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双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载
双层球面网壳的风振特性与等效静风荷载

风荷载标准值

For personal use only in study and research; not for commercial use For personal use only in study and research; not for commercial use 风荷载标准值 关于风荷载计算 风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一,结构抗风分析(包括荷载,内力,位移,加速度等)是高层建筑设计计算的重要因素。 脉动风和稳定风 风荷载在建筑物表面是不均匀的,它具有静力作用(长周期哦部分)和动力作用(短周期部分)的双重特点,静力作用成为稳定风,动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动(简称风振)。 以顺风向这一单一角度来分析风载,我们又常常称静力稳定风为平均风,称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力,只要知道平均风的数值,就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的,结构在脉动风的作用下将产生风振。 注意:不管在何种风向下,只要是在结构计算风荷载的理论当中,脉动风一定是一种随机荷载,所以分析脉动风对结构的动力作用,不能采用一般确定性的结构动力分析方法,而应以随机振动理论和概率统计法为依据。 从风振的性质看顺风向和横风向风力 顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力,不引起振动。阵风相当于动力,引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风,根本就没有周期性风力会引起周期性风振,绝对没有,起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。 横风向,既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上,它可能是周期性荷载,也可能是随机性荷载,随着雷诺数的大小而定。 有的计算方法 根据现有的研究成果,风对结构作用的计算,分为以下三个不同的方面: (1)对于顺风向的平均风,采用静力计算方法 (2)对于顺风向的脉动风,或横风向脉动风,则应按随机振动理论计算 (3)对于横风向的周期性风力,或引起扭转振动的外扭矩,通常作为稳定性荷载,对结构进行动力计算

风荷载 的统计与分析

Undergraduate Course "Loads & Structural Design Methods" Project #3 风荷载的基本原理与统计调查 杨冬冬,陈钿渊,王富洋,董文晨,葛文泽,赵远征 摘要:随着经济的发展,世界上出现了越来越多的高层、超高层建筑。在对这些建筑进行设计时,结构的抗风设计占着极其重要的地位。作为一种动荷载,作用到结构上时,风荷载将引发结构相应的动反应,使结构发生振动,这时需确定结构的最大动反应,以便做出合理的动力分析。而作为一种可变作用,风荷载的统计规律与时间有关,需采用合适的随机过程概率模型(如平稳二项随机过程)进行描述,进而根据相应的统计数据确定风荷载的代表值和荷载系数,然后便可以应用结构动力学和结构可靠性的相关知识对建筑结构的抗风进行科学而又经济的设计了。 1.引言 作为一种可变的动荷载,风荷载将引发结构很大的动反应。因为其统计随机性,需应用平稳二项随机过程进行描述,然后经过统计,得到荷载的代表值和相应系数,进而对结构进行抗风设计。 2.风荷载的基本原理 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性,从而在地球相同高度的两点之间产生压力差,这样,在不同压力差的地区产生了趋于平衡的空气流动,就形成了风。从实测记录可以看出,可将风速看作为由两部分组成:第一部分是长周期部分,其周期大小一般在10min 以上,称为平均风;另一部分是短周期部分,是在平均风基础上的波动,其周期常常只有几秒至几十秒,称为脉动风。平均风的变化周期远离一般结构物的自振周期,对结构的作用属于静力作用。而脉动风的变化周期则与结构物的自振周期较为接近,对结构的作用属于随机的动力作用。风对结构的作用作为静力风和动力风的共同作用,是一个随机作用。 A)平均风描述 地面的摩擦对空气水平运动产生阻力,从而使气流速度减慢。该阻力对气流的作用随高度的增加而减弱,当超过了某一高度之后,就可以忽略这种地面摩擦的影响,气流将沿等压线以梯度风速流动,称这一高度为大气边界层高度。在边界层以上的大气称为自由大气,边界层以下的平均风速沿高度变化可以用指数率和对数率描述,指数率表示如下:

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:

9、2.6风荷载标准值计算

2.6风荷载标准值计算 作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值: 为了简化计算起见,通常将计算单元范围内外墙面的分布风荷载,化为等量的作用于楼面集中风荷载,计算公式如下: 0)(/2k z z i j W w h h B βμ=+ 式中: 基本风压200.5/kN m w =;结构基本周期1(0.06~0.09)0.24~0.36n s s T ==,取 10.30.25s s T =>考虑风振影响。作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载标准值 为:w=βz ·μs ·μz ·ωo ,对于矩形平面μs =1.3;μz 可査荷载规范底层柱高取h=4.3+0.45=4.75m 。计算过程如下表中所示W k =β z μ s μz 0ω. 。0ωT 12 =0.5 ×0.32 =0.045, 由于地面粗糙度为C 类,0ωT 12 应乘以0.62,得0.0279查表ξ=1.15 ;H/B=16.45 /82.5=0.20 查表V=0.40。 (1)各楼层位置处的zi β值计算结果zi β=1+ξVZ/H z μ 表2.6-1 (2)各楼层位置处的风荷载标准值Fi= Ai zi βμs z μωo 表2.6-2

水平风荷载作用下框架内力分析 1) 柱端弯矩 如图2.6-2 h y V M )(1上-= 图2.6-2柱端弯矩计算图 2)梁端弯矩:根据结点平衡求出 对于边柱如图2.6-3 下上i i i M M M += 3)对于中柱如图:2.4-3 Vyh M =下

按两端线刚度分配 右左左 下上左) (i i i M M M i i i ++= 图2.6-3 梁端弯矩计算 4)水平荷载引起的梁端剪力、柱轴力 如图2.6-4所示: 梁端剪力: l M M V i i 右 左+= 柱轴力:边柱 ∑==N i R R V N 1 中柱 ∑=-=N i R R R V V N )(21 图2.6-4 梁端剪力计算 1/1轴框架各柱的杆端弯矩、梁端弯矩计算过程见下表2.6-3表2.6-4 表2.6-3 表2.6-4 梁端弯矩剪力 右 左右 下上右) (i i i M M M i i i ++=

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

扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算

扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算 在编制扣件式钢管脚手架安全施工组织设计时,作用于脚手架的水平风荷载,往往是计算的难点之一。我们依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)(以下简称《脚手架规范》)和国家现行《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)(以下简称《荷载规范》)的有关规定,对风荷载的计算参数进行分析,找出规律性的内涵,以便准确地计算,确保施工安全。 脚手架规范第4.2.3条规定:作用于脚手架的水平风荷载标准值,应按下式计算: ωk=0.7μzμsω0 式中ωk——风荷载标准值(kN/m2) μz——风压高度变化系数; μs——脚手架风荷载体型系数 ·ω0——基本风压(kN/m2)。 计算风荷载标准值除修正系数外,还有三个参数,现分析归纳如下: 一、基本风压ω0及修正系数 基本风压ω0应按荷载规范“全国基本风压分布图”的规定采用。 荷载规范规定:风荷载标准值ωk=βzμzμsω0,即风荷载标准值中还应乘以风振系数βz,以考虑风压脉动对高层建筑结构的影响。脚手架规范编制时,考虑到脚手架附着在主体结构上,故取βz=1。

荷载规范规定的基本风压是根据重现期为30年确定的,而脚手架使用期较短,遇到强劲风的概率相对要小得多,基本风压ω0乘以0.7修正系数是参考英国脚手架标准计算确定的。 二、风压高度变化系数μz 荷载规范规定:风压高度变化系数,应根据地面粗糙度类别按《荷载规范》采用。 地面粗糙度可分为A、B、C三类 A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区; B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较烯疏的中、小城镇和大城市郊区 C类指有密集建筑群的在城市市区。 选用风压高度变化系数,应注意以下两种情况: 1.立杆稳定计算,应取离地面5m高度计算风压高度变化系数。经计算,风荷载虽然在脚手架顶部最大,但此处脚手架结构所产生的轴压力很小,综合计算值最小;5m高度处组合风荷载产生计算值虽较小,但脚手架自重产生的轴压力接近最大,综合计算值最大。根据以上分析,立杆稳定性计算部位为底部。 2.连墙件计算,应取脚手架上部计算风压高度变化系数。连墙件的轴向力设计值与风压高度变化系数成正比函数关系,即架体升高,风压高度变化系数增大,连墙作轴向力设计值随之增大,架体顶部达到最大。连墙件稳定承载力及扣件抗滑承载力验算,应取连墙件最大轴向力设计值。 三、风荷载体型系数μs 风荷载体型系数按《脚手架规范》4.2.4规定计算。

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

风荷载总体体型系数

风荷载总体体型系数心得 《建筑结构荷载规范》第8.1.1条讲到垂直于建筑物表面的风荷载标准值应该 按照下列规定确定。 迎风面都是等效受压力面,所以为正值。相应其他面,背风面和平行面都是 负值,其实就是相当一个吸力。 对于总的体型系数,是这样求解的。首先是在 根据风向来确定建筑物最大风向投影面积,如右边的“十字形”平面结构,建筑 物边长尺寸如图所示,则总的体型系数如下: 5.028.022 6.0++?+?+?=b a b b a a u s 只要知道a 和b 的具体数值就可以按照这个公式求出风 荷载体型系数。这里公式分为2部分计算,按 照最大投影面分开(按照箭头分开),一部分是上部,另一部分称为下部。建筑 物表面上部分按照风向最大投影面分为3段,a ,b ,a 。再依据规范,+0.6,+0.8, +0.6按照边长的加权值求出上部体型系数;而红色部分代表的下部是0.5其实也 是按照边长加权求得。只是因为参考系数都是0.5所以综合加权值也是0.5. 但 是为什么公式里不论迎风面还是背风面都是加号而没有减号,有点讲不通?这 里的符合只是代表风向对建筑屋面的效果,如“+”代表迎风面“-”代表背风 面;如果你从力的方向性考虑的话,它们是同向的。因此在公式里才都是加号。 不过还有另外一种情况就是当出现“-”时是要做减法的。 一开始列出的六种 建筑平面中,有个矩形建筑背面的风荷载体型系数是一个公式, 这就说明此种情况下背风面的系数还跟建筑物的高度H 和长度L 相关。 再比如 右图不规则六边形,边长关系如图所示。 当风向不再是垂直于建筑物表面,而是有一定夹角30°。 此种情况下该建筑风荷载体型系数怎样计算。同理在划分上 下部时,最大投影面是按照与风向接触面平行的那条线,即就是 图示的箭线,仍旧是上部和下部。所以计算式如下:

扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算

扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算 集团企业公司编码:(LL3698-KKI1269-TM2483-LUI12689-ITT289-

扣件式钢管脚手架风荷载标准值计算在编制扣件式钢管脚手架安全施工组织设计时,作用于脚手架的水平风荷载,往往是计算的难点之一。我们依据《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》(JGJ130-2001)(以下简称《脚手架规范》)和国家现行《建筑结构荷载规范》(GBJ9-87)(以下简称《荷载规范》)的有关规定,对风荷载的计算参数进行分析,找出规律性的内涵,以便准确地计算,确保施工安全。 ωk=0.7μzμsω0 式中ωk——风荷载标准值(kN/m2) μz——风压高度变化系数; μs——脚手架风荷载体型系数 ·ω0——基本风压(kN/m2)。 计算风荷载标准值除修正系数外,还有三个参数,现分析归纳如下:

一、基本风压ω0及修正系数 基本风压ω0应按荷载规范“全国基本风压分布图”的规定采用。 荷载规范规定:风荷载标准值ωk=βzμzμsω0,即风荷载标准值中还应乘以风振系数βz,以考虑风压脉动对高层建筑结构的影响。脚手架规范编制时,考虑到脚手架附着在主体结构上,故取βz=1。 荷载规范规定的基本风压是根据重现期为30年确定的,而脚手架使用期较短,遇到强劲风的概率相对要小得多,基本风压ω0乘以0.7修正系数是参考英国脚手架标准计算确定的。 二、风压高度变化系数μz 荷载规范规定:风压高度变化系数,应根据地面粗糙度类别按《荷载规范》采用。 地面粗糙度可分为A、B、C三类 A类指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;

B类指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较烯疏的中、小城镇和大城市郊区 C类指有密集建筑群的在城市市区。 选用风压高度变化系数,应注意以下两种情况: 1.立杆稳定计算,应取离地面5m高度计算风压高度变化系数。经计算,风荷载虽然在脚手架顶部最大,但此处脚手架结构所产生的轴压力很小,综合计算值最小;5m高度处组合风荷载产生计算值虽较小,但脚手架自重产生的轴压力接近最大,综合计算值最大。根据以上分析,立杆稳定性计算部位为底部。 2.连墙件计算,应取脚手架上部计算风压高度变化系数。连墙件的轴向力设计值与风压高度变化系数成正比函数关系,即架体升高,风压高度变化系数增大,连墙作轴向力设计值随之增大,架体顶部达到最大。连墙件稳定承载力及扣件抗滑承载力验算,应取连墙件最大轴向力设计值。 三、风荷载体型系数μs

风荷载作用下排架内力分析

风荷载作用下排架内力分析 1.左吹风时计算简图如图(1)所示 q 2 (1) 对于A 柱: λ=0.288 n=0.15 411311113110.34218111.8614.60.3429.287() A n C n R q HC KN λλ????+- ???????==????+- ???????=-=-??=-← 对于C 柱; λ=0.288 n=0.244 411321113110.35718110.9314.60.357 4.847()C n C n R q HC KN λλ????+- ???????==????+- ?????? ?=-=-??=-← A C W R R R F =+-=-9.287-4.847-9.54=-23.674KN (←) 各柱顶的剪力分别为: A η=0.361 B η=0.545 C η=0.094 A A A V R R η=-=-9.287+0.361×23.674=-0.741KN(←) B B V R η=-=0.545×23.647=12.902KN(→) C C C V R R η=-=-4.847+0.094×23.674=-2.622KN(←)

排架内力如下图: A B C A B C 2.右吹风时计算简图如图(2)所示 F w (2) 对于A 柱: n=0.146 11C =0.342 A R =-2q H 11C =0.93×14.6×0.342=4.644KN ( )

对于C 柱: n=0.244 11C =0.357 111C R q HC =-=-1.86×14.6×0.357=9.695KN(→) A C W R R R F =+-=4.644+9.695+9.54=23.879KN(→) 各柱顶的剪力分别为 A η=0.361 B η=0.545 C η=0.094 A A A V R R η=-=4.644-0.361×23.879=-3.976KN(←) B B V R η=-=-0.545×23.879=13.014KN(→) C C C V R R η=-=9.695-0.094×23.879=7.450KN(→) 排架内力图如下所示 A B C A B C 5. Max T 作用于AB 跨柱: 当AB 跨作用吊车横向水平荷载时,排架计算简图如下图( )所示 1.当Max T 向右作用时对于A 柱n=0.146 λ=0.288 , 得a=(4.2m-1.2m)/4.2m=0.714 ,

风荷载标准值

风荷载标准值 关于风荷载计算 风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一,结构抗风分析(包括荷载,力,位移,加速度等)是高层建筑设计 计算的重要因素。 脉动风和稳定风 风荷载在建筑物表面是不均匀的,它具有静力作用(长周期哦部分)和动力作用(短周期部分)的双重特 点,静力作用成为稳定风,动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动 (简称风振)。 以顺风向这一单一角度来分析风载,我们又常常称静力稳定风为平均风,称动力脉动风为阵风。平均风对 结构的作用相当于静力,只要知道平均风的数值,就可以按结构力学的方法来计算构件力。阵风对结构的 作用是动力的,结构在脉动风的作用下将产生风振。 注意:不管在何种风向下,只要是在结构计算风荷载的理论当中,脉动风一定是一种随机荷载,所以分析 脉动风对结构的动力作用,不能采用一般确定性的结构动力分析方法,而应以随机振动理论和概率统计法 为依据。 从风振的性质看顺风向和横风向风力 顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力,不引起振动。阵风相当于动力,引起振动但是引 起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风,根本就没有周期性风力会引起周期性风 振,绝对没有,起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。 横风向,既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上,它可能是周期性荷载,也可能是随机性荷载,随着雷诺数的大小而定。 有的计算方法 根据现有的研究成果,风对结构作用的计算,分为以下三个不同的方面: (1)对于顺风向的平均风,采用静力计算方法 (2)对于顺风向的脉动风,或横风向脉动风,则应按随机振动理论计算 (3)对于横风向的周期性风力,或引起扭转振动的外扭矩,通常作为稳定性荷载,对结构进行动力计算 风荷载标准值的表达可有两种形式,其一为平均风压加上由脉 动风引起导致结构风振的等效风压;另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中,一般往往是第1振型起主要作

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

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

风荷载标准值 文件编码(008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256)

风荷载标准值 关于风荷载计算 风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一,结构抗风分析(包括荷载,内力,位移,加速度等)是高层建筑设计计算的重要因素。 脉动风和稳定风 风荷载在建筑物表面是不均匀的,它具有静力作用(长周期哦部分)和动力作用(短周期部分)的双重特点,静力作用成为稳定风,动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动(简称风振)。 以顺风向这一单一角度来分析风载,我们又常常称静力稳定风为平均风,称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力,只要知道平均风的数值,就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的,结构在脉动风的作用下将产生风振。 注意:不管在何种风向下,只要是在结构计算风荷载的理论当中,脉动风一定是一种随机荷载,所以分析脉动风对结构的动力作用,不能采用一般确定性的结构动力分析方法,而应以随机振动理论和概率统计法为依据。 从风振的性质看顺风向和横风向风力 顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力,不引起振动。阵风相当于动力,引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风,根本就没有周期性风力会引起周期性风振,绝对没有,起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。

横风向,既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上,它可能是周期性荷载,也可能是随机性荷载,随着雷诺数的大小而定。 有的计算方法 根据现有的研究成果,风对结构作用的计算,分为以下三个不同的方面: (1)对于顺风向的平均风,采用静力计算方法 (2)对于顺风向的脉动风,或横风向脉动风,则应按随机振动理论计算(3)对于横风向的周期性风力,或引起扭转振动的外扭矩,通常作为稳定性荷 载,对结构进行动力计算 风荷载标准值的表达可有两种形式,其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压;另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中,一般往往是第1振型起主要作用,因而我国与大多数国家相同,采用后一种表达形式,即采用风振系数βz,它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应,其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。 WK=βzμsμZ W0 W0基本风压 WK 风荷载标准值 βz z高度处的风振系数 μs 风荷载体型系数

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。

风荷载计算解析

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。 按下式计算:垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值式中: Wo 1.基本风压值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年一遇的按公式确定。但不得小 于0.3kN/m2。值确定的风速V0(m/s) 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μz 《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; 风荷载高度变化系数μz

地面粗糙类别 D B C A

高度(m) 1.17 1.00 0.74 0.62 5 1.38 1.00 10 0.74 0.62 1.52 1.14 15 0.74 0.62 计算公式 0.24 =1.379(z/10)A类地区1.63 1.25 0.84 0.62 20 0.32 = (z/10)B类地区1.80 30 1.42 1.00 0.62 )0.44 =0.616(z/1040 C1.92 1.56 1.13 0.73 类地区0.6 =0.318(z/10)1.25 2.03 1.67 50 0.84 D类地区0.93 1.35 2.12 60 1.77 1.02 2.20 70 1.86 1.45 1.11 1.95 1.54 2.27 80 1.19 1.62 2.02902.34 1.27 100 2.40 2.091.70 1.61 2.03 2.382.64 150 1.92 200 2.612.30 2.83 2.19 2.802.99 2502.54 2.45 3.12 3002.972.75 2.68 3502.94 3.123.12 2.91 3.123.12 4003.12 3.12 3.123.12 3.12 450 位于山峰和山坡地的高层建筑,其风压高度系数还要进行修正,可查阅《荷载规范》。 3.风载体型系数μs 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。 确定各个表面的风载体型2-4.2表P57计算主体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中 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 注:“+”代表压力;“-”代表拉力。 zβ 4.风振系数z反映了风荷载的动力作用,它取决于建筑物的高宽比、基本自振周期及地面粗糙度风振系数β 基本风压。《荷载规范》规定对于基本自振周期大于0.25s的工程结构,如房屋、屋盖及各种高耸结构,及对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋,均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。其z可按下式计算:

盈建科YJK计算参数详解—风荷载信息

风荷载

执行规范:选择最新的。 地面粗糙度类别:《荷规》8.2.1. 修正后的基本风压:指沿海、强风地区及规范特殊规定等可能在基本风压基础上,对基本风压进行修正后的风压。对于一般工程,可按照《荷规》的规定采用。《高规》422条规定,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。对于该条规定,软件通过荷载组合”选项卡的承载力设计时风荷载效用放大系数”来考虑,不需且不能在修正后的基本风压上乘以放大系数。 风荷载计算用阻尼比:《荷规》844。 结构X、Y项基本周期:初始默认,设计人员应将计算后的结构基本周期重新填入,重新计算以得到更准确的风荷载计算结果。 承载力…放大系数:《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。 风压:取值与风荷载计算时采用的基本风压”可能不同(10或50年),因此单独列出, 仅用于舒适度验算。 结构阻尼比:《高规》3.7.6,宜取0.01?0.02,高度不小于150m才考虑风振舒适度。 精细计算??…风荷加载:以前是对柱按柱顶的节点荷载加载,即把作用在整个柱上的风荷载作为柱顶节点集中力加载,这样计算的内力位移偏大。风荷载按柱间均布风荷载加载更符合钢结构门式刚架等设计的需要。精细风情况可操作,默认勾选。 考虑顺风向风振:《荷规》8.4.1 :对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋,以及基本自振周期T1大于0.25s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。 其他风向角度:软件自动计算的风工况为+X, -X, +Y, -Y四个工况,即0, 90, 180, 270 度方向。若需要考虑其他方向的风工况,可在其他风向”参数中指定。此处设置后,设计时 将增加相应的一组风工况效应并自动组合。 体型分段数:该参数用来确定风荷载计算时沿高度的体型分段数,目前最多为 3 段。最高层号:该参数用来确定当前分段所对应的最高结构层号,起始层号为前一段最高层号+1 X、Y 挡风:软件在计算迎风面宽度时,按该方向最大宽度计算,未考虑中通、独立柱等情况,使得计算风荷载偏大。因此,软件提供挡风系数,设计人员可根据挡风部分的面积占总迎风面面积的比例,设置小于 1 的挡风系数,对风荷载进行折减来近似考虑。 X、Y 迎背侧风面:用来设置沿风荷载作用方向的迎风面、背风面系数,具体参考《高规》附录B o 0为不考虑,一般默认即可。由于程序计算风荷载时自动扣除地下室高度,因此分段时只考虑上部结构。 考虑横向风振:《荷规》8.5.1:“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形 截面构筑物,宜考虑横风向风振的影响”。一般不考虑。 考虑扭转风振:《荷规》8.5.4 规定:“对于扭转风振作用效应明显的高层建筑及高耸接结构,宜考虑扭转风振的影响”。一般不考虑。 结构宽深:根据《荷规》计算横风向风振等效风荷载及扭转风振等效风荷载时,需要确定结构截面的统一高度和宽度。软件默认按照所有楼层平面尺寸的平均值计算结构高宽,对于软件默认处理误差较大,比如底盘尺寸较大的结构,可手工输入高宽值,使计算结果更符合规范规定。 使用指定风荷载数据:当指定多方向风后,若使用指定风荷载计算,需要在此处点一次“导入其他风向”,则表格中会进行相应更新。文本导入方式同样支持多方向风,但需要首先运行“导入其他风向”。一般不考虑。

风荷载作用下排架内力分析(精)

风荷载作用下排架内力分析 1. 左吹风时计算简图如图(1所示 q 2 (1 对于 A 柱: λ=0.288 n=0.15 411311113110.34218111.8614.60.3429.287( A n C n R q HC KN λλ????+- ???????==????+- ???????=-=-??=-← 对于 C 柱; λ=0.288 n=0.244 411321113110.35718110.9314.60.3574.847( C n C n R q HC KN λλ????+- ???????==????+- ?????? ?=-=-??=-← A C W R R R F =+-=-9.287-4.847-9.54=-23.674KN(←

各柱顶的剪力分别为: A η=0.361 B η=0.545 C η=0.094 A A A V R R η=-=- 9.287+0.361×23.674=-0.741KN(← B B V R η=-=0.545×23.647=12.902KN(→ C C C V R R η=-=-4.847+0.094×23.674=-2.622KN(← 排架内力如下图: 2. 右吹风时计算简图如图(2所示 F w (2 对于 A 柱: n=0.146 11C =0.342 A R =-2q H 11C =0.93× 14.6×0.342=4.644KN ( 对于 C 柱: n=0.244 11C =0.357 111C R q HC =-=-1.86× 14.6×0.357=9.695KN(→ A C W R R R F =+-=4.644+9.695+9.54=23.879KN(→

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