高层建筑风载影响
大气湍流对高层建筑物风载影响研究

大气湍流对高层建筑物风载影响研究近年来,随着城市化进程的加快和人们对生活舒适度的要求不断提高,高层建筑物的建设逐渐兴起。
然而,在高楼大厦的设计和施工过程中,我们常常会遇到一个关键性问题,那就是大气湍流对高层建筑物的风载影响。
大气湍流是指在空气中发生的无规则且强烈的气流波动现象。
在高层建筑物的设计过程中,如果不充分了解和考虑大气湍流对建筑物的影响,将会增加失效风险,甚至危及建筑物的稳定与安全。
首先,大气湍流将对高层建筑物的结构稳定性产生影响。
建筑物所受的风作用力通常会导致结构产生振动。
当大气湍流与建筑物相互作用时,会导致风作用力产生更多的波动和不规则性,从而增加建筑物结构振动的幅值和频率。
如果这种结构振动超过了允许的范围,就会造成建筑物的结构破坏以及不可预测的安全隐患。
其次,大气湍流对高层建筑物的舒适性产生一定影响。
在高楼大厦中,人们往往会感受到强烈的风力。
当大气湍流对建筑物产生作用时,会引起周围空气的剧烈扰动,从而造成建筑物周围的风场变化。
这种风场变化会使得建筑物内外压力分布不均匀,产生较强的气流动力效应。
在强风的情况下,这种不舒适的气流动力效应将进一步减弱人们的工作和生活体验。
然而,针对大气湍流对高层建筑物的风载影响进行研究是一项复杂而困难的任务。
首先,大气湍流本身就是一个多尺度、多时间尺度的难题。
湍流现象在时间和空间上都具有高度的非线性特征,这意味着我们需要处理一个巨量的数据,并且要针对不同的尺度展开详细的研究。
其次,大气湍流本身就是一种高度复杂的物理现象,涉及流体动力学、热力学和数学等多个学科的知识。
要深入理解大气湍流对高层建筑物的风载影响,需要进行大量的实验研究和数值模拟,耗时耗力。
近年来,随着计算机技术的发展和数值模拟方法的进步,对大气湍流对高层建筑物风载影响的研究取得了一定的进展。
通过利用数值模拟方法,研究人员可以对大气湍流进行模拟和分析,以获得建筑物所受的风载力的空间和时间分布。
这不仅可以帮助我们更好地了解大气湍流对高层建筑物结构和舒适性的影响,还可以为建筑物的设计和施工提供科学依据。
高层建筑风载影响

高层建筑风载影响在现代化的城市中,高层建筑如雨后春笋般拔地而起,它们不仅是城市繁荣的象征,也为人们提供了更多的居住和工作空间。
然而,随着建筑高度的不断增加,风载对高层建筑的影响也日益显著。
风载,这个看似无形的力量,却在高层建筑的设计、施工和使用中扮演着至关重要的角色。
风载,简单来说,就是风对建筑物施加的压力和吸力。
当风吹过建筑物时,由于建筑物的阻挡,风的流动会发生改变,从而在建筑物表面产生不同的压力分布。
对于高层建筑而言,由于其高度较高,暴露在风中的面积较大,因此所受到的风载也更为复杂和强大。
高层建筑风载的影响主要体现在以下几个方面。
首先是结构安全。
风载会对高层建筑的结构产生巨大的作用力,如果结构设计不合理,就可能导致建筑物的变形、开裂甚至倒塌。
为了抵抗风载,高层建筑的结构通常需要具备足够的强度和刚度。
例如,在设计时会采用高强度的钢材和混凝土,增加柱子和梁的尺寸,设置加强层等。
此外,还需要考虑风振的影响。
风振是指风的脉动作用引起建筑物的振动,如果振动频率与建筑物的固有频率接近,就会产生共振现象,大大增加结构的受力,严重威胁建筑物的安全。
其次是舒适度问题。
即使高层建筑在风载作用下结构是安全的,但过大的风致振动可能会影响居住者和使用者的舒适度。
人们在建筑物内可能会感觉到晃动、头晕、恶心等不适症状,这会降低建筑物的使用品质。
为了提高舒适度,在设计时需要对风致振动进行评估,并采取相应的减振措施,如安装调谐质量阻尼器等。
再者是建筑物的外观和功能。
强风可能会对高层建筑的外墙、窗户、屋顶等部位造成损坏,影响建筑物的外观美观和防水性能。
同时,风还可能影响建筑物内部的通风和空调系统的运行效果,增加能耗。
为了准确评估高层建筑的风载,工程师们通常会采用风洞试验和数值模拟等方法。
风洞试验是将建筑物的缩尺模型放置在风洞中,通过测量模型表面的风压来推算实际建筑物所受到的风载。
数值模拟则是利用计算机软件对风与建筑物的相互作用进行模拟计算。
高层建筑的风力加载及抗风设计

高层建筑的风力加载及抗风设计随着城市发展和科技进步,高层建筑的数量逐渐增多。
然而,高层建筑所面临的挑战之一就是强烈的风力加载。
风力是高层建筑结构设计的重要考虑因素之一,任何对高层建筑进行抗风设计的方案都必须在风力加载条件下进行验证和确认。
在高层建筑的抗风设计中,首先需要对风力进行详细的分析和研究。
建筑物所处的地理位置、海拔高度和周围环境等因素都会对风的强度和方向产生影响。
工程师们通过测量和模拟来评估当地风力条件,并考虑可能遇到的极端气象事件,以确保高层建筑在各种条件下都能承受风力的加载。
风力的加载对高层建筑的影响主要包括两个方面:风压和风力振动。
风压是指风对建筑物外立面的压力,而风力振动则是建筑物在风力加载下的振动现象。
这两个因素都可能对高层建筑的结构和稳定性产生不良影响,因此抗风设计需要综合考虑这两个因素。
为了保证高层建筑的结构强度,设计师通常采用不同的抗风设计策略。
一种常用的策略是通过控制建筑物的外形和减小风压来降低风力加载。
具体来说,设计师会优化高层建筑的形状,使其尽可能减少风的阻力。
此外,采用一些特殊的外部形态和减阻装置,如流线型外墙和空气动力学辅助装置等,也可以减小风压。
除了外形的优化和减风压措施,高层建筑的结构设计也必须充分考虑到风力振动。
风力振动会导致建筑物的“摆动”,这对建筑物的居住者来说是不可接受的。
因此,工程师需要采取措施来降低风力振动对建筑物的影响。
一种方法是通过增加建筑物的刚度来限制振幅。
此外,安装减振器和阻尼装置也是常用的降低风力振动的手段。
在整个抗风设计过程中,工程师们还会利用现代计算机模拟技术,对不同抗风设计方案进行模拟和评估。
通过结构分析软件和风洞试验,可以预测高层建筑在不同风力加载情况下的响应和变形情况。
这些模拟结果可以为工程师们提供有关建筑物结构和稳定性的重要指导。
总之,高层建筑的风力加载是其抗风设计中的关键因素之一。
通过详细的风力分析和研究,并采用合适的抗风设计策略和技术手段,可以确保高层建筑在恶劣的风力条件下仍能保持结构的稳定和安全。
高层建筑的风力影响与设计

高层建筑的风力影响与设计高层建筑的风力影响是在建筑工程设计中需要重点考虑的一个因素。
随着城市的发展和人们对于建筑物高度的需求,越来越多的高楼大厦被兴建起来。
然而,高层建筑所处的高空环境中风速较大,对建筑物的结构和稳定性产生着巨大的挑战。
本文将探讨高层建筑中风力的影响,并介绍与此相关的设计原则和方法。
一、风的基本概念风是大气环流中的一种运动状态,由气压差引起。
风的速度和方向是建筑物所受的风力影响的主要因素,通常用风速和风向两个参数来描述。
风速是指单位时间内空气流动的速度,常用米每秒(m/s)或千米每小时(km/h)来表示。
风向则表示风吹的方向,常用罗盘方位或与地理方位的夹角来表示。
二、高层建筑的风力影响1. 风压力的作用当高楼建筑面临风力作用时,风会给建筑物表面施加压力,这被称为风压力。
风压力会导致高楼产生倾斜、振动等问题,甚至对建筑物的结构安全构成威胁。
2. 风效应的外部表现风力对高层建筑的作用导致了一些外部的风效应,包括风载荷、湍流、涡流等。
其中,风载荷是指风对建筑物表面单位面积所产生的力的大小,它会导致建筑物产生弯曲变形和振动。
湍流和涡流则会在空气流动中形成旋涡,影响建筑物表面的风压分布。
三、高层建筑的风力设计原则1. 结构强度与稳定性设计高层建筑时,必须考虑到其所处环境中的风力影响,以保证建筑物的整体结构强度和稳定性。
建筑师和工程师需要运用力学原理和结构设计的知识,确定合理的结构形式和材料,以抵御风压力和风载荷的作用。
2. 风洞试验和数值模拟风洞试验和数值模拟是目前常用的研究高层建筑风力影响的方法。
通过在实验室中模拟真实的风场和建筑物,可以得出建筑物在不同风速和风向下的响应和变形情况。
这些试验数据可以为设计师提供参考,帮助他们更好地了解和预测高层建筑在风力作用下的行为。
3. 结构抗风设计措施在高层建筑的设计中,采取一系列的抗风设计措施是非常重要的。
例如,在建筑的外墙表面设置适当的减压孔,以减少风压力的作用;利用风洞试验结果优化建筑物的外形,并设计出合理的防风措施,如风向导流板、喷射风波等。
高层建筑的风载与地震载设计

高层建筑的风载与地震载设计高层建筑是现代城市的重要组成部分,为了保证其安全、稳定和舒适性,在设计过程中必须充分考虑风载与地震载的影响。
这不仅关系到建筑物的结构安全,也直接影响到人的生命财产安全。
本文将详细探讨高层建筑的风载与地震载设计,包括其基本概念、设计标准、计算方法以及在实际工程中的应用。
一、高层建筑的风载设计1. 风载的基本概念风载是指建筑物受到风力作用时产生的水平和垂直荷载。
高层建筑由于其高度和刚度,容易受到强风的影响,特别是在城市环境中,高楼之间的峡谷效应更可能造成风速加大。
风载不仅影响建筑的稳定性,还会对围护结构及附属设施造成损坏。
因此,在高层建筑的设计中,必须认真分析风载的大小及作用特性。
2. 风载计算方法在风载设计中,常用的方法主要包括:(1) 风速分析根据气象资料确定某区域内的基本风速,通常遵循相关规范规定。
常用的工程规范比如《建筑抗震设防规范》和《建筑结构荷载规范》等,给出了不同地区、不同高度建筑物的基础风速。
(2) 风压计算根据风速可计算出风压,风压是根据以下公式计算得出的: [ q = 0.613 V^2 ] 其中,( q ) 为动压(Pa),( V ) 为基本风速(m/s)。
在此基础上,还需要考虑降雨、雪荷等其他因素对设计的影响。
(3) 结构特性分析通过对建筑物自身特性的分析,比如刚度和质量分布等,评估其抗风能力。
一般来说,高度较大的建筑物需要重点考虑力学性能,并采取相应的加固措施,以提高抵抗水平。
3. 风载设计标准在国家及国际标准中,对高层建筑的抗风设计有明确要求,如《建筑结构荷载规范》、《高层建筑混凝土结构技术规程》等。
这些标准提供了详细的设计参数和方法,为工程师提供了科学依据。
此外,还需综合考虑当地气候特点进行调适,以实现更好的使用安全和舒适性。
二、高层建筑的地震载设计1. 地震载的基本概念地震载是指由于地震波作用于建筑物而引起的惯性力及动力响应。
这类力作用常常具有突发性和不可预见性,对高层建筑构成了极大的影响。
风力影响下高层建筑的稳定性分析

风力影响下高层建筑的稳定性分析在现代城市的天际线中,高层建筑如林立的巨人般拔地而起,它们不仅是城市繁荣的象征,也是人类工程技术的伟大成就。
然而,这些高耸入云的建筑在面对自然力量时,尤其是风力的作用,其稳定性面临着严峻的考验。
风力对于高层建筑的影响是多方面的。
首先,风会在建筑物表面产生压力和吸力。
当风迎面吹向建筑物时,会产生正压力;而当风绕过建筑物时,会在建筑物的背面和侧面产生负压力,也就是吸力。
这种压力和吸力的分布不均匀,会导致建筑物受到扭曲和弯曲的力。
高层建筑的形状和结构特征对其在风力作用下的稳定性起着关键作用。
常见的高层建筑形状有方形、圆形、矩形等。
方形建筑在风的作用下,角落处容易产生较强的气流分离和漩涡,从而导致较大的风荷载。
圆形建筑则相对较为流畅,风的绕流较为均匀,风荷载相对较小。
而矩形建筑的长宽比不同,其风荷载的分布也会有所差异。
此外,高层建筑的高度也是影响风力稳定性的重要因素。
随着高度的增加,风速也会随之增大。
根据气象学的规律,通常在近地面,风速较低,但在几百米甚至更高的高空,风速可能会大幅增加。
这意味着高层建筑顶部所受到的风力要比底部大得多。
而且,由于高度的增加,建筑物的振动幅度也会相应增大,这对结构的强度和刚度提出了更高的要求。
为了评估风力对高层建筑稳定性的影响,工程师们采用了多种方法和技术。
风洞试验是其中一种重要的手段。
在风洞中,可以模拟不同风速和风向条件下建筑物周围的气流情况,通过测量建筑物表面的压力分布和气流速度,来计算风荷载。
数值模拟也是常用的方法之一,借助计算机软件对风与建筑物的相互作用进行模拟分析。
在设计高层建筑时,为了提高其在风力作用下的稳定性,通常会采取一系列的结构措施。
增加结构的刚度是常见的方法之一,例如采用更粗壮的柱子、更厚实的墙体或者加强核心筒的设计。
合理的结构布局也非常重要,通过优化柱子和梁的布置,使力量能够均匀地分布在整个结构中。
另外,使用新型的建筑材料也有助于增强高层建筑的抗风能力。
高层建筑的风载与地震载设计

高层建筑的风载与地震载设计在现代建筑设计中,高层建筑作为城市的地标性建筑,不仅要具有美观的外观和良好的功能性,还需要经受住各种自然力的考验。
其中,风载和地震载是两个极为重要的设计考量因素。
本文将从风载和地震载两个方面着重探讨高层建筑的设计原则。
一、风载设计风载是指风对建筑物施加的力量,包括静风和动风两种状态。
静风指的是恒定的气压场风,动风则指的是随时间而变化的气压场风。
高层建筑由于其较大的高度和较小的底面积,在遭受风力作用时容易产生较大的侧向位移和扭转。
因此,在设计过程中,需要考虑以下几个方面:结构抗风稳定性高层建筑在受到侧向风荷载作用时,结构必须具有足够的抗侧向变形和稳定性以确保整体结构安全。
常见的抗风设计措施包括设置剪力墙、框架结构、支撑系统等。
空气动力特性考虑高层建筑在风场中的空气动力特性,通过数值模拟和实验研究等方式获取建筑物在不同风速下的响应特性,并根据研究结果进行结构优化设计。
结构材料选择不同类型的结构材料对于抗风能力有着不同的表现,因此在设计阶段需要合理选择结构材料,并进行强度计算和抗震试验以确保其符合设计要求。
二、地震载设计地震是导致建筑物破坏甚至倒塌的重要原因之一,而高层建筑由于其柔性和质量分布等特点,对地震反应更为敏感。
因此,在设计高层建筑时,地震载设计也显得尤为关键。
地震烈度根据所在地区地震烈度参数来确定设计地震力,通常以地震加速度表示,需要考虑水平向和垂直向两个方向上的地震作用。
结构抗震性能结构的抗震性能是指结构在地震作用下不发生倒塌、不发生严重破坏并能维持适用功能所需具备的一系列性能。
考虑结构在弹性阶段、屈服阶段和破坏阶段的传力机制和变形能力,通过加固措施提高抗震性能。
土壤基础条件地基土壤特性对于高层建筑抗震能力有着重要影响,应该充分了解土壤承载能力、沉降性能等参数,并针对土壤条件进行相应处理。
三、风载与地震载综合设计在实际设计中,高层建筑所受到的风载和地震载同时作用于结构体系上,因此综合考虑这两种荷载对结构体系产生影响至关重要。
高层建筑风荷载对结构设计的影响

高层建筑风荷载对结构设计的影响在现代城市化发展的背景下,高层建筑的建设变得愈发普遍,它们不仅给城市增添了现代化的风貌,更为人们提供了更多的生活空间和商业机会。
然而,随着高层建筑的增多,其与自然环境之间的相互作用也变得愈发重要。
其中,高层建筑风荷载对结构设计的影响是建筑工程领域研究的重要课题之一。
一、风荷载对高层建筑的影响高层建筑所面临的气候环境较低层建筑复杂得多,其中风荷载是一种主要的外部负荷。
风荷载包括两个主要方面:静风荷载和动风荷载。
1. 静风荷载静风荷载是指风对建筑物表面施加的压力,它主要由风速、建筑物高度和建筑物表面积等因素决定。
当风速增加时,静风荷载也会相应增大。
由于高层建筑的特殊性,其高度较大,表面积较大,因而受到的静风荷载较大。
2. 动风荷载动风荷载是指风对建筑物产生的振动力,主要包括风压、风力和风速等因素。
由于建筑物受到风的作用会发生振动,当风速较大时,振动力也相应增大,从而对建筑物结构产生影响。
二、高层建筑风荷载对结构设计具有重要的影响,主要体现在以下几个方面。
1. 结构强度设计高层建筑必须能够抵抗风荷载带来的各种力和压力,因此结构设计必须充分考虑风荷载的作用。
结构强度设计是根据风流场所引起的压力和力的大小来决定结构的尺寸和受力状态,以确保结构的安全性和稳定性。
2. 结构抗风设计高层建筑在面对强风时容易受到振动影响,因此需要进行结构抗风设计。
抗风设计是通过采取增加结构支撑手段来增强结构的抗风能力,减小结构的振动幅度和影响范围。
例如,在设计中可以增加风向对结构的影响系数,提高建筑物的稳定性。
3. 结构疲劳和耐久性设计高层建筑长期受到风荷载的作用,易产生结构疲劳和损坏。
因此,在结构设计中,需要充分考虑结构的疲劳和耐久性。
结构疲劳和耐久性设计是通过选择合适的结构材料、加强连接节点、采取合理的结构设计等方式来提高结构的抗疲劳和耐久性。
三、高层建筑风荷载的研究和应用为了更好地理解高层建筑风荷载对结构设计的影响,建筑工程领域开展了大量的研究工作,并取得了一系列的研究成果。
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高层建筑风环境及其影响研究江清源概述随着厦门经济特区的发展,一座座标志性的高层建筑拔地而起,人们自然关心风这个自然因素对这些高层建筑有什么影响?反过来这些高层建筑周围又会形成一个什么样的风环境?它对城市规划建筑设计、施工和人们的生活有什么影响?近年来风工程研究工作者都在对高层建筑的风环境进行研究。
所谓“高层建筑”,联合国教科文组织所属的世界高层建筑委员会在1972年召开的年会上曾建议将高层建筑分为四类:即9〜16层最高50米者为第一类;17〜25层最高75米者为第二类;26〜40层最高100米者为第三类;40层以上高于100米者为第四类高层建筑(超高层建筑)。
我国在上世纪80年代以前,10层以上就称为高层建筑。
但目前的标准已定为:20层左右为中高层建筑;30层,高100米左右为高层建筑;50层,高200米以上为超高层建筑。
国外高层建筑及其群体所造成负面影响一一不良风环境问题,甚至风灾,事故频发,不得不引起我们的关注和重视。
国内近几年来建筑物的玻璃幕墙、屋顶搭盖物被大风吹毁的事例也不少。
如上世纪末宁夏回族自治区某宾馆在偶发阵风作用下,一片幕墙玻璃飞落,当场把在宾馆门口迎宾的新娘子砸死。
还有浙江大学逸夫楼在一夜大风劲吹下,所有的幕墙玻璃几乎都被吹毁。
至于台风季节建筑物、结构物、幕墙玻璃及覆盖物等被风吹毁的事例,在沿海城市更是屡见不鲜的事实。
如9914#台风登陆厦门吹倒了厦门会展中心施工塔吊,厦门太古飞机工程公司机库钢板屋面被风掀翻,也是人所共知。
除上述建筑物及其群体在大风中其覆面材料或构件被毁坏的事例外,由于建筑物的体型及其群体布局不当而给行人及地面交通、生活环境等带来的不良风环境影响的事例也更多。
在大风季节时,高层建筑及其群体的布局,可能造成对自身及其周围不良风环境,甚至风灾的课题,已责无旁贷地展现在今日城市规划、建筑设计部门、施工单位的面前。
如同城市中大气污染、噪声污染、光污染、采光权纠纷等环境问题一样,能否在高层建筑的规划与布局伊始,事先就周密地考虑到优化风环境,防范不测风灾,而进行认真的论证和试验,这已成为评估城市建设规划优劣的一个重要衡量指标。
显然,良好的风环境指的是,在气象工作者给出的某一大区域里风特性的条件下,为了使人们工作、居住生活与活动有一个舒适的环境,城市规划与设计部门能否力求以最小的代价去营造一个安全而舒适的风环境,来满足广大人民群众安居乐业之需。
本文笔者尽所能地收集国内外带有普遍性的高层建筑风环境问题的详实资料和风洞试验数据,进行分析研究。
高层建筑在风力作用下的绕流特性风场实测表明,对建筑物绕流特性影响最显著的是近地面风,而近地面风是有着显著的紊乱性和随机性。
在一定的时间间隔内,各个高度的平均风速几乎是不变的,但实际绕流风速平均值是脉动的,且风速的平均值随高度的增加按指数律增大,故通常认为风速是由不变的平均风速和变化的脉动风速两部分组成的。
作用在建筑物上的风压也可归结为由静态的平均风压和动态的脉动风压两部分组成。
在风力作用下,高层建筑表面风压分布的测定,目前多在模拟大气边界层风场的风洞中对模型进行动态测量试验获得。
但也有些对已建成的建筑物进行实测,以收集可贵的风荷载资料,供日后设计时参考或改造原设计之用。
为阐明风力对高层建筑及其周边环境的影响,下面对一座较为典型的高层建筑模型在风洞试验中观测到的典型绕流状况作简单介绍。
图1 矩形板式高层建筑典型模型绕流示意图由图1可见,在迎风墙面上气流受阻,动压降低,静压增高,约在对称中心线上3/4高处,存在一点风速为零,即驻点0,其压强最大。
由于迎面风速随高度增加而增大,相应其阻滞的静压也相应增大。
故在驻点0下存在一个递降的静压梯度,迫使一股风向下流动。
若建筑物下部有拱廊(过道),则有些风就加速穿过拱廊流向背风面的负压区,在拱廊里形成一股强劲的穿堂风;若建筑物整个是密封的,则在下部形成一个类似于二次流的固定旋涡,而后分两股成马蹄形流向建筑物两侧,并向背风面的负压区流去,增强背风面的吸力。
由驻点0向两侧和屋顶方向,由于三维效应,静压也逐渐降低,至拐角棱边处风速急剧增大,气流沿棱边分离,伴生旋涡,造成侧壁及屋顶形成较为均匀的负压区。
一般而言,近侧负压绝对值稍大些,远侧则稍小些。
顺流而下在建筑物背风面形成尾流区,尾流区的负压绝对值,一般边缘处略大,中心区略小。
这种绕流特性对建筑物本身的搭盖物、覆盖饰物、幕墙玻璃…… 等的影响在后面阐述,而对近地面2米高度行人处环境风速的影响程度,经实测,一般实际情况大致如表1所示(设高层建筑物的高度为其周边建筑物高度的4〜8倍情况)。
高层建筑及其群体的外形、布局,随设计者的构思而异。
在风力作用下,其绕流特性各异。
当布局不当时,在建筑物外部往往造成局部不良的风环境:如卷起灰尘、纸屑及杂物并堆积于背风区;掀起屋顶覆盖物、破坏围护结构、幕墙玻璃、门窗等等,对广场、街道上的行人及交通安全构成威胁。
此外,目前很多高层建筑采用钢结构框架,设计重量越来越轻,高度越来越高,而本身机械阻尼却越来越低,对风力作用越来越敏感,且往往是高柔性结构。
尽管结构工程师能保证结构承受风荷载是安全可靠的,但风致振动,使大楼产生摆动,造成室内家具碰撞产生噪声,吊灯摇晃等现象,也会使居住者心理上备感不适。
这里提出一个建筑物内部的风环境舒适性的问题。
1、外部风环境问题长期以来,人们通过试验,观察制定了一个在人行街道、广场对人类活动感到不舒适的指标-“不舒适参数”来测评近地面风环境的优劣。
当1时,人们步行开始感到不适,伞难撑,眼难睁。
步行者受风影响情况判别如表2所示。
可见,仅当风速u二5 m/s(或YV1)是舒适的,4〜7级是不舒适的,8级以上则认为是危险的。
根据高层建筑物的外形,相互布局情况及风的相对方向,可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数屮值是不同的。
常见几种高层建筑群体,布局间相互干扰而引发的不舒适风环境的试验值Y如下。
(1)压力连通效应如图2 (1)、(2)所示,当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时,若建筑物间的距离小于建筑物的高度,则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域,形成街道风,在街道上形成不舒适区域。
该区不舒适参数Y是建筑物高度的函数。
一般而言,对10〜11层,约35〜40米高者,街道风的 1.3〜1.6 ;特殊情况,对塔式高层建筑,当相互间隔不大时(如约为1/4楼高),其1.8。
图2压力连通效应(2)间隙效应:如图3所示,当风吹过突然变窄的剖面时(如底层拱廊),在该处形成不舒适区域,其不舒适参数 1.2〜1.5,主要取决于建筑物的迎风面积与变窄剖面面积的比值或建筑物的高度。
通常对7层楼高,底部不舒适参数 1.2 ;楼高超过50米时,取Y图3 间隙效应(3)拐角效应:如图4所示,当风垂直吹向建筑物时,在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域;有时,当两幢并排建筑物的间距L< 2d (d为建筑物沿风向的长度)时,两幢间也形成不舒适区域;它们的 1.2。
对35〜45米高的塔式建筑物,其1.4 ;对100米以上的塔式建筑物,其 2.2。
(4)尾流效应:如图5所示,在高层建筑物尾流区里,自气流分离点的下游处,形成不舒适的涡流区。
随着建筑物高度的增高,不舒适影响区增大,一般塔式建筑物的 1.4〜2.2 , 其影响范围与塔式建筑物的宽度与高度相近。
对低矮的建筑物,其0.5〜1.6,影响区域纵深约为建筑物高度的1〜2倍。
(5)下洗涡流效应:如图6所示,当风吹向高层建筑物时,自驻点向下冲向地面形成涡流。
若前面低矮建筑物的高度h'与两楼间间距大致相等(e= h')时,则不舒适影响最显著,其不舒适参数 1.5〜1.8,由于有垂直向下的风速分量,故更令人感到不舒适。
图中阴影线为咼风速区。
图4 拐角效应频度,并提出在广场、停车场偶发阵风,若出现阵风u=6 m/s,只要每年不大于10%的时间;人行道偶发阵风出现u=12 m/s,每月不多于1〜2次,吹刮时间又极短暂,尽管不舒适参数较高,应认为是可以接受。
2、内部风环境问题人体感觉器官不能察觉绝对位移和速度,只能察觉它们的相对变化。
而影响人体感觉不舒适的因素除加速度外,还有振动频率和持续时间。
对高层建筑的居住者而言,后两项是难以限制的,唯有设法限制其振动加速度以满足人们的舒适要求是可能的。
目前对建筑物内部风环境的不舒适程度与振动加速度的对应关系,如表3所示(g为重力加速度)。
一种直观测评标准是根据大风季节里实测高楼楼顶层风致摆动的最大振幅来测评的。
美国有关部门建议,设计良好的高楼其屋顶中心点的风致偏移量应控制在H/500[H为楼高度(米)] 范围内,否则应采取措施以减小人感不适的建筑物摆动量。
如在“9.11 ”恐怖事件中倒塌的美国世贸大厦,高度为417米,而大风季节实测偏移量达91厘米,稍许超标,最后世贸大厦采用粘弹性阻尼器减振,其优点是无需经常监控、且无需电源。
而目前大多采用可调质量阻尼器,由弹簧、质量块、液压减振器组成来控制高楼的摆动。
有资料表明,已使用的有澳大利亚悉尼的中心大厦、加拿大多伦多CN 大厦,美国波士顿的约翰汉考克大厦及纽约的城市企业中心大厦等。
台北101大厦就设置了“可调质量阻尼器”,在88-92楼层挂置一个重达660吨的巨大钢球,利用摆动来减缓建筑物的振幅。
通过模型的风洞试验了解高层建筑间相互干扰对风压分布影响众所周知,在建筑结构设计中除考虑抗竖向的重力、雪荷载及水平向的地震力外,随机的水平风荷载是设计中必需考虑的一个重要因素。
显然,期望在建筑风荷载规范里寻找具体地貌区域里,设计外形各异的建筑物风荷载体型系数供设计计算之用,无疑是困难的。
何况不同风向角下,其流态是不同的,风载荷体型系数是变化的,建筑物间也存在相互干扰,风载荷的影响量是难以预估的,故只有通过模型的风洞试验,了解在风力作用下高层建筑群体间的相互干扰影响和改变其外表面周边的风压分布情况,获取必要的风载荷数据,才能准确评估其各个高度上局部风环境的详情,才能确保百年大计的建筑物安全可靠,具有舒适的风学习好帮手环境。
通过对不同外形建筑群体的风洞试验结果表明:由于建筑物的形体各异,所处地貌不同,相互间的气动干扰是复杂的,套用规范值于单幢建筑物是欠妥的。
何况风压分布在360°方位角上是变化的,尤其是地处东南沿海的台风影响区,而北半球台风按逆时针方向旋转,在不同风向角下高层建筑物的风压分布是变化的。
故各种外形高层建筑物沿周边不同高度上,其风环境的变化是难以预估的,只有通过相似模型的风洞试验来定夺,以免低估其风压分布值而导致其周围的围护结构、玻璃幕墙、观光电梯、屋顶搭盖物、广告牌等等在大风季节出现风灾事故。
高层建筑及其群体不良风环境的防护与改善措施由于规划、设计的失误而出现的高层建筑及其群体内、外的不良风环境,特别是体型不规则及怪异的建筑物,如何防护与改善已日益引起人们的重视。