风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
钢结构建筑设计的难点
钢结构建筑设计的难点由于其轻量高强及施工便捷等优势，钢结构建筑在现代建筑设计中越来越受到重视，特别是在大跨度、高层建筑等领域。
然而，钢结构建筑的设计也面临着一些难点，本文就此进行探讨。
一、结构稳定性控制钢结构建筑的设计必须保证建筑结构的稳定性，避免结构产生任何摆动、倾斜甚至崩塌的风险。
在设计中，需要控制建筑物的重心、重量，以及风荷载、地震荷载等外部力的影响，保证建筑物在各种极端的情况下都能保持稳定。
同时，钢结构自身的稳定性也是一个很重要的问题。
因为钢材灵活性较大，抗扭强度差，当施加在钢结构上的重力、风荷载、地震荷载等力的作用超过材料的极限时，就很容易导致结构瘫痪、崩塌等事故。
因此，在钢结构建筑的设计中，必须做好结构的稳定性控制，确保建筑的安全性和稳定性。
二、温度效应的控制钢材的线膨胀系数较大，在高温环境下易引起膨胀变形，从而影响结构的稳定性。
此外，钢材的强度和刚度也会因温度的变化而发生变化，导致力学性能下降、产生变形，因而减少钢结构的承载能力和使用寿命。
因此，在钢结构建筑设计时，必须要考虑温度效应对结构的影响，并采取相应的措施来控制。
钢结构的防火涂料、防火板等材料的使用，可以在一定程度上降低温度对结构的影响。
另外，在建筑的设计中还应考虑通风、散热等因素，并采取一些降温措施，以保证结构的安全性和稳定性。
三、细节处的处理钢结构建筑在细节处的处理，也是一个非常重要的问题。
设计师必须在细节处考虑到建筑的实际应用环境，以及使用过程中可能出现的问题。
同时，建筑的结构也必须在制作、安装等环节中得到一定的保证，以免在后期出现质量问题。
例如，在建筑的连接处要考虑到钢结构的伸缩变形，避免产生压力和相应的变形。
在建筑内部装饰过程中，必须注意到钢结构上的缺陷、划痕等问题，以免损坏建筑结构。
此外，建筑的底部必须考虑到地基的承载力，保证建筑物的稳定性。
四、质量管理和监控钢结构建筑是由许多小部件组成的大型结构，在设计、制造、运输和安装等各个环节中都可能出现质量问题。
高层建筑钢结构的静力与动力稳定性
高层建筑钢结构的静力与动力稳定性高层建筑的钢结构是现代建筑工程中的重要组成部分，其静力与动力稳定性对于保障建筑安全至关重要。
钢结构在高层建筑中得到广泛应用，主要是因为其具有高强度、轻质化和可塑性等优点。
然而，在面临复杂环境及外部风荷载、地震荷载等外力作用时，高层建筑钢结构的静力与动力稳定性成为一个关键问题，需要通过合理的设计和分析来保证其安全可靠。
1. 高层建筑钢结构的静力稳定性静力稳定性是指在静力作用下，建筑结构在不破坏的条件下保持平衡的能力。
高层建筑钢结构的静力稳定性可以通过结构分析和设计来保证。
首先，建筑结构的受力分析是设计的首要任务。
通过对结构的受力进行计算和分析，可以确定结构的各个构件受力情况，并进一步进行结构的设计和优化。
在高层建筑中，常用的受力计算方法有静力分析、有限元分析等。
其次，要保证高层建筑钢结构的静力稳定性，需要对结构进行合理的设计。
这包括选择适当的材料、合理确定截面尺寸和构件连接方式等。
同时，建筑结构的刚度和抗侧扭刚度的设计也是至关重要的，可以通过增加梁、柱和剪刀墙等构件来提高结构的整体刚度和稳定性。
最后，在实际的施工中，要注意对结构进行质量控制和监督。
这包括材料的选取和检验、构件的焊接和连接等。
只有不断加强质量控制，才能保证高层建筑钢结构的静力稳定性。
2. 高层建筑钢结构的动力稳定性动力稳定性是指在动力作用下，建筑结构不会发生不利的振动现象。
在高层建筑中，动力荷载主要有地震荷载、风荷载等。
首先，地震荷载是高层建筑结构动力分析中需要重点考虑的因素。
地震荷载可以通过地震响应谱分析、时程分析等方法来计算。
在高层建筑的结构设计中，需要根据不同的设防地震烈度和场地条件来选择适当的设计参数和措施。
在选择合适的设计参数时，需要充分考虑结构的固有周期、阻尼系数等，以提高结构的地震抗性能。
其次，风荷载也是高层建筑结构动力稳定性分析中的重要部分。
风荷载可以通过风洞试验和风荷载计算公式来确定。
钢结构设计中的风力荷载分析
钢结构设计中的风力荷载分析钢结构是一种广泛应用于建筑和桥梁等工程中的结构形式，其设计和施工需要考虑各种荷载，其中风力荷载是一个重要的设计参数。
本文将针对钢结构设计中的风力荷载进行分析，以帮助读者更好地了解和应用于实际工程中。
1. 风力荷载的基本概念风力荷载是指建筑或结构所受到的来自风的力量，其大小取决于风的速度、方向、建筑形状以及建筑表面的特性。
在钢结构设计中，风力荷载通常按照规范进行计算，以保证结构的安全性。
2. 风力荷载的计算方法钢结构的风力荷载计算可以采用多种方法，常见的有等效静力法和动力风洞试验法。
等效静力法适用于简单结构和低层建筑，通过将风力转化为等效的静力进行计算。
而动力风洞试验法则适用于复杂结构和高层建筑，通过在风洞中模拟真实风场，测量结构受力情况来进行分析。
3. 风荷载对钢结构的影响风荷载对钢结构具有明显的影响。
首先，风力的作用会导致结构的振动，特别是在高层建筑中更为明显，需要通过结构设计和增加抗风设施来保证结构的稳定性。
其次，风荷载会对结构的稳定性和疲劳造成影响，需要在设计中进行合理的防护和优化措施。
此外，风的方向和速度也会对结构的局部应力造成影响，需要进行相应的分析和计算。
4. 钢结构的抗风设计为了保证钢结构在风荷载下的安全性，需要采取一系列的抗风设计措施。
首先，结构的整体设计应基于具体工程的风荷载计算和规范要求进行，包括结构的刚度、强度和稳定性等方面的考虑。
其次，可以通过增加局部加强措施来增强结构的抗风能力，如增加结构连接件的数量和强度，采用风阻碍物等。
最后，对于高层建筑，还需要设计风振控制系统，如加装阻尼器、液柱等，以控制结构的振动。
5. 风力荷载的实际案例分析以某高层钢结构建筑为例，介绍风力荷载的具体分析。
该建筑位于暴露的山顶位置，因此风荷载是设计的重要考虑因素之一。
首先，通过风洞试验获取结构的风荷载参数，然后利用等效静力法进行计算，确定结构的设计风荷载。
接下来，根据设计风荷载和结构的特性，分析结构位移、应力等情况，确保结构的稳定性和安全性。
高层建筑结构设计的问题及对策研究
浅谈高层建筑结构设计的问题及对策研究摘要：随着社会的不断进步和科技的不断发展，高层建筑越来越广泛的出现在城市建设中。
在高层建筑结构设计方面出现了新的发展和变化。
高层建筑的结构设计已经成为了建筑设计的重点内容，因此，研究高层建筑结构设计的问题是非常重要和有意义的。
本文介绍了高层建筑结构特征，分析了高层建筑结构设计的原则，阐述了高层建筑结构体系的选型问题，并重点分析了高层建筑结构设计问题及对策。
关键词：高层建筑结构；设计；对策1高层建筑结构的特征高层建筑结构不但承受较大的垂直方向的荷载，同时也承受较大的水平方向的荷载，如风荷载和地震作用。
一般情况下，低层建筑结构受到水平方向上的影响比较小，然而在高层建筑中，水平荷载作用则往往比较大，外界地震的作用和外界风产生的水平方向的荷载的影响是主要的影响因素。
随着建筑物高度的增加，高层建筑的位移增加较快，但是高层建筑过大的侧移不但影响人的舒适度，同时使得建筑物的使用受到影响，并且容易损坏结构构件以及非结构构件。
基于此，在设计高层建筑结构时，首先控制侧移在规定的范围之内，所以，高层建筑结构设计的核心是抗侧力结构的设计。
2高层建筑结构设计的原则2.1选择合理的结构方案。
合理的结构设计方案必须满足安全性和经济性的要求，并且要满足结构形式和结构体系的要求。
结构体系的要求是受力明确，传力简单。
在相同的结构单元当中，应该选择相同结构体系，如果高层建筑处于地震区，那么尽量选用平面和竖向规则的结构方案。
另外，应在综合考虑地理条件，工程使用需求，施工条件，材料等因素的基础上，并和建筑包括水，暖，电等各个专业的相协调的情况下，选择合理的结构，从而确定结构的方案。
2.2选择合理的高层建筑结构计算简图在计算简图基础上进行高层建筑结构设计的计算，如果选择不合理的计算简图，就比较容易造成由于结构不安全或造成不必要的浪费。
基于此，高层建筑结构设计安全合理保证的前提是合理的计算简图的选择。
同时，在设计中应该采取相应的结构构造措施，保证计算简图的误差在规范规定的范围内，确保结构的安全。
高层建筑钢结构工程中抗震性能化设计的应用
0 引言高层民用建筑钢结构技术规程JGJ 99（以下简称“高钢规”）提出：高层民用建筑钢结构应注重概念设计，综合考虑建筑的使用功能、环境条件、材料供应、制作安装、施工条件因素，优先选用抗震抗风性能好且经济合理的结构体系、构件形式、连接构造和平立面布置。
在抗震设计时，应保证结构的整体抗震性能，使整体结构具有必要的承载能力、刚度和延性。
抗震性能化设计是以结构的安全性、可靠性和适用性为核心，以结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形和损伤等为基本指标，采用一定的设计方法，进行结构抗震性能的评估，对结构在罕遇地震作用下的安全性做出定量或定性的评价，以确定其是否满足在罕遇地震作用下所需具备的性能要求，从而达到预期的抗震目标。
它是抗震设计方法中一种新的发展方向，是结构抗震设计发展到一个新阶段后出现的一种全新设计方法。
我国抗震设计规范体系已经基本建立，但是于高层建筑钢结构工程来说，由于其结构复杂、周期较长、环境恶劣的特点，其抗震设计规范体系的建立还不够完善。
如张谨等[1]从抗风、防火、防腐和舒适度等结构专项分析，将日渐成熟的数值仿真计算作为各类性能设计与评价的重要手段和依据，形成和完善钢结构全生命周期的性能化设计框架和流程，充分发挥出钢结构的良好性能。
王亚西[2]依托四川雅安某办公楼的加层改造项目，针对框剪加层结构的阻尼比取值问题，不同加层方案对整体结构抗震性能的影响，以及框剪加层结构在多遇地震和罕遇地震作用下的抗震性能展开研究，为类似的加层改造工程提供合理的设计参考。
渠欣荣[3]以新疆维吾尔自治区乌鲁木齐市的新疆大学图书馆复杂钢结构体系为例进行研究，得出于新疆大学图书馆钢框架无隔震技术结构来说，采用倒三角分布加载模式的静力弹塑性方法结果与非线性动力时程分析结果更接近的分析结果。
基于此，本文从基础设计、荷载设计、抗震目标设计等方面对高层建筑钢结构工程中抗震性能化设计的应用进行分析，以期为相关工作人员提供一定借鉴意义。
高层结构设计中存在的问题及设计方法
高层结构设计中存在的问题及设计方法高层结构设计在建筑工程中起着至关重要的作用，它不仅承载着建筑物的重量，还要考虑到风荷载、地震作用等外部力的影响。
在高层结构设计过程中，常常会出现一些问题，例如结构稳定性、梁柱连接、横纵向约束等方面的设计不足，导致结构安全隐患的存在。
本文将就高层结构设计中存在的问题及设计方法进行探讨。
1. 结构稳定性不足高层建筑结构的稳定性是设计的重中之重，但是很多设计中存在着不足之处。
一些设计在结构稳定性方面未考虑周全，导致在自重、风荷载或地震等外部力作用下，结构容易发生倾斜、位移等问题，从而造成安全隐患。
2. 梁柱连接设计不合理梁柱连接设计不合理会导致整体结构的稳定性受到影响，甚至可能发生结构破坏。
在高层结构设计中，梁柱连接的设计需要考虑到承载能力、适应性等因素，因此设计不合理将会对结构的安全性产生负面影响。
3. 横纵向约束设计不足高层建筑结构的横纵向约束是确保结构整体稳定的重要因素，但在设计中常常存在疏漏。
横纵向约束设计不足将导致结构承受外部力作用时产生严重的变形和位移，进而威胁到结构的安全性。
二、高层结构设计方法在高层结构设计过程中，需要对结构的整体稳定性进行充分的分析。
这包括对结构的受力情况、承载能力、变形情况等进行详尽的计算和分析，从而确保结构在受到外部力作用时能够保持稳定。
在高层结构设计中，需要对梁柱连接进行合理的设计优化。
这包括选择合适的连接形式、材料和工艺，确保连接的承载能力和适应性达到设计要求，从而有效地提高结构的安全性和稳定性。
为了确保高层结构的整体稳定，需要加强横纵向约束的设计。
这包括增加结构的横向约束形式、增加约束构件的数量和强度等措施，从而有效地减少结构的变形和位移，确保结构整体的稳定性。
4. 应用新型结构材料在高层结构设计中，可以考虑采用一些新型的结构材料，如钢筋混凝土、钢结构、复合材料等。
这些新型材料具有较高的抗压、抗拉、抗弯等性能，能够有效提高结构的承载能力和稳定性，从而提高结构的安全性。
风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
高层钢结构设计论文
风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
摘 要：随着建筑科技的日益进步，高层钢结构建筑得到迅猛发展，人们对于高 层钢结构体系的研究日趋完善， 包括理论研究和工程设计。 风荷载和地震作用是 钢结构设计中至关重要的两大动力荷载， 这两种荷载对高层钢结构的强度和稳定 都会产生很大影响。 本文详细介绍了高层钢结构建筑在风荷载和地震作用下的动 力响应， 并根据规范要求以及国内外学者的相关研究，总结概括了针对风荷载和 地震作用的设计理论和设计方法。 关键词：高层钢结构；风荷载；抗风设计；地震作用；反应谱
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第二章. 高层钢结构建筑风荷载作用与抗风设计
2.1 风荷载作用
2.1.1 风荷载的形成 风指的是空气的水平运动， 一般是由气压高处向气压低处流动而形成。太阳 的辐射热在地球周围的分布不均匀使得大气是不断运动的。大气是物质，自然就 有能量， 从地表面一直向上的整个大气柱对它下面的地表面和物体便有压力，单 位面积上承受的这种压力，叫做气压。各个地方大气压有高有低，例如一个地方 上面的空气冷，密度就大，气压也就大些;另一个地方上面的空气暖，密度就小 些，气压也就小些，这样，空气就从气压大的地方向气压小的地方流动。因此风 产生的直接原因是气压在水平方向上的不均匀分布。 风速的主要部分是大小和方向保持不变的平均风， 另外叠加一部分在方向和 大小上不断变化的脉动风。表征风特性的参数包括： （1）平均风速剖面； （2）紊 流风速剖面； （3）脉动风速谱以及（4）湍流积分强度等等。可以根据伯努利方 程由风速来确定风压。 风压对于结构或构件将产生过大的内力和不稳定，使得结 构物产生过大挠度或者变形，有可能引起外墙和装饰材料的破坏。 2.1.2 风荷载的组成与特性 风荷载对于建筑物的作用是一个随机的过程，其包括三个部分：平均风压产 生的平均力， 脉动风压所引起的随机脉动力以及由于风致建筑物振动产生的惯性 力。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其 他物理量都看成不随时间而改变的量， 由于风的长周期远远大于结构的自振周期。 可等效为静态作用处理，应用结构静力 计算。脉动风的强度是随时间按随机规 律变化的，由于周期较短，应用随机振动理论进行分析。 按照风对于建筑物作用力的方向不同可以分为：1）在建筑物的迎风面上产 生的压力（气流流动产生的阻力） ；2）在横风向产生的横风向干扰力（气体流动 产生的漩涡扰力与湍流脉动压力） ；3）空气流经建筑物后在建筑物的背后产生的 涡流干扰力（包括背风向的吸力） 。当需要准确确定风荷载分布时，需要依靠模 型风洞试验来实现。 风荷载的作用与空间位置及时间的不确定性有关，受地形、地貌、周围建筑 环境等因素共同影响， 其具有静力和动力的双重特点，动力部分即脉动风的作用 会引起高层钢结构建筑的振动。除此之外，风荷载也与结构的几何外形相关，结 构体系的不同部分对风的敏感程度也不尽相同， 当结构尺寸在多个方向上比较接 近时，需要考虑空间相关性对风荷载的影响。对于具有显著非线性特征的结构，
钢结构建筑的抗风性能及其设计方法
钢结构建筑的抗风性能及其设计方法引言：钢结构作为一种重要的建筑结构体系，具有很高的抗风性能。
针对钢结构建筑的抗风设计，有多种方法和准则可供参考。
本文将探讨钢结构建筑的抗风性能，介绍几种常用的设计方法，并阐述其设计原理和实施步骤。
一、钢结构建筑的抗风性能分析钢结构建筑的抗风性能是指在风力作用下，结构能够保持稳定和完整的能力。
抗风性能的评价主要包括刚度、弯曲承载能力、屈曲稳定性等方面。
1. 刚度：钢结构建筑具有较高的刚度，使得其能够有效地抵抗风荷载产生的位移与变形。
刚度的大小与所选材料的弹性模量以及结构的几何形状有关。
2. 弯曲承载能力：钢结构建筑的抗弯能力较强，能够有效地抵抗风荷载带来的弯曲变形。
钢材的高强度和较大的屈服强度使钢结构能够得到充分的利用，同时也使得其具有较高的刚度。
3. 屈曲稳定性：钢结构建筑在受到较大风荷载作用时，可能会发生屈曲失稳。
因此，在设计过程中需要考虑结构的屈曲承载能力以及屈曲稳定性，采取相应的措施以增强结构的抗风性能。
二、钢结构建筑抗风性能的设计方法1. 风荷载计算：风荷载是设计抗风性能的基础。
按照相关规范计算风压和风荷载，并根据建筑的形态和高度分布进行空间分布计算。
确保在设计过程中考虑到各个方向上的风荷载。
2. 结构的抗风设计：根据风荷载计算的结果，采取相应的设计措施以提高结构的抗风能力。
通常的设计方法包括增加构件的截面尺寸、增设剪力墙或刚性梁柱节点等。
3. 结构的抗风分析：通过有限元分析等方法，对结构的抗风性能进行综合评估和验证。
通过模拟风荷载作用下的结构响应，确定结构的最不利受力状况，并检查结构各个部位的安全性能。
4. 屈曲控制：钢结构建筑在抗风设计过程中，需要避免出现屈曲失稳现象，以确保结构的整体稳定性。
在设计中考虑结构的屈曲承载能力，并采取相应的措施来控制结构的屈曲。
5. 连接节点设计：连接节点是钢结构建筑中一个重要的设计元素，对于结构的抗风性能有着重要的影响。
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高层钢结构设计论文
比如偏柔的超高层、大跨空间结构可能会产生流固耦合效应[2]。 在我国的荷载规范关于风荷载的计算中， 高层钢结构建筑需要考虑风振影响， 对其顺风向响应的计算见公式（1） ：
wz z s z w0
（1）
其中， wz 为任一高度 z 处的等效风荷载， z 为风振系数，考虑脉动风下动 力影响的总等效系数， s 为结构在 z 高度处的体型所需调整的风荷载体型系数，
EFFECT AND DESIGH METHOD OF WIND LOAD AND EARTHQUAKE ON HIGH-RISE STEEL BUILDING
Abstract: With the progress of building technology, high-rise steel structure building get rapid development, and the study of high-rise steel structure system is increasingly perfect including theoretical research and engineering design. Wind load and earthquake action is vital in the design of steel structure dynamic load which have an important effect on the strength and stability of high-rise steel structure. High-rise steel structure building are introduced in detail in this paper on the dynamic response under wind load and earthquake action, and according to the requirements specification and the related research of scholars at home and abroad, the summary to the wind load and earthquake action of design theory and design method is also presented. Keywords: High-rise steel building, Wind load, Wind resistance design, Earthquake, Response spectrum
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高层钢结构设计论文
紊流引起结构横风向振动， 而风致扭转效应只对矩形或者不规则高层建筑响应较 大，对圆柱形细长结构响应很小，通常忽略不计，自激振动反应指与结构运动相 关的动力风荷载引起的振动。 根据风洞试验结果表明，高层钢结构建筑横风向动力响应通常比顺风向大[3]， 但是与顺风向风荷载相比， 横风向风荷载的形成机理要复杂许多。对于高层与超 高层建筑的横向风致响应及等效静力风荷载的计算， 首先要获取结构参数与风环 境参数，然后计算横风向基底弯矩系数、共振响应峰值因子、横风向广义气动力 模态修正因子等量，由各项计算量最终通过公式（2）来计算结构横风向等效静 力风荷载 p z ，然后可得结构的加速度响应以及弯矩、剪力等其他横风向风致 响应。
2 2 p z wH B GB z GR 1 z
（2）
高层钢结构建筑的横风向风致响应受到多方面因素影响， 包括对振型的修正、 背景分量的计算等等，在顾明等人的研究中[4]，通过典型计算实例表明，振型修 正对基底剪力和弯矩响应的影响不大，通常在 5%以内，但是振型对建筑顶部加 速度的响应影响较大， 所以在高层建筑的舒适性设计中应考虑建筑振型对加速响 应的影响； 气动阻尼在折算风速较低时对响应的影响很小，而在折算风速较高时 对响应较大；背景分量的影响水平则与气动阻尼相反。 在对风荷载对高层钢结构影响的研究中，舒适度一直被人们所关注。高层建 筑和超高层建筑的钢结构，由于高度迅速增加，使得结构的阻尼比变小，风荷载 对高层建筑的影响变得更加显著， 高层建筑结构特别是超高层钢结构中风运动的 人体舒适度己上升为控制和首要的因素。在水平侧向力的作用下，高层建筑结构 发生振动，如振动达到某一限值时，人体开始出现某种不舒适的感觉，我们称这 种针对居住者的舒适感而言的振动效应分析为舒适度分析。 舒适度是居住环境所 追求的目标，由许多因素所构成，包括生理的方便、心理的愉快和功能的和谐。 一些研究表明， 仅振幅的大小并不能完全反应居住者的舒适度，还需考虑频率的 影响，只有当二者达到某一种关系时才能让居住者感到不舒适感[5]。衡量人体舒 适度的标准有多种， 目前较为公认的方法为采用最大加速度响应进行判断，国外 规范和很多专家也提出了一些别的计算结构物加速度的方法和限值标准。 在风荷 载的作用下， 高层建筑结构的加速度响应在不同楼层处不同，一般在顶层的加速 度响应最大，所以我们衡量人体舒适度的最大加速度指的是结构顶层的加速度 （ （2）-[29]） 。
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第二章. 高层钢结构建筑风荷载作用与抗风设计
2.1 风荷载作用
2.1.1 风荷载的形成 风指的是空气的水平运动， 一般是由气压高处向气压低处流动而形成。太阳 的辐射热在地球周围的分布不均匀使得大气是不断运动的。大气是物质，自然就 有能量， 从地表面一直向上的整个大气柱对它下面的地表面和物体便有压力，单 位面积上承受的这种压力，叫做气压。各个地方大气压有高有低，例如一个地方 上面的空气冷，密度就大，气压也就大些;另一个地方上面的空气暖，密度就小 些，气压也就小些，这样，空气就从气压大的地方向气压小的地方流动。因此风 产生的直接原因是气压在水平方向上的不均匀分布。 风速的主要部分是大小和方向保持不变的平均风， 另外叠加一部分在方向和 大小上不断变化的脉动风。表征风特性的参数包括： （1）平均风速剖面； （2）紊 流风速剖面； （3）脉动风速谱以及（4）湍流积分强度等等。可以根据伯努利方 程由风速来确定风压。 风压对于结构或构件将产生过大的内力和不稳定，使得结 构物产生过大挠度或者变形，有可能引起外墙和装饰材料的破坏。 2.1.2 风荷载的组成与特性 风荷载对于建筑物的作用是一个随机的过程，其包括三个部分：平均风压产 生的平均力， 脉动风压所引起的随机脉动力以及由于风致建筑物振动产生的惯性 力。平均风是在给定的时间间隔内，时间而改变的量， 由于风的长周期远远大于结构的自振周期。 可等效为静态作用处理，应用结构静力 计算。脉动风的强度是随时间按随机规 律变化的，由于周期较短，应用随机振动理论进行分析。 按照风对于建筑物作用力的方向不同可以分为：1）在建筑物的迎风面上产 生的压力（气流流动产生的阻力） ；2）在横风向产生的横风向干扰力（气体流动 产生的漩涡扰力与湍流脉动压力） ；3）空气流经建筑物后在建筑物的背后产生的 涡流干扰力（包括背风向的吸力） 。当需要准确确定风荷载分布时，需要依靠模 型风洞试验来实现。 风荷载的作用与空间位置及时间的不确定性有关，受地形、地貌、周围建筑 环境等因素共同影响， 其具有静力和动力的双重特点，动力部分即脉动风的作用 会引起高层钢结构建筑的振动。除此之外，风荷载也与结构的几何外形相关，结 构体系的不同部分对风的敏感程度也不尽相同， 当结构尺寸在多个方向上比较接 近时，需要考虑空间相关性对风荷载的影响。对于具有显著非线性特征的结构，
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风荷载和地震作用对高层钢结构建筑的影响及设计方法
摘 要：随着建筑科技的日益进步，高层钢结构建筑得到迅猛发展，人们对于高 层钢结构体系的研究日趋完善， 包括理论研究和工程设计。 风荷载和地震作用是 钢结构设计中至关重要的两大动力荷载， 这两种荷载对高层钢结构的强度和稳定 都会产生很大影响。 本文详细介绍了高层钢结构建筑在风荷载和地震作用下的动 力响应， 并根据规范要求以及国内外学者的相关研究，总结概括了针对风荷载和 地震作用的设计理论和设计方法。 关键词：高层钢结构；风荷载；抗风设计；地震作用；反应谱
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第一章. 前言
随着社会建设需求的不断增加和建筑科技的日益进步， 钢结构正在建筑领域 扮演着越来越重要的角色。我国由于经济和技术相对落后的原因，在 80 年代以 前尚没有一幢钢结构建筑， 80 年代中期， 高层钢结构建筑在我国开始出现， 1985 年， 我国兴建了第一幢高层钢结构建筑 “深圳发展中心大厦” 。 从 1990 年到 1994 年我国高层钢结构建筑建设停顿了几年，而自近两年来，由于人们对高层及超高 层建筑结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高， 使高层和超高层建筑迅猛发展，又重新形成了高层钢结构建筑新高潮[1]。从总体 情况来看，我国高层钢结构起步虽然较晚，但发展迅速。一些重要的工程比如： 香港中国银行大厦、首都国际机场、上海金茂大厦、中央电视台新址大楼已经成 为我国科技进步的象征， 在国内外产生了一定的影响同时，与此相应的高层钢结 构的科学研究、设计及施工等方而均取得了较大进展，在钢结构的优化设计、制 作安装方面都达到了较高的水平。 对于低层房屋结构设计而言， 起控制作用的一般是以重力为代表的竖向荷载， 而高层钢结构建筑的荷载主要是以风荷载和地震作用为主的水平荷载， 它们成为 结构设计的决定性因素。 随着结构高度的增加，水平荷载对于结构的影响急剧增 加。在高层钢结构建筑的设计过程中，由于高度的增加，结构刚度减小，风荷载 与地震作用将使得结构产生过度的振动和变形。 尤其是对于现在一些体型独特并 具有高柔特性的高层建筑，对风荷载比较敏感，当建筑位置位于沿海地区时，若 考虑台风作用， 风荷载在结构设计中将起到控制作用。同时为了满足使用功能和 艺术审美的双重需求，高层钢结构建筑在不断发展过程中，不仅高度逐渐增加， 建筑体型和结构布置也日趋复杂多变。 当另一项十分严重的自然灾害——地震发 生时， 这种高层建筑有可能会发生严重的次生灾害。因此针对此类建筑物在地震 作用下的性能分析和优化设计就显得十分必要。 针对风荷载和地震作用对高层钢结构的作用， 国内外许多学者已经做过相关 研究，包括对风荷载的分析研究、风洞试验的模拟以及数值模拟技术的发展，对 地震荷载包括其理论分析和实际设计。动力分析比静力分析要更为复杂，因此对 风荷载和地震作用的研究一直未停止，目前已经有所成果，相应的理论体系已经 逐步建立并成熟，但是仍有部分问题亟待解决。