高层建筑脉动风荷载时程模拟的AR模型方法

风荷载计算

4.2风荷载 当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑所受的风荷载。 4.2.1单位面积上的风荷载标准值 建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。 垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算：（－1） 式中： 1.基本风压值Wo 按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的 值确定的风速V0(m/s)按公式确定。但不得小于0.3kN/m2。 对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压采用100年重现期的风压值；对风荷载是否敏感主要与高层建筑的自振特性有关，目前还没有实用的标准。一般当房屋高度大于60米时，采用100年一风压。 《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）给出全国各个地方的设计基本风压。 2.风压高度变化系数μs 《荷载规范》把地面粗糙度分为A、B、C、D四类。 A类：指近海海面、海岸、湖岸、海岛及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的城镇及城市郊区； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区； 书P55页表4.2给出了各类地区风压沿高度变化系数。位于山峰和山坡地的高层建筑，其风压高系数还要进行修正，可查阅《荷载规范》。 3.风载体型系数μz 风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面风力的小。一般取决于建筑建筑物的平面形状等。 计算主体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中P57表4.2－2确定各个表面的风载体型或由风洞试验确定。几种常用结构形式的风载体型系数如下图

等效风荷载计算方法分析

等效静力风荷载的物理意义 从风洞试验获取屋面风荷载气动力信息，到得到结构的风振响应整个过程来看，计算过程中涉及到风洞试验和随机振动分析等复杂过程，不易为工程设计人员所掌握，因此迫切需要研究简便的建筑结构抗风设计方法。 等效静力风荷载理论 就是在这一背景下提出的。其基本思想是将脉动风的 动力效应以其等效的静力形式表达出来，从而将复杂的动力分析问题转化为易于被设计人员所接受的静力分析问题。等效静力风荷载是联系风工程研究和结构设计的纽带[3] ，是结构抗风设计理论的 核心内容，近年来一直是结构风工程师研究的热点之一。 等效静力风荷载的物理意义可以用单自由度体系的简谐振动来说明 [45, 108] 。 k c P(t) x(t) 图1.3 气动力作用下的单自由度体系 对如图1.3的单自由度体系，在气动力 P t 作用下的振动方程为： mx cx kx P t (1.4.1) 考虑粘滞阻尼系统，则振动方程可简化为： 2 00 2 22P t x f x f x m (1.4.2) 式中 12 f k m 为该系统的自振频率， 2c km 为振动系统的临界阻尼比。 假设气动力为频率为 f 的简谐荷载，即 20i ft P t F e ，那么其稳态响应为： 202 00 1 2i ft F k x t e f f i f f (1.4.3) 进一步化简有： 2 i ft x t Ae (1.4.4) 其中 02 2 2 1 2F k A f f f f ， 2 2arctan 1 f f f f ， A 为振幅， 为气动力和 位移响应之间的相位角。 现在假设该系统在某静力 F 作用下产生幅值为A 的静力响应，那么该静力应该为：

脉动风时程matlab程序

根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考虑。 观察n 个具有零均值的平稳高斯过 程，其谱密度函数矩阵为： _Sii ^）気临）...% （灼）］ ?、 S 21（国）S 22（⑷）...S 2n （⑷） S （CO ）= ±1（00）乳儉）…Snn （G0）_ 将SC ）进行Cholesky 分解，得有效方法。 其中, T H C ）为H （「）的共轭转置。 根据文献［8］，对于功率谱密度函数矩阵为 SC ）的多维随机过程向量， 模拟风速具有如 F 形式： j N V j ⑴=送 Z ‘H jm ?)| cosb l t 理 jm ? )P ml ] m=! l ± j =1,2,3..., n （12） 其中，风谱在频率范围内划分成 N 个相同部分，△⑷=⑷/N 为频率增量，H jm （⑷丨）为 上述 下三角矩阵的模，jm （打）为两个不同作用点之间的相位角， r ml 为介于0和2二之间 均匀分布的随机数， j =|是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（ 4）可简化为： N v （t ）=送 |H （创）72M cos b |t +d 】 （13） im 本文采用Davenport 水平脉动风速谱： 2 4kx 2 S v （n ）二 V 10 2 473 （ 14） n （1 x ） 式中，S v （n ）――脉动风速功率谱; n ——脉动风频率（Hz ）； k ——地面粗糙度系数； S( ) = H( J H C )T (10) H （；：；■）= 旳11心） |H 21（豹） H 22 C 0 ... Bnlg) H n2( ) ... H nn?) 一 (11)

等效静力法模拟风荷载的探讨

等效静力法模拟风荷载的探讨 摘要：本文应用CAESAR II软件采用等效静力法模拟风荷载，详细介绍如何编辑风荷载校核工况，进行加入风荷载的一次应力校核和导向支架的受力评定。 关键词：CAESAR II 风荷载校核管道工况编辑； Discussion on Simulating Wind Load with Equivalent Static Method ZHANG Xian-yue LIU Junchen （CPECC East-china Design Branch，Qingdao 266071，China） Abstract：The paper uses the equivalent static method to simulate the wind load in CAESARII software，particularly presents how to edit the wind load checking condition，and provides the method to how to consider the the primary stress of wind load and the forces of the guide supports. Key words：CAESAR II；wind load；check；pipeline；edit condition； CAESARII软件是由美国COADE公司研制开发的专业管道应力分析软件，它是以梁单元模型为基础的有限元分析程序，它可以进行静力分析也可以进行动力分析[1]。在炼油厂中，管道在工作状态下，除了要承受压力、重力、其他持续荷载作用，还要承受风荷载偶然荷载的作用，ASME B31.3[2]和GB50316[3]要求偶然荷载产生的一次应力不得超过操作状态许用受力的1.33倍。严格的说，风荷载属于动力荷载，应该采用动力学方法进行分析。但是由于动力分析方法过于复杂，难以应用于实际工程设计，所以风荷载计算时，可以采用等效静力法分析计算。该方法将风的荷载作用转化为等效静力荷载，然后采用静力方法进行分析[1]。 一、风荷载的输入 下面以某炼油厂的常减压装置常压塔顶油气线为例，举例说明风荷载的校核方法。根据常减压装置所在地的气象数据，确定基本风压值[4]和地面粗糙度[4]的类别，计算不同高度对应的风压值，输入到CAESAR II风荷载数据表中。考虑到风方向的不确定性，通常将东南西北四个方向的风全部引入到分析模型中，并进行相应的偶然工况编辑，完成受力校核计算。如图1所示填入风荷载和对应高度值： 图1 二、风荷载的工况编辑

(完整版)脉动风时程matlab程序

根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考虑。观察n 个具有零均值的平稳高斯过程，其谱密度函数矩阵为： ????????????=)(...)()(............)(...)()()(...)()()(2122221 11211ωωωωωωωωωωnn n n n n s s s s s s s s s S （9） 将)(ωS 进行Cholesky 分解，得有效方法。 T H H S )()()(*ωωω?= （10） 其中， ????????????=)(...)()(............0...)()(0 ...0)()(212221 11ωωωωωωωnn n n H H H H H H H （11） T H )(*ω为)(ωH 的共轭转置。 根据文献[8]，对于功率谱密度函数矩阵为)(ωS 的多维随机过程向量，模拟风速具有如下形式： [] ∑∑==++???=j m N l ml l jm l l jm j t H t v 11)(cos 2)()(θωψ ωωω n j ...,3,2,1= （12） 其中，风谱在频率范围内划分成N 个相同部分，N ωω=?为频率增量，)(l jm H ω为上述下三角矩阵的模，)(l jm ωψ为两个不同作用点之间的相位角，ml θ为介于0和π2之间均匀分布的随机数，ωω??=l l 是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（4）可简化为： []∑=+???=N l l l l t H t v 1 cos 2)()(θωωω （13） 本文采用Davenport 水平脉动风速谱： 3/422 210 )1(4)(x n kx v n S v += （14） 式中，－－)(n S v 脉动风速功率谱； －－n 脉动风频率(Hz)； －－k 地面粗糙度系数；

脉动风时程matlab程序

根据风的记录，脉动风可作为高斯平稳过程来考 虑。观察 个具有零均值的平稳高斯过程，其谱密度函数矩阵为： （9） 将 进行Cholesky分解，得有效方法。 （10） 其中， （11） 为 的共轭转置。 根据文献[8]，对于功率谱密度函数矩阵为 的多维随机过程向量，模拟风速具有如下形式：

（12） 其中，风谱在频率范围内划分成 个相同部分， 为频率增量， 为上述下三角矩阵的模， 为两个不同作用点之间的相位角， 为介于 和 之间均匀分布的随机数， 是频域的递增变量。 文中模拟开孔处的来流风，因而只作单点模拟。即式（4）可简化为： （13） 本文采用Davenport水平脉动风速谱： （14） 式中， 脉动风速功率谱；

脉动风频率(Hz)； 地面粗糙度系数； 标准高度为10m处的风速(m/s)。 Matlab程序: N=10; d=0.001; n=d:d:N;%%频率区间（0.01～10） v10=16; k=0.005; x=1200*n/v10; s1=4*k*v10^2*x.^2./n./(1+x.^2).^(4/3);%%Davenport谱subplot(2,2,1) loglog(n,s1)%%画谱图 axis([-100 15 -100 1000]) xlabel('freq');

ylabel('S'); for i=1:1:N/d H(i)=chol(s1(i));%%Cholesky分解 end thta=2*pi*rand(N/d,1000);%%介于0和2pi之间均匀分布的随机数t=1:1:1000;%%时间区间（0.1～100s） for j=1:1:1000 a=abs(H); b=cos((n*j/10)+thta(:,j)'); c=sum(a.*b); v(j)=(2*d).^(1/2)*c;%%风荷载模拟 end subplot(2,2,2) plot(t/10,v)%%显示风荷载 xlabel('t(s)'); ylabel('v(t)'); Y=fft(v);%%对数值解作傅立叶变换

高层建筑风荷载

高层建筑风荷载 摘要：文章主要介绍了风荷载对高层建筑的作用，关于风荷载研究的一些方法，并用我做过的北京中铁物流大厦的风洞试验为例说明风洞实验的研究方法。阐述了一些结构等效静力风荷载的计算方法以及抗风设计中应值得继续研究的问题。 关键字：高层建筑，抗风，风洞试验，等效静力风荷载，问题 1.引言 风是从高气压吹向低气压的一种气流。高层建筑是在特殊地区和时间下,为了满足社会和经济的需求而建造的,其独特性和各自特异的风格,增加了城市景观,吸引了大量的旅游观光者。而更具有实用意义的是满足了城市日益增长的工作、生活空间的需求。但任何建筑高度的增加必将会增加风荷载的力度。 风荷载是各类建筑物的主要侧向荷载之一, 对于高、大、细、长等柔性结构而言, 风荷载是起主要作用的, 且时常超过地震作用而成为决定性荷载, 复杂的动力风效应影响是结构设计的控制因素之一。灾害性台风可能导致结构主体开裂或损坏;长时间持续的风致振动则可能使结构某些部位如节点、支座等产生疲劳与损伤, 危及结构安全。随着新技术、新材料、新工艺、新型式、新设计方法的应用, 工程结构也朝着长大化、高耸化、复杂化、柔性化、小阻尼方向发展, 这使得其固有频率越来越接近强风的卓越频率, 对风的敏感性越来越强。因此重大的高耸柔性结构在风荷载作用下的动力效应特性研究也受到学术界和工程界的极大关注和重视。 2.风荷载的分类 风对高层建筑是一种持续时间较长的随机荷载。风对结构物的作用，使结构产生震动，其原因主要有：（1）有与风向一致的风力作用，它包括平均风和脉动风，其中脉动风要引起结构物的顺风向振动，这种形式的振动在一般工程结构中都要考虑；（2）结构物背后的漩涡引起结构物的横风向的振动；（3）由别的建筑物尾流中的气流引起的振动。 2.1 顺风向荷载 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）明确给出了高层建筑顺风向等效荷载的计算方法，著名学者A.G.Davenport在60 年代建立了基于抖振理论的结构顺风向风荷载计算模型，成为风工程研究及各国制定风荷载规范的基础。由于对等效静力风荷载认识的差别，该计算模型在实际应用中又发展成阵风荷载因子(GLF)法、惯性风荷载(IWL)法、基底弯矩阵风荷载因子法(MGLF)等。GLF 法由Davenport于60 年代提出，现已成为公认的经典方法。该法认为背景和共振分量与平均分量服从同一分布，且与响应类型无关。IWL 法采用惯性力模型来计算背景和共振分量，我国规范采用这一方法。MGLF 法认为基底弯矩对应的背景等效风荷载可以近似作为实际的背景等效风荷载，根据脉动基底弯矩并按振型分解则可得到

风荷载取值规范

3.1.3 风荷载 建筑物受到的风荷载作用大小，与建筑物所处的地理位置、建筑物的形状和高度等多种因素有关，具体计算按照《荷载规范》第7章执行。 1、风荷载标准值计算 垂直于建筑物主体结构表面上的风荷载标准值W K ，按照公式（3.1-2）计算： βz ——高度Z 处的风振系数，主要是考虑风作用的不规则性，按照《荷载规范》7.4要求取值。多层建筑，建筑物高度＜30m ，风振系数近似取１。 （1）风荷载体型系数μS 风荷载体型系数，不但与建筑物的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物的密集程度和高低等因素有关，一般按照《荷载规 表3.1.10 建筑物体型系数取值表 注1：当计算重要且复杂的建筑物、及需要更细致地进行风荷载作用计算的建筑物，风荷载体型系数可按照《高层规程》中附录A 采用、或由风洞试验确定。 注4：当多栋或群集的建筑物相互间距离较近时，宜考虑风力相互干扰的群体作用效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。 注3：檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载作用时，体型系数不宜小于2.0。 W W z s z k μμβ=)21.3(-

注4：验算表面围护结构及其连接的强度时，应按照《荷载规范》7.3.3规定，采用局部风压力体型系数。 （2）风压高度变化系数μz 设置风压高度变化系数，主要是考虑建筑物随着高度的增加风荷载的增大作用。 对于位于平坦或稍有起伏地形上的建筑物，其风压高度变化系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7.2要求选用，表3.1.11中列出了常用风压高度变化系数的取值要求。 表3.1.11 风压高度变化系数 关于地面粗糙程度的分类： A类：近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：有密集建筑群的城市市区； D类：有密集建筑群和且房屋较高的城市市区。 （3）基本风压值W0 基本风压值W0，单位kN/m2，以当地比较空旷平坦场地上离地10m高、统计所得50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值，各地的基本风压可按照《荷载规范》附录D 中的全国基本风压分布图查用，表3.1.12为浙江省主要城镇基本风压取值参考表。 2、基本风压的取值年限 《荷载规范》在附录D中分别给出了n=10年、n=50年、n=100年一遇的基本风压标准值，工程设计中根据建筑物的使用性质与功能要求，一般按照下列方法选用风压标准值的取值年限： ①临时性建筑物：取n=10年一遇的基本风压标准值； ②一般的工业与民用建筑物：取n=50年一遇的基本风压标准值； ③特别重要的建筑物、或对风压作用比较敏感的建筑物（建筑物高度大于60m）：取 表3.1.12 浙江省主要城镇基本风压（kN/m2）取值参考表

风荷载标准值计算方法

按老版本规范风荷载标准值计算方法: 1.1风荷载标准值的计算方法 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算: w k =B gz u z y si W 0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006 年版] 上式中： w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa); Z :计算点标高：15.6m ； B gz ：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型，按以下公式计算(高度不足5m 按5m 计算)： 1. 正压区 2. 负压区 - 对墙面， - 对墙角边, 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取 -0.2或0.2 本计算点为大面位置 按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的， 在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料， 在上述区域 B gz =K(1+2 卩 f ) 其中K 为地面粗糙度调整系数， 1 f 为脉动系数 A 类场地： B gz =0.92 X (1+2 卩 f ) 其中： ■0 12 1 f =0.387 X (Z/10). B 类场地： B gz =0.89 X (1+2 [1 f ) 其中： 1 f =0.5(Z/10) -0.16 C 类场地： B gz =0.85 X (1+ 2 1 f ) 其中： 1 f =0.734(Z/10) -0.22 D 类场地： B gz =0.80 X (1+2 1 f ) 其中： 1 f =1.2248(Z/10) -0. 3 对于B 类地形， B gz =0.89 X (1+2 X (0.5(Z/10) 卩Z :风压咼度变化系数； 根据不同场地类型，按以下公式计算: 类场地： ))=1.7189 类场地: 类场地: 类场地: 0 24 卩 z =1.379 X (Z/10). 当 Z>300m 时，取 Z=300m 当 Z<5m 时，取 Z=5m 0.32 卩 z =(Z/10) 当 Z>350m 时，取 Z=350m 当 Z<10ni 时，取 Z=10m 卩 z =0.616 X (Z/10) 0.44 当 Z>400m 时，取 Z=400m 当 Z<15ni 时，取 Z=15m 卩 z =0.318 X (Z/10) 0.60 当 Z>450m 时，取 Z=450m 当 Z<30ni 时，取 Z=30m 15.6m 高度处风压高度变化系数： 对于B 类地形， 卩 z =1.000 X (Z/10) 卩S1：局部风压体型系数； 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护 构 件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数卩 一、外表面 S1 ： 按表7.3.1采用; 取-1.0 取-1.8 15.6m 高度处瞬时风压的阵风系数:

风荷载标准值计算方法

按老版本规范风荷载标准值计算方法： 1.1风荷载标准值的计算方法 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算： w k =β gz μ z μ s1 w ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] 上式中： w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：15.6m； β gz ：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)： β gz =K(1+2μ f ) 其中K为地面粗糙度调整系数，μ f 为脉动系数 A类场地：β gz =0.92×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.387×(Z/10)-0.12 B类场地：β gz =0.89×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.5(Z/10)-0.16 C类场地：β gz =0.85×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.734(Z/10)-0.22 D类场地：β gz =0.80×(1+2μ f ) 其中：μ f =1.2248(Z/10)-0.3 对于B类地形，15.6m高度处瞬时风压的阵风系数： β gz =0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.7189 μ z ：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： A类场地：μ z =1.379×(Z/10)0.24 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m； B类场地：μ z =(Z/10)0.32 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地：μ z =0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地：μ z =0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m； 对于B类地形，15.6m高度处风压高度变化系数： μ z =1.000×(Z/10)0.32=1.1529 μ s1 ：局部风压体型系数； 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护 构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μ s1 ： 一、外表面 1. 正压区按表7.3.1采用； 2. 负压区 -对墙面，取-1.0 -对墙角边，取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 本计算点为大面位置。 按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于围护结构有开启的可能，所以

第4章 风荷载

第四章风荷载

主要内容： ?4.1 风的有关知识 ?4.2 风压 ?4.3 结构抗风计算的几个重要概念?4.4 顺风向结构风效应 ?4.5 横向结构风效应

4.1 风的有关知识 1 . 风的形成 由于存在压力差或气压梯度，空气从气压高的地方向气压底的地方流动而形成风。

2 . 两类性质的大风 1.台风 弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡旋内部产生上升和对流运动→加强涡旋→‥‥‥→台风 2.季风 冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋 夏季：大陆热，海洋凉，风：海洋→大陆

3. 我国的风气候总况 我国的风气候总体情况如下： (1)台湾、海南和南海诸岛，由于地处海 洋，年年受台风直接影响，是我国的最大风 区。 (2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆上的大风区。风速梯度由沿海指向内陆。台风登陆后，由于受地面摩擦的影响，风速能弱很快，在离海岸100km处，风速约减小一半。 (3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风。黑龙江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速不大。 (4)青藏高原地势高，平均海拔4-5km，也属较大风区。 (5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮风到此也是强弩之末。 (6)云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地形闭塞，形成我国最小风区。

4. 风级 为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风划分为13个等级。风速越大，风级越大，由于早期人们还没有仪器来测定风速，就按照风所引起的现象来划分风级。风的13个等级如表4-1所示。

风荷载计算算例

.风荷载计算 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规范，风荷载的计算公式为： 0k z s z w u u βω= （） s u ——体型系数 z u ——风压高度变化系数 z β——风振系数 0ω——基本风压 k w ——风荷载标准值 体型系数s u 根据建筑平面形状由《建筑结构荷载规范》项次30，迎风面体型系数（压风指向建筑物内侧），背风面（吸风指向建筑外侧面），侧风面（吸风指向建筑外侧面）。 风压高度变化系数z u 根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别，按照规范表确定。本工程结构顶端高度为+=米，建筑位于北京市郊区房屋较稀疏，由规范条地面粗糙度为B 类。 由表高度90米和100米处的B 类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为和。 则米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为： 对于高度大于30m 且高宽比大于的房屋，以及基本自振周期T1大于的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 本工程30层钢结构建筑。基本周期估算为()1T =0.10~0.15n=3.0~4.5s ，应考虑脉动风对结构顺风向风振的影响，并由下式计算： 1012Z z gI B β=+ （） 式中： g ——峰值因子，可取 10I ——10m 高度名义湍流强度，对应ABC 和D 类地面粗糙，可分别取、、和；

R ——脉动风荷载的共振分量因子 z B ——脉动风荷载的背景分量因子 脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算： 式中： 1f ——结构第1阶自振频率（Hz ） w k ——地面粗糙度修正系数，对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙，可分别取、、和； 1ζ——结构阻尼比，对钢结构可取，对有填充墙的钢结构房屋可取，对钢筋混凝土及砌体结构可取，对其他结构可根据工程经验确定。 经过etabs 软件分析，结构自振周期1 4.67f s = 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定： 式中： 1()z φ——结构第1阶振型系数 H ——结构总高度 （m ），对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不能大于300m 、350m 、450m 和550m ； x ρ——脉动风荷载水平方向相关系数； z ρ——脉动风荷载竖向方向相关系数； k 、1α—— 脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定： （1）竖直方向的相关系数可按下式计算： 式中： H ——结构总高度 （m ）；对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不应大于300m 、350m 、450m 和550m ； （2） 水平方向相关系数可按下式计算： 式中：

风荷载的特性与建筑物的关系及计算

风荷载的特性与建筑物的关系及计算 设计主导风向 风的方向也是复杂多变的，随机性的。 在风荷载的测算与表达过程中，通常以风玫瑰图表示风向的分布规律——表示某一地区的全年冬季、夏季的风向的分布状况。图中虚线表示该地区冬季风向的分布规律，可以看出，西北风为主导风向； 实线表示该地区夏季风向的分布规律，可以看出，东南风为主导风向。 在设计中，以标准风荷载——基本风压与风玫瑰图的主导风向为该地区的设计标准。 基本风压 基本风压是指某一地区，风力在迎风表面产生作用的标准值，是某一地区风荷载的基本参数。 我国规范对某一地区的基本风压按以下标准确定：选择平坦空旷的，能反映本地区较大范围内的气象特点，并避免局部地形和环境影响的地面区域，在距地面10米高处，年最大风速发生时10分钟内的风速平均值所形成的，并考虑该风速的历史重现期（30年为标准期限）而确定的迎风面风力作用。

分别以30年和50年为风力重现期，所测得的风力统计结果，其保证率（可靠度）为96.7%和98%。 基本风压表示的是一个地区风力的基本状态，是在诸多限制条件下测算出来的，在实际工程中，建筑物的具体位置的具体风压，需要经过相应的调整才能得到。 形体与风的作用 通常情况下，物体的迎风面受到风产生的压力作用，这种压力作用会随着风的级别（风的速度）的不同而不同，但对于复杂的建筑形体，对于建筑物的其他表面，风不仅仅产生类似迎风面的压力。同时由于风向的变化，建筑物各个表面所受到的作用的差异度也极为巨 大。 建筑形体与风的作用 建筑物所采用的平面与剖面形体，与其各个外表面所受风的作用有密切关系：迎风面风力为压力，所受风作用强烈；侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐有压力转变为吸力；背风面表现为吸力。 矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，各个侧面所受的风力作用差异很大。一般来说，圆形、六边形、Y型、十字形、三角形平面所受风力作用小于矩形，矩形平面建筑物做切角处理后，风力作用会降低。

风荷载计算方法与步骤

1风荷载 当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建 筑物所受的风荷载。 1.1单位面积上的风荷载标准值 建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。 垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值ω（KN/m2）按下式计算： ω 风荷载标准值（kN/m2）=风振系数×风荷载体形系数×风压高度变化系数×基本风压 1.1.1基本风压 按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的最大值确定的风速v0(m/s)，再考虑相应的空气密度通过计算确定数值大小。 按公式确定数值大小，但不得小于0.3kN/m2，其中的单位为t/m3，单位为kN/m2。也可以用公式计算基本风压的数值，也不得小于0.3kN/m2。 1.1.2风压高度变化系数 风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。规范以B类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。 粗糙度类别 A B C D 300 350 450 500 0.12 0.15 0.22 0.3 场地确定之后上式前两项为常数，于是计算时变成下式： 1.1.3风荷载体形系数 1）单体风压体形系数 （1）圆形平面；

（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数； （3）高宽比的矩形、方形、十字形平面； （4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比 的矩形、鼓形平面； （5）未述事项详见相应规范。 2）群体风压体形系数 详见规范规程。 3）局部风压体形系数 檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于 2.0。未述事项详见相应规范规程。 1.1.4风振系数 对于高度H大于30米且高宽比的房屋，以及自振周期的各种高耸结构都应该考虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。（对于高度H大于30米、高宽比且可忽略扭转的高层建筑，均可只考虑第一振型的影响。） 结构在Z高度处的风振系数可按下式计算： ○1g为峰值因子，去g=2.50；为10米高度名义湍流强度，取值如下： 粗糙度类别 A B C D 0.12 0.14 0.23 0.39 ○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下： 为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取； 为地面粗糙修正系数，取值如下： 粗糙度类别 A B C D 1.28 1.0 0.54 0.26 为结构第一阶自振频率（Hz）； 高层建筑的基本自振周期可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用 下列公式近似计算： 钢结构 钢筋混凝土框架结构

基于AIC准则的脉动风速时程模拟

Techn ology &E conomy in Areas of Com munications 交通科技与经济 2008年第3期(总第47期) 基于AIC 准则的脉动风速时程模拟 姜 浩1 ,童申家1 ,李 纲1 ,张 磊 2 (1.西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055;2.大庆高新城建投资开发有限公司,黑龙江大庆163316)摘 要:阐述脉动风速时程模拟的方法和AI C 准则。采用线性滤波器中的A R 模型,结合A IC 准则进行模型阶数选择,用M AT LA B 编程模拟脉动风速时程,并与目标功率谱进行比较,模拟效果较好,可以满足工程精度的要求。关键词:脉动风速;数值模拟;A IC 准则;AR 模型 中图分类号:U 442.5+5 文献标识码:A 文章编号:1008 5696(2008)03 0010 02 The Simulation of Wind Speed Time Series by the AIC Rule JIANG H ao 1,T ONG Shen jia 1,LI Gang 1,ZH ANG Lei 2 (1.Civ il Engineer ing,X i an U niver sity of A rchitecture &T echno lo gy ,Xi an 710055,China;2.Daqing High U rban Construc t ion Investment Dev elo pment Co.,Lt d.,Daqing 163316,H eilongjiang,China) Abstract:In this paper,w ind speed time series simulation m ethods and AIC rule is elabor ate.With AIC criteria for selection order o f the m odel,W ind speed time series sim ulation is pr ogram ming w ith MA TLAB effectively by the AR m odel,and com pariso n w ith the objective of po wer spectral,the sim ulation effects meet the requirements of precision engineering. Key words:wind speed;numerical sim ulation;AIC rule;AR model 收稿日期:2008 01 23 作者简介:姜 浩(1980~),男,硕士研究生,研究方向:桥梁抗震抗风. 通常对于结构风振响应分析的方法主要有频域分析法和时域分析法[1]。频域分析法一般是由通用风速谱或风洞试验测得的风速时程通过傅里叶变换直接转化为风压谱,利用动力传递系数得到动力反应谱,由随机理论通过反应谱积分得到结构的动力响应。但频域分析认为系统时不变且结构是线性的,通常忽略自激力中和振型之间的耦合部分。桥梁结构的时程分析中,脉动风一般认为是零均值、各态历经的平稳随机过程。时域分析法可以直接运用风洞试验的风速时程或数值模拟的风速时程作用于桥梁结构进行风振响应分析,然后通过动力计算得到结构的动力响应。时域内对结构进行风激励动力时程分析就必须得到相应的风速曲线,如果仅仅依靠已有的记录和观测作为荷载输入,由于受到许多条件的限制,往往不能满足实际的需求。人工模拟的脉动风速时程具有广泛的适应性和一般性,可以满足某些统计特性的任意性,而且由于随机过程的模拟是从大量实际记录的统计特性出发,比单一实际记录更具有代表性和统计性,因而被广泛采用。时程样本模拟得是否有效,即所模拟的脉动风速时程是否考虑统计特性、时间相关性和空间相关性,对于时程分析的结果具有显著的影响,因此,模拟出比较理想的时程样本具有重要意义[2]。 1 脉动风的常用模拟方法及AIC 准则的应用 对于平稳随机过程,比较常用的方法有线性滤波法(A RM A Represent ation)与谐波叠加法(harmo ny super po si t ion metho d)。这些方法都是从模拟单一脉动风的风速时程 曲线发展到多个相关风速时程的模拟。在转化为离散时间信号处理时,随机数的生成算法、线性方程组的求解算法等方面将对模拟精度、模拟速度、模拟方法的稳定性产生较大影响。谐波叠加法的基本思想是采用以离散谱逼近目标随机过程的模型的一种离散化数值模拟方法,当所需模拟的维数较大时,要在每个频率上进行大量运算,随机频率的生成相当耗时,运算效率低。而线性滤波器法(A R 法)则具有计算量小、计算简洁、占用计算机内存少的优点,且模拟出来的风速时程与实际风速时程更吻合[3]。 自回归模型阶次p 的确定对自回归模型的应用效果有显著影响,如果p 选择得太小,那么白噪声余项就会明显地保留有相关项,将会出现偏差而达不到风荷载模拟的精度控制要求。如果p 选择得太大,根据自回归模型的特征可以知道,此时不会出现偏差,但在这种阶数过高拟和的情况下,对机时的浪费较为严重[4]。本文应用A IC 准则确定合适的模型阶数。AIC 准则即赤池信息量准则(Akaike s Info rma tion Criter ion,AIC),是日本著名统计学教授赤池弘次(H.Akaike)在研究信息论特别是解决时间序列定价问题中提出来的,A IC 的目的为逼近相应于真模型的拟合模型的K ull back L eibler 指标的无偏估计。A IC 值定义为[5 7] AI C=-2(极大似然函数)+2(模型参数个数),于是A IC 值最小的函数模型为最合适的函数模型。最初AIC 准则定义为 A IC (p )=N lg 2a +2(p +1). 等式右边的第一项被认为是对增加模型中参数个数或多项式阶数的一种惩罚。赤池教授建议,欲从一组可供选择的模型中选择一个最理想模型,比较模型的实用性和复杂性,AIC 准则为最小的模型是最理想的。当两个模型之间

一般情况下的风荷载计算

参考规范： 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 风荷载： 风荷载标准值 《荷载规范》8.1.1、《高规》4.2.1 0w w z s z k μμβ= （1）该风荷载标准值的计算公式适用于计算主要承重（主体）结构的风荷载； （2）所求的风荷载标准值为顺风向的风荷载； （3）风荷载垂直于建筑物的表面； （4）风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积； （5）适用于计算高层建筑的任意高度处的风荷载。 基本风压 《荷载规范》3.2.5第2款 对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限…… 《荷载规范》8.1.2 基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/㎡。 《荷载规范》E.5 《高规》4.2.2 ……对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。 （条文说明）……一般情况下，对于房屋高度大于60m 的高层建筑，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用…… 《烟规》5.2.1 ……基本风压不得小于0.35kN/㎡。对于安全等级为一级的烟囱，基本风压应按100年一遇的风压采用。 风压高度变化系数 《荷载规范》8.2.1 地面粗糙度 A 类 近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B 类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇 C 类 密集建筑群的城市市区 D 类 密集建筑群且房屋较高的城市市区 《荷载规范》表8.2.1 对墙、柱的风压高度变化系数，均按墙顶、柱顶离地面距离作为计算高度z ，查表用插入法确定。 风压体型系数 《荷载规范》8.3.1 围墙：按第32项，取1.3 《高规》4.2.3 1 圆形平面建筑取0.8； 2 正多边形及截角三角形平面建筑，由下列计算：n s /2.18.0+=μ 3 高宽比H/B 不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3； 4 下列建筑取1.4： 1）V 形、Y 形、弧形、双十字形、井字形平面建筑； 2）L 形、槽形和高宽比H/B 大于4的十字形平面建筑；

5风荷载计算

5 风荷载计算 风荷载标准值 主体结构计算时，为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代，垂直于建筑物表面的风荷载标注值按公式5-1计算。 0k z s z ωβμμω???= （5-1） 式中：k ω——风荷载标准值； s μ——风荷载体型系数； z μ——风压高度变化系数； 0ω——基本风压值，本设计中的基本风压取30.00=ω； z β——高度z 处的风振系数； 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第条规定：地面粗糙度可分为四类：A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C 类指有密集建筑群的城市市区；D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。本设计中地面粗糙度取C 类。 高度z 处的风振系数z β的计算式见公式5-2。 1z z z ξν?βμ=+ （5-2） ξ——脉动增大系数； ν——脉动影响系数； z ?——振型系数； z μ——风压高度变化系数。 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第节可知：对于框架结构的基本自振周期可以近似按照()10.08~0.10T n n =（n 为建筑层数）估算，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响,本设计中自振周期取10.090.0960.54T n s ==?=，经过计算， 2 1200.300.54=0.087T ω=?。风载体型系数由《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第节续表可以查得：8.0=s μ（迎风面）和5.0-=s μ（背风面）。 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第条规定：当结构基本自振周期s T 25.0≥时，以及对于高度超过30m 且高宽比大于1. 5 的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随之增强。因此在设计中应考虑风振的影响，而且原则上还应考虑多个振型的影响。 由于本工程总高度为，自振周期虽已超过,但不属于高耸结构和大跨度结构，所以根据荷载规范，本工程不考虑顺风向风振的影响。即本工程在高度z 处的风振系数z β近

解析风荷载的几个重要概念(值得收藏)

解析风荷载的几个重要概念 风是典型的、随机的动荷载与作用,是结构设计中必然考虑的因素. 设计主导风向 风的方向也是复杂多变的,随机性的. 在风荷载的测算与表达过程中,通常以风玫瑰图表示风向的分布规律——表示某一地区的全年冬季、夏季的风向的分布状况.图中虚线表示该地区冬季风向的分布规律,可以看出,西北风为主导风向；实线表示该地区夏季风向的分布规律,可以看出,东南风为主导风向. 在设计中,以标准风荷载——基本风压与风玫瑰图的主导风向为该地区的设计标准. 基本风压 基本风压是指某一地区,风力在迎风表面产生作用的标准值,是某一地区风荷载的基本参数.

我国规范对某一地区的基本风压按以下标准确定：选择平坦空旷的,能反映本地区较大范围内的气象特点,并避免局部地形和环境影响的地面区域,在距地面10米高处,年最大风速发生时10分钟内的风速平均值所形成的,并考虑该风速的历史重现期（30年为标准期限）而确定的迎风面风力作用. 分别以30年和50年为风力重现期,所测得的风力统计结果,其保证率（可靠度）为96.7%和98%. 基本风压表示的是一个地区风力的基本状态,是在诸多限制条件下测算出来的,在实际工程中,建筑物的具体位置的具体风压,需要经过相应的调整才能得到. 形体与风的作用 通常情况下,物体的迎风面受到风产生的压力作用,这种压力作用会随着风的级别（风的速度）的不同而不同,但对于复杂的建筑形体,对于建筑物的其他表面,风不仅仅产生类似迎风面的压力.同时由于风向的变化,建筑物各个表面所受到的作用的差异度也极为巨大. 建筑形体与风的作用

建筑物所采用的平面与剖面形体,与其各个外表面所受风的作用有密切关系：迎风面风力为压力,所受风作用强烈；侧风面随着与风的夹角的变化,风力逐渐有压力转变为吸力；背风面表现为吸力. 矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物,各个侧面所受的风力作用差异很大.一般来说,圆形、六边形、Y 型、十字形、三角形平面所受风力作用小于矩形,矩形平面建筑物做切角处理后,风力作用会降低. 建筑物表面的粗糙程度也影响着所受风力作用的大小,表面粗糙会也加大风力的作用. 高度与风的作用 随着风力测试点的高度增加,所受风力作用也随之加大,这是因为在高空处没有风的阻挡物,形成风速较大而造成的.