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风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)2.《通用规范》4.6.5条的表述为:“当采用风荷载放大系数的方法考虑风荷载脉动的增大效应时,主要受力结构的风荷载放大系数……不应小于1.2”。也就是说,乘以风荷载放大系数的目的是为了考虑风压的脉动,与《荷载规范》中的风振系数同义。《荷载规范》只说了风振系数用公式(8.4.3)计算,没有规定下限。现在《通用规范》明确了:且不应小于1.2。1.并不是所有结构均需考虑风压脉动,如对于门刚结构,除非高度>30m且跨度<20m(这种门刚太少见),其它门刚结构不需要考虑风压的脉动,也就没有风振系数一说了。我的理解是:《门刚规范》的1.1和《通用规范》的1.2不连乘。一、《通用规范》中“主要受力结构风荷载放大系数”就是《荷载规范》中的“风振系数”风荷载是随时间变化的。说得直白一点,就是风像浪一样,是一阵一阵的;说得专业一点,就是如脉搏跳动,是节律性的,有波峰和波谷,这种特点就是风压的脉动。

关于风振、阵风、风敏感及连乘

张利军

《通用规范》执行不久,我们正处于学习和熟悉的阶段,难免存在很多疑问。在专家给出明确答案之前,我们各自的理解较难一致。但是,《通用规范》主要是对现行规范体系的改革,并不是技术方面的大调整,所以我们也可借助于对现行规范的理解,来解开《通用规范》中的一些疑问。

现在接《土木吧》3月23日的题目—《门刚风载必须放大1.2倍?》,对风荷载的概念进行一些梳理,并揣测一下“风荷载放大系数要不要连乘”。

我的理解是:《门刚规范》的1.1和《通用规范》的1.2不连乘。

一、《通用规范》中“主要受力结构风荷载放大系数”就是《荷载规范》中的“风振系数”

风荷载是随时间变化的。说得直白一点,就是风像浪一样,是一阵一阵的;说得专业一点,就是如脉搏跳动,是节律性的,有波峰和波谷,这种特点就是风压的脉动。对于某些主体结构(高度>30m且高宽比>1.5的房屋、基本自振周期>0.25s的各种高耸结构)来说,除了考虑波峰和波谷的静压作用之外,还需要考虑风压的节律性作用所引起的结构振动,即风振响应。按《荷载规范》要求,风振响应要用结构动力学方法计算;对于仅需考虑第一振型影响的结构,可以用放大系数的办法进行简化计算,这个放大系数就是风振系数。可见:

1.并不是所有结构均需考虑风压脉动,如对于门刚结构,除非高度>30m且跨度<20m(这种门刚太少见),其它门刚结构不需要考虑风压的脉动,也就没有风振系数一说了。

2.《通用规范》4.6.5条的表述为:“当采用风荷载放大系数的方法考虑风荷载脉动的增大效应时,主要受力结构的风荷载放大系数……不应小于1.2”。也就是说,乘以风荷载放大系数的目的是为了考虑风压的脉动,与《荷载规范》中的风振系数同义。《荷载规范》只说了风振系数用公式(8.4.3)计算,没有规定下限。现在《通用规范》明确了:且不应小于1.2。

二、《通用规范》中“围护结构的风荷载放大系数”就是《荷载规范》中的“阵风系数”

阵风系数和风振系数都是对风压脉动的考虑。因为围护结构的刚度比较大,结构效应中的振动分量可以忽略不计,所以阵风系数主要考虑的是瞬时峰值风压和集中分布,局部量值可能很大,但依然是静力属性。由《荷载规范》表8.6.1可以看出,

阵风系数只与离地高度和地面粗糙度有关,与结构自身的动力特性(如周期、振型、阻尼等)无关;而且,离地越高,阵风系数越小,说明阵风系数不是对结构振动的考虑。《通用规范》4.6.5条规定了该系数的最小值:

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(1)

由于围护结构的负荷面积小,阵风的集中分布对围护结构的影响很敏感,所以阵风系数比较大。

《通用规范》将“主体结构的风振系数”和“围护结构的阵风系数”合称为“风荷载放大系数”。由此揣测:风振系数和阵风系数这两个术语可能即将退舞。

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(2)

下表是《通用规范》中“围护结构风荷载放大系数的最小值

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(3)

与《荷载规范》中“阵风系数”的对比。

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(4)

可以发现:

1.对于B类地面粗糙度,《通用规范》的放大系数最小值与《荷载规范的》阵风系数一模一样。

2.对于A类地面粗糙度,放大系数最小值与阵风系数非常接近。

3.对于C类和D类地面粗糙度,《荷载规范》的阵风系数大于《通用规范》的最小值。这也说明,《通用规范》并不是修改《荷载规范》,而是为《荷载规范》设定下限。

4.离地越高,阵风系数越小,而且越接近最小值,符合离地越高风压越均匀、脉动越小的规律。

三、风敏感是通过调整基本风压的重现期来考虑的

《荷载规范》8.1.2条文解释说得很明白:对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构,以及自重较轻的钢木主体结构(如门刚),这类结构风荷载很重要,计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定,因此基本风压应适当提高。如何提高基本风压值,仍可由各结构设计规范,根据结构的自身特点作出规定,没有规定的可以考虑适当提高其重现期来确定基本风压对于此类结构物中的围护结构,其重要性与主体结构相比要低些,可仍取50年重现期的基本风压。对于其他设计情况,其重现期也可由有关的设计规范另行规定,或由设计人员自行选用,附录E给出了不同重现期风压的换算公式(实际上附录E给出的是不同重现期的风压值表,不是换算公式)。

对于风敏感,《高规》和《高钢规》均有体现:

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(5)

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(6)

高层钢结构和高层钢筋混凝土结构,均以高度大于60米作为考虑风敏感的判断标准。

四、关于连乘

风荷载的计算公式共两个:

1.主体结构:

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(7)

连乘的系数为:风振系数x高度变化系数x体型系数x风敏感系数

2.围护结构:

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(8)

连乘的系数为:阵风系数x高度变化系数x局部体型系数

由《荷载规范》的条文解释可知:

(1)风振系数和风敏感系数,只有对需要考虑风压脉动的结构才存在连乘的问题;

(2)阵风系数和风敏感系数不存在连乘的问题。

五、关于门刚

1.《门刚规范》的适用范围为“高度不大于18米”,所以《门刚规范》适用范围内的门刚,均无需考虑风压脉动的影响,也就与《通用规范》的“风荷载放大系数1.2”无关,也就不存在连乘的问题了。

2.《门刚规范》中主体结构的风荷载系数1.1是风敏感系数,等于基本风压按重现期为100年取值。

3.《门刚规范》中围护结构的风荷载系数,也就是《荷载规范》中的阵风系数,统一取为1.5,小于《荷载规范》和《通用规范》。但是,门刚结构具有明显的自身特点,体型系数、侧移限值、围护构件挠度限值等都自成一派,且屋面和墙面负风压都比《荷载规范》大得多。所以说,要不要将门刚的1.5再加大,我们无法揣测,静等《门刚规范》修订时明确。

风振阵风风敏感及连乘(风振阵风风敏感及连乘)(9)

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