］。1．2建筑結構風荷載后果分析。1)結構物或者建筑結構構件發(fā)生過大的撓度或變形，使得外墻、外裝修材料發(fā)生損壞;2)風荷載對建筑物產(chǎn)生的振動會使得建筑受到疲勞破壞，嚴重影響建筑結構的使用功能;3)氣動力會隨著建筑結構氣動彈性的影響逐漸增大;4)風荷載動力的不斷增大，導致受力增大，影響人類的居住舒適度。

2抗風基本理論

2．1基本概念。建筑結構面直接承受風荷載作用，其可能產(chǎn)生的結果效應，是在結構設計中必須要考慮的因素之一，根據(jù)風壓荷載作用面積進行分類，具體可以將風荷載效應分為以下幾類:1)順風向效應;2)橫風向效應及共振效應;3)空氣動力失穩(wěn)。2．1．1風速分壓的影響。不可壓縮的流體指的是在運動過程中密度不發(fā)生變化或者是變化很小的流體，理論分析時將低速運動的空氣可作為不可壓縮的流體看待，其滿足的伯努利方程是:w=12ρv2。其中，w為單位面積上的風壓力;ρ為低速運動的空氣密度;v為自由氣流的風速。2．1．2基本風速和基本風壓基本風速和基本風壓一般需要滿足6個條件，分別是標準高度的規(guī)定(以10m為標準高度);地貌的規(guī)定(空曠平坦地貌);平均風速的時距(10min作為取值標準);最大風速的樣本(年最大風速);最大風速的重現(xiàn)期(取大于年平均值很多的某個值來進行抗風設計);最大風速的線性(極值Ⅰ型分布曲線描述)。2．1．3風剖面和風壓高度變化系數(shù)?，F(xiàn)實生活中，不同高度下的風速是不同的，必須掌握不同高度下風速才能準確衡量風荷載的大小，才能設計合理，滿足建筑需求，平均風速沿高度的變化規(guī)律，稱為平均風速梯度，即風剖面。風壓高度變化系數(shù)即是通過風速沿高度的變化規(guī)律和不同地面的粗糙程度確定的風壓高度變化率。2．2隨機振動理論基礎。在建筑結構正常使用階段，各種荷載作用下，產(chǎn)生的變化也在不斷的發(fā)生變化，可能在不同的時間段產(chǎn)生的同一類荷載的波形也是不同的，我們稱這種荷載為隨機荷載。隨機荷載確定后，可以得知不同時間段的荷載波形是不同的，所以在設計時不能根據(jù)已經(jīng)發(fā)生的風荷載進行全部預測做抗風設計，可能會使結構出現(xiàn)嚴重的損害情況，不能保證結構的絕對安全，因此隨機荷載下的抗風設計應該采用統(tǒng)計學或者是概率論的方式進行分析。2．3結構抗風分析計算和風荷載公式。對于不同振型的建筑結構風荷載影響會有對應的等效荷載響應，一般按照實際經(jīng)驗進行測算，高層建筑以及高聳結構屬于懸臂結構類型，抗風分析中按照第1振型進行計算。但是實際中抗風分析中單單考慮一種振型得到的結果是片面的，一般取主要考慮因素的時候，才按照單一振型進行分析。還有全動力計算方法，該類計算方法主要是針對風或者是脈動風作為主要輸入因素，按照隨機振動理論直接進行計算求出響應方法，是一種較為常用的方法，根據(jù)工程實際需求，由隨機振動理論進行求解相應的參數(shù)。若是不考慮風振，則風中只包含平均風，考慮的主要因素是瞬時風速以及風壓對于脈動風的增值影響作用，可以利用等效荷載響應方法進行求解。此外，在風速達到某一臨界值時，會產(chǎn)生空氣動力失穩(wěn)現(xiàn)象，風荷載運動會被無限放大，因此在設計時，要特別注意風速臨界值的界定，以免實際結構發(fā)生空氣動力失穩(wěn)。2．4荷載效應組合。不同荷載條件下的結構可靠性指標的差異可以用分項系數(shù)進行區(qū)分，其中永久荷載和可變荷載分別乘以不同的系數(shù)進行計算荷載，當結構上施加兩種及以上的荷載時，要選取標準值進行計算，因為不同荷載在同一時刻達到荷載的最大值，這種發(fā)生的概率偏小，取其標準值比較合理，通過荷載系數(shù)可以得出結果荷載的設計值。2．5風荷載作用下的受力變形特點。低層建筑結構，通常取其重力作為豎向荷載的設計控制值(非地震區(qū)域)，但是建筑層數(shù)的不斷增大，水平荷載不斷增大，逐漸在荷載設計中占據(jù)主導，會成為結構設計的主要控制因素，起決定性作用。高層建筑結構的高與寬的比值較大，軸向變形對于結構的總側移變化產(chǎn)生較大的影響，會使得整個框架結構呈現(xiàn)整體彎曲變形。

3風荷載作用下荷載效應的分析

當混凝土受到拉力和壓力同時作用時，會隨著荷載產(chǎn)生不同的應力，而且不同荷載產(chǎn)生的應力也是不同的，差異較大，彈性變形和塑性變形同時存在，隨著荷載作用的不斷增大，也會使得結構達到其強度極限值，應力開始下降，產(chǎn)生裂縫，這個過程不是簡單的線性變化，比較復雜。在實際工程中，針對不同的應力變化有不同的應對之策，從實際發(fā)生的裂縫方向出發(fā)，進行結構設計分析，通過理論以及計算機模擬預測結構的發(fā)展方向，以及可能出現(xiàn)的結果，便于更加合理的制定策略，一些常用的分析方法有:試驗分析法;非線性分析方法;塑性極限分析方法;線彈性分析方法以及塑性內(nèi)力重分布分析方法。對于高層結構，水平荷載的作用較為主要，一般的計算荷載效應的方法有反彎點法、D值法，隨著計算機的高速發(fā)展，普遍被大眾認同的計算方法是有限元法，即矩陣位移法，實現(xiàn)了計算機和結構內(nèi)力計算的有機結合。

參考文獻:

［1］曾加東．矩形高層建筑脈動風荷載空間相關性及結構風振響應研究［D］．成都:西南交通大學，2017．

［2］韓君．低矮建筑圍護結構風荷載標準值的規(guī)范對比［D］．北京:北京交通大學，2017．

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［4］趙建雋．風荷載作用下建筑結構動力響應研究［D］．邯鄲:河北工程大學，2017．

［5］鄭星辰．考慮風向影響的建筑結構風荷載評估與抗風設計［D］．北京:北京交通大學，2016．

［6］章李剛．大型復雜建筑結構風致效應及等效靜力風荷載研究［D］．杭州:浙江大學，2013．

［7］曲文超．高層建筑結構風荷載數(shù)值模擬研究［D］．天津:天津大學，2010．

［8］孫振．建筑結構風荷載的計算機模擬與分析［D］．南京:南京航空航天大學，2007．

作者:史明祥 單位:山西省建筑科學研究院