结构风效应
荷载与结构设计方法的3套考试试题
荷载与结构设计方法的3套考试试题(总22页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--综合试题（一卷）一、填空题（每空1分，共20分）1． 作用按时间的变异分为:永久作用,可变作用,偶然作用_2． 影响结构抗力的因素有：材料性能的不定性,几何参数的不定性,计算模式的不定性..3． 冻土的四种基本成分是_固态的土颗粒,冰,液态水,气体和水汽.4． 正常使用极限状态对应于结构或者构件达到_正常使用或耐久性能_的某项规定限值.5． 结构的可靠性是_安全性,适用性,耐久性__的总称.6． 结构极限状态分为_承载能力极限状态,正常使用极限状态_.7． 结构可靠度的确定应考虑的因素,除了公众心理外,还有结构重要性,社会经济承受力,结构破坏性质 二.名词解释(10分)1. 作用：能使结构产生效应(内力,应力,位移,应变等)的各种因素总称为作用（3分）2. 地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度.（3分）3. 承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态.（4分）三.简答题. (共20分)1. 结构抗力的不定性的影响有哪些?答：①结构材料性能的不定性、②结构几何参数的不定性、③结构计算模式的不定性。
（每点1分） 2. 基本风压的5个规定.答：基本风压通常应符合以下五个规定。
①标准高度的规定。
我国《建筑结构荷载规范》规定以10m 高为标准高度。
②地貌的规定。
我国及世界上大多数国家规定，基本风速或基本风压按空旷平坦地貌而定。
③公称风速的时距。
规定的基本风速的时距为10min 。
④最大风速的样本时间。
我国取1年作为统计最大风速的样本时间。
⑤基本风速的重现期。
我国规定的基本风速的重现期为30年。
（每点1分）(5)3. 简要回答地震震级和烈度的差别与联系(6)答：①地震震级是衡量一次地震规模大小的数量等级。
②地震烈度是某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用
超高层建筑结构风效应的关键技术研究及其应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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第3章 风荷载3
1 2 PD = µ D ρv D 2 1 2 PL = µ L ρv D 2 1 2 PM = µ M ρv D 2
Huaihai Institute of Technology
二、结构横风向风力
在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力： 在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力：
1 2 PL ( z , t ) = ρv ( z ) D( z ) µ L sin ω s t 2 2πSt v( z ) ω s = 2πf s = D( z ) (z
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
Huaihai Institute of Technology
四 结构总风效应
风荷载总效应可将横风向风效应S 与顺风向风效应S 风荷载总效应可将横风向风效应 c与顺风向风效应 A按下 式组合后确定。 式组合后确定。 S=(S2c+ S2A)1/2
Pdj ( z ) = λ j v crϕ j (z) D( z ) （ / 12800ζ j）
2
λj—计算系数，按表 计算系数， 确定； 计算系数 按表3-14确定； 确定 Φj(z)—在z高度处结构的 振型系数； 在 高度处结构的j振型系数； 高度处结构的 振型系数 ζj—第j振型的阻尼比；对第一振型，钢结构取 振型的阻尼比； 第 振型的阻尼比 对第一振型，钢结构取0.01，有填充 ， 材料的房屋钢结构取0.02，混凝土结构取0.05，对于高振型 材料的房屋钢结构取 ，混凝土结构取 ， 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取； 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取；
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
ห้องสมุดไป่ตู้率
荷载与结构设计方法-风荷载
A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取地面粗糙度指数αA =0.12，梯度风高度 H=T3A 00m。
B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，
取地面粗糙度指数 αB =0.16，梯度风高度 HTB 350m。 C类是指有密集建筑群的城市市区，取地面粗糙度指数 αC =0.22，梯度风 高度 HTC 400m。
6～11
3
微风
0.6
1.0
渔船渐觉簸动，随风移行每小时 5～6km
树叶及微枝摇动不息，旌旗展开
12～19
4
和风
1.0
1.5 渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动
20～28
5
清劲风
2.0
2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波
29～38
6
强风
3.0
4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难
75～88 89～102
11
暴风
11.5
16.0 汽船遇之极危险
陆上很少，有时必有重大损毁
103～117
12
飓风
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
118～133
<10
1～3 4～6 7～10 11～16 17～21 22～27 28～33 30～40 41～47 48～55 56～63 64～71
0～0.2
0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9
高层建筑的风振效应与结构设计
高层建筑的风振效应与结构设计随着城市化进程的加速，高层建筑成为现代城市的标志之一。
然而，高层建筑在风力的作用下容易产生风振效应，这对建筑的结构安全性提出了挑战。
因此，高层建筑的结构设计需要充分考虑风振效应的影响，以确保建筑的稳定性和安全性。
风振效应是指由于风力对建筑所产生的振动效应。
当风力穿过高层建筑的结构体系时，会导致建筑物发生振动，这种振动可能会对建筑的结构产生一定的影响。
风振效应主要体现在两个方面：一是平面振动，即建筑在水平方向上产生的振动；二是立面振动，即建筑在垂直方向上产生的振动。
这两种振动都可能对建筑的稳定性和安全性产生影响，因此在结构设计中需要予以重视。
高层建筑的风振问题首先需要从建筑物的形状与几何特征入手。
建筑物的形状对风力的作用有很大的影响，尤其是在高层建筑中尤为明显。
对于高层建筑来说，形状越复杂、不规则，风力作用产生的非定常问题就越复杂，从而增加了风振问题的发生概率。
因此，在高层建筑的结构设计中，应尽量简化形状，避免出现过于复杂的几何特征，以减小风力对建筑的作用。
另外，高层建筑的结构材料与连接方式也是影响风振效应的重要因素。
在结构设计中，应选择适合高层建筑的材料，如钢材、混凝土等，以提高建筑的稳定性和抗风振能力。
此外，合理选择建筑的连接方式也能有效减小风振效应。
例如，在高层建筑的结构设计中，可以采用刚性钢结构连接的方式，以提高建筑的抗风振能力。
另一个影响高层建筑风振效应的因素是建筑物周围环境的影响。
建筑周围的环境，如附近的其他建筑、树木等，会引起风场的变化，进而影响风力的作用。
因此，在高层建筑的结构设计中，需要充分考虑建筑周围环境的影响，并采取相应的措施来减小风振效应的影响。
例如，在建筑物的周围可以种植一些低矮的树木，以减小风力的作用。
同时，高层建筑的结构设计还需要考虑风振效应对人体的影响。
风振效应会对建筑内的人体产生不利影响，如引起晕眩、不适等症状。
因此，在高层建筑的结构设计中，还需要充分考虑人体的舒适性。
荷载与结构设计方法名词解释
1.作用：能使结构产生效应(内力、应力、位移、应变等)的各种因素总称为作用。
2.地震烈度：某一特定地区遭受一次地震影响的强弱程度。
3.承载能力极限状态：结构或构件达到最大承载力或不适于继续承载的变形,这种状态称为承载能力极限状态。
4.单质点体系：当结构的质量相对集中在某一确定位置，可将结构处理成单质点体系进行地震反映分析。
5.基本风压：基本风压是根据全国各气象站50年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求，将不同高度的年最大风速统一换算成离地面10m的最大风速按风压公式计算得的风压。
6.结构可靠度：结构可靠性的概率量度。
结构在规定时间内，在规定条件下，完成预定功能的概率。
7.荷载代表值：设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值。
8.基本雪压：当地空旷平坦地面上根据气象记录经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压。
9.路面活荷载：路面活荷载指房屋中生活或工作的人群、家具、用品、设备等产生的重力荷载。
10.土的侧压力：是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
11.静水压力：静水压力指静止的液体对其接触面产生的压力。
12.混凝土徐变：混凝土在长期外力作用下产生随时间而增长的变形。
13.混凝土收缩：混凝土在空气中结硬时其体积会缩小，这种现象叫混凝土收缩。
14.荷载标准值：是荷载的基本代表值，其他代表值可以在标准值的基础上换算来。
它是设计基准期内最大荷载统计分布的特征值，是建筑结构在正常情况下，比较有可能出现的最大荷载值。
15.荷载准永久值：结构上经常作用的可变荷载，在设计基准期内有较长的持续时间，对结构的影响类似于永久荷载。
16.结构抗力：结构承受外加作用的能力。
17.可靠：结构若同时满足安全性、适用性、耐久性要求，则称结构可靠。
18.超越概率：在一定地区和时间范围内，超过某一烈度值的烈度占该时间段内所有烈度的百分比。
19.震级：衡量一次地震规模大小的数量等级。
是地震本身强弱程度的等级，震级的大小表示地震中释放能量的多少。
浅谈风对建筑的破坏作用
浅谈风对建筑的破坏作用近年来，随着经济的发展,人们对建筑物的各方面提出了更高的要求。
其中风对建筑的影响是不可忽略，尤其在大型建筑，如桥梁等大跨度结构。
也由此建立了结构抗风的研究.风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包括平均风作用和脉动风作用,从结构的响应来看包括静态响应和风致振动响应。
平均风既可引起结构的静态响应，又可引起结构的横风向振动响应。
脉动风引起的响应则包括了结构的准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应。
当这些响应的综合结果超过了结构的承受能力时，结构将发生破坏。
本文从高层建筑和桥梁两方面简单介绍风对建筑的破坏作用。
一风对高层建筑的影响风荷载是衡控制高层建筑结构刚度和强度的重要荷载之一.由于高层建筑广泛使用全钢架结构和大面积玻璃幕墙，使得结构的柔性增加，阻尼变小,结构的自振周期与长的风速周期较远.所以风对高层建筑的影响很大。
在建筑物的迎风面产生压力（气体流动产生的阻力） , 包括静压力和动压力；在横风向产生横风向干扰力 ( 气体流动产生的升力 ); 空气流经建筑物后产生的涡流干扰力 (包括背风向的吸力） .这些风荷载随着风的速度、风的方向、风本身的结构及作用的建筑物的体型、面积、高度、作用的位置和时间不停地变化, 而建筑物在风荷载作用下产生的运动反过来又会影响风场的分布状况, 这种相互作用使风荷载更加复杂。
一般来说, 风对建筑物的作用有以下特点: （ 1) 风对建筑物的作用力包含静力部分和动力部分, 且分布不均匀, 随作用的位置不同而变化； ( 2) 风对建筑物的作用与建筑物的几何外形有直接关系, 主要指建筑物的体型和截面的几何外形；（ 3) 风对建筑物的作用受建筑物周围的环境影响较大。
周围环境的不同会对风场的分布影响很大； ( 4）与地震相比较, 风力作用持续时间较长，有时甚至几个小时, 同时作用也频繁。
对于建筑结构来说, 其风效应包括: 结构的平均风静力反应、脉动风振反应、旋涡干扰风振反应及结构的自激振动反应。
四章节风荷载
最大风速 --随机变量 p
面积 p0=1-1/T0
年平均最大风速 基本风速
年最大风速
年最大风速概率密度分布
每年不超过基本风压的概率或保证率p0=1-1/T0（图中影形面积）
GB50009-2001规定：
以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min
内最大风速v0为标准，按w 0= v02/1600确定。
类结构体型及其体型系数 房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可参考有关资料采用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，宜由
风洞试验确定； 对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
风洞试验--在风洞中建筑物能实现大气边界层范围内风的平均风 剖面、紊流和自然流动，即要求能模拟风速随高度的变化 大气紊流纵向分量 --建筑物长度尺寸具有相同的相似常数
？对封闭式建筑物，考虑到建筑物内实际存在的个别孔口和缝隙，以及 机械通风等因素，室内可能存在正负不同的气压。
《规范》GB50009规定：对封闭式建筑物的内表面压力系数，按外表 面风压的正负情况取-0.2或0.2
2、风压高度变化系数z 地面的粗糙度、温度垂直梯度
在大气边界层内，风速随离地面高度而增大 当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主要取决于地面
v(t)
v
vf
t
平均风速 v —长周期成分，周期一般在 10min 以上
脉动风速vf —短周期成分，周期一般只有几秒钟
顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应
平均风 → 忽略其对结构的动力影响 → 等效为静力作用 （∵风的长周期 结构的自振周期）
脉动风 → 引起结构动力响应
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结构风效应
主要内容
风对结构作用
风洞试验方法
桥梁抗风研究
建筑结构抗风研究
卢浦大桥抗风研究
1、风对结构作用
什么是风——风是空气相对于地球表面的流动
为什么有风——地球自转；太阳对地球表面不均匀加温风是一种力——大小；方向
风速随时间变化——平均风速；脉动风速（紊流强度）风速随空间变化——风速剖面（指数律）
空气流动中的旋涡——紊流尺度、功率谱密度风对结构的作用是一种复杂力的作用
1.1自然风特性
1、风对结构作用（续）
静力作用(平均风) ——结构强度、刚度、稳定性
结构变形或破损
外装饰(幕墙)、辅助设施破损、飞落
强迫振动(脉动风) ——顺风向抖振(疲劳)
横风向涡激振动(含扭转振动)
人感不适(起居、工作、行走)
1、风对结构作用（续）
自激振动(风与结构相互作用) ——自激性涡激共振
单自由度自激发散振动
弯曲颤振、扭转颤振、驰振
耦合自激发散振动(弯扭耦合颤振)
悬索桥、斜拉桥
尾流驰振(尾索、输电线等)
缆索雨振(斜拉索)
1.2风的作用现象（续）
1、风对结构作用（续）
环境影响——建筑物周围的风环境恶化（风干扰）
局部地区的风环境恶化（质量迁移）
污染物扩散(汽车尾气、有害工业气体)
风噪声(阳台、窗框、桥栏杆等)
室内通风换气不良
1.3风的作用现象（续）
1、风对结构作用（续）
科学研究——数理模型、实验室试验、现场实测
理论分析——只有极少数问题有解析解
计算流体动力学(CFD)方法
风洞试验——目前和今后一段时间的主要方法
现场实测——最精确的方法，难于实时捕捉
1.4研究方法
2、风洞试验方法
什么是风洞——使空气按一定规律流动的管道风洞分类——按用途、风速、尺寸、结构型式大气边界层风洞
——模拟自然风特性
——试验区良好的流场品质
风洞中的自然风特性模拟
——被动式方法（尖劈加粗糙元；格栅）——主动式方法（具有可控调节功能）
2.1 大气边界层风洞
2.2 结构模型风洞试验
相似准则——基本条件
基于动力平衡方程
结构：惯性力、弹性力、重力、阻尼力
空气：惯性力、粘性力
相似参数——基本参数
模型与实际结构间的相似关系
2、风洞试验方法（续）
2.2 结构模型风洞试验（续）
2.4 结构风洞试验历史
1904年：第一次结构风洞试验，早于航空风洞
1940年：Tacoma海峡桥的风毁事故
1950年：F.B. Farquharson教授的Tacoma桥风洞试验
1960年：A.G. Davenport教授提出边界层风洞试验理论
1965年：第一座大气边界层风洞诞生（加拿大西安大略大学）90年代：大型大气边界层风洞建设
——日本土木研究所（筑波）40m×4m×30m
——中国同济大学15m×2m×14m
--------丹麦DMI（海洋研究所）13.6m×1.7m×15m
3.1 静力气动力测量
目的：测定作用在桥梁上的静力气动力
模型：刚体模型（主梁、塔柱、构件）
要点：避免三维效应（端板，辅助模型）
测量：应变式测力天平（三分力）
3.2 动力气动力测量
目的：测定桥梁的振动响应及动力气动力
模型：弹簧悬挂二元刚体节段模型
要点：避免流场中的干扰因素（外支架）
结构阻尼的模拟
测量：竖向平动与扭转运动
仪器：加速度计
位移计
应变计
3.3 三维全桥模型试验
目的：测定架设全过程及成桥状态的三维振动响应
模型：三维气动弹性模型
要点：满足结构力学、空气弹性力学相似条件
需要大试验尺寸的风洞
自然风场的模拟
测量：结构的振动响应
形态：颤振、涡激共振、抖振
3.4 桥梁抗风主要成就
大跨度桥梁设计关键问题——抗风设计
大跨度桥梁抗风研究里程碑
1990年：上海南浦大桥抗风研究（世界第三斜拉桥）1994年：上海杨浦大桥抗风研究（世界第一斜拉桥）1998年：江阴长江大桥抗风研究（世界第三斜拉桥）2003年：上海卢浦大桥抗风研究（世界第一拱桥）
大跨度桥梁抗风研究未来
2008年：苏通长江大桥抗风研究（世界第一斜拉桥）2008年：舟山西堠门大桥抗风研究（世界第一悬索桥）4.1 表面风压测量
目的：幕墙设计、结构风荷载（积分得到）
模型：刚体模型
周围地貌和环境的模拟
测量：压力扫描阀
电子式、机械式
消除管路腔体谐振影响
4.2 基底反力测量
目的：建筑物整体或局部荷载
模型：刚性模型
脉动风力测量时，轻质刚性
测量：六分力应变式天平
脉动风力测量时，高频测力天平
分段测量时的模型及天平安装
4.3 振动响应测试
目的：结构的动力稳定性
舒适度
等效风荷载
模型：单自由度模型（顺＋横风向振动）
二自由度模型（顺＋横风向振动）
多质点系模型（考虑高阶振动）
气动弹性模型（三维多振型耦合振动）
测量：加速度、位移
4.4 风作用其他问题
高层建筑物间的风干扰（群体试验）
建筑物的尾流效应（尾流测量）
建筑物的风噪声（风噪声试验）
质量迁移——堆积荷载（雪、沙）（地形试验）
4.5 高耸结构抗风成就
高耸结构设计关键问题——抗风和抗震
高耸结构抗风研究里程碑
1988年：上海广播电视塔（青海路）抗风研究
1995年：上海东方明珠塔抗风研究（世界第三高塔）1999年：上海金贸大厦抗风研究（世界第三高楼）
高耸结构抗风研究未来
2008年：上海环球金融中心抗风研究（世界第一高楼）2008年：北京奥运会主体育场抗风研究
2010年：上海世博会场馆抗风研究。