風致振動簡述講義

1、風致振動簡述,,風洞試驗,主要內(nèi)容,風對建筑物的破壞,風荷載概述,風振不適感的控制,風工程學簡述,國外從1879年塔科馬橋風毀以后開始風工程研究，至今只有60多年，我國研究不到20年。,風工程研究近年在國內(nèi)外發(fā)展很快，已形成一門新興學科，國際風工程學會和中國風工程學會分別于上世紀 60 年代和 80 年代成立。,風工程學概述,近年來我國已建造并將繼續(xù)建造大量的大型風敏感結構。 這些結構包括大跨橋梁、超高層建筑和高聳結構以及大

2、跨空間結構等。,風工程學概述,風荷載是控制這些大型結構安全性和使用性設計的主要因素。,風工程研究方法,大氣邊界層風洞試驗 ——最直接最有效,風洞數(shù)值模擬 ——費用低、效率高,風工程學概述,國內(nèi)風工程研究主要集中在高等院校，如同濟大學、湖南大學、西南交通大學和汕頭大學等，國內(nèi)風工程研究在國際上的影響正在增大。,風洞試驗,風洞模型試驗是實驗研究中的一項重要手段，它與構筑物足尺實例是相輔相成的兩個方面. 當結構物未建成或

3、無條件進行實測時，模型風洞實驗則是進行研究的唯一手段。 通過對各種特殊體型的高層、超高層建筑及建筑群的風洞試驗研究，可為設計提合理的參數(shù)，使擬建的建筑物安全可靠，經(jīng)濟合理。,風洞試驗,風洞試驗,當風洞尺寸達到寬度為2～4米、高為2～3米，長為5～30米時一般可以滿足要求。,建筑物的風洞試驗要求在風洞中能實現(xiàn)大氣邊界層范圍內(nèi)的平均風剖面、紊流和自然流動，即要求模擬風速隨高度的變化。,風洞試驗,風對構筑物的作用從自然風所包含的成分看

4、包括平均風作用和脈動風作用，從結構的響應來看包括靜態(tài)響應和風致振動響應。 平均風既可引起結構的靜態(tài)響應，又可引起結構的橫風向振動響應。 脈動風引起的響應則包括了結構的準靜態(tài)響應、順風向和橫風向的隨機振動響應。 當這些響應的綜合結果超過了結構的承受能力時，結構將發(fā)生破壞。,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,被颶風卡特里娜嚴重損壞的新奧爾良多層建筑,窗戶被颶風卡特里娜嚴重損壞的新奧爾良凱悅酒店,風對構筑物的破壞,臺

5、風約克造成的香港灣仔數(shù)幢大廈玻璃幕墻損壞情況,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風對構筑物的破壞,風荷載概述,風荷載概述,結構風工程研究對象和內(nèi)容廣泛。 從結構方面來看，涉及到低矮建筑、大跨度建筑結構、高層建筑、高聳結構、橋梁、海洋工程結構等； 從研究內(nèi)容來看，涉及到風對結構的靜力作用、風致振動響應、風振控制等. 不同的研究內(nèi)容在不同的結構

6、上往往又有不同的體現(xiàn)。,當風以一定速度吹向建筑物時，建筑物將對其產(chǎn)生阻塞和擾動作用，從而改變該建筑物周圍風的流動特性。 反過來，風的這種流動特性改變引起的空氣動力效應將對結構產(chǎn)生作用。 由于自然風的紊流特性，因此風對結構的這種作用包含了靜力作用和動力作用兩個方面，使結構產(chǎn)生相應的靜力和動力響應。,風荷載概述,風不僅對結構產(chǎn)生靜力作用，還會產(chǎn)生動力作用，引起高層建筑、各類高塔和煙囪等高聳結構、大跨度纜索承重橋梁、大

7、跨度屋頂或屋蓋、燈柱等許多柔性結構的振動，產(chǎn)生動力荷載，甚至引起破壞。風致振動減振措施依據(jù)：1、結構的風致振動在很大程度上依賴于結構的外形、剛 度（或柔度）、阻尼和質(zhì)量特性。2、不同的外形將引起不同的風致動力荷載。3、結構剛度越小，柔性越大，則其風致振動響應就越大。4、結構的阻尼越高，其風致振動的響應也就越小。,風荷載概述,風壓基本特點:,1、紊亂性和隨機性,2、迎風面壓力，背風面吸力,3、風壓的不確定性,風

8、荷載概述,風荷載概述,風荷載概述,風荷載概述,風壓對高樓的危害,1.隔墻開裂,甚至主體結構破壞,2.疲勞,失穩(wěn)破壞,3.裝飾物和玻璃幕墻破壞,4.擺動使居住者感到不適不安,風荷載概述,隨著房屋高度增加，在強風作用下，高樓(高層鋼結構)所產(chǎn)生的振動，使人不舒適，所以高樓的抗風設計，不僅要滿足強度、變形和傾覆穩(wěn)定方面的要求，而且還要使高樓在順風向振動、橫風向振動和扭轉(zhuǎn)振動控制在不使居住者產(chǎn)生不適感的容許限度內(nèi)。,風振不適感的控制,世界上首先

9、提出舒適感與房屋頂層加速度關系的是加拿大的達文波特教授，國內(nèi)的研究很少。,目前的計算建筑物頂層加速度的經(jīng)驗公式。通過風洞試驗進行確認。,風振不適感的控制,衡量不適感的尺度1、人體對運動的承受 1970年，美國波士頓一座高樓在0.98KN/m²風壓下，并且 ，人卻感到不適。,風振不適感的控制,,說明用 來控制側(cè)移，并不能概括人體對運動的反應和耐受程度。,風振不適感的控制,研究表明：人體感覺器官不能覺察所在

10、位置的絕對位移和速度，只能感受到它們的相對變化。 線性加速度是由人內(nèi)耳中的耳石察覺到的，局部加速度則是耳內(nèi)的半規(guī)官感覺的。 所以，加速度（線性加速度和角加速度）是衡量人體對高樓風振感受的最好尺度。,風振不適感的控制,所以A(振幅)和T(自振周期)是表征加速度的重要指標。,而加速度,2、人體風振反應的分級 a、按振幅和周期分級 A、無感覺 B、有感覺 C、令人煩躁 D、令人非常煩躁

11、 E、無法承受 b 、按加速度分級 A、B、C、D、E,風振不適感的控制,減少風振加速度的途徑1.合理的建筑體形 a.流線形平面（圓形或橢圓、平面切角) b.截錐狀體形(減小風荷載和增加抗推剛度) c.不大的高寬比 d.透空層 e.并聯(lián)高樓群,風振不適感的控制,風振不適感的控制,流線形平面,風振不適感的控制,透空層,風振不適感的控制,并聯(lián)高樓群,風振不適感的控制,截錐狀體形,風振不適

12、感的控制,2.設置阻尼裝置 減振效果：高層鋼結構變形和加速度控制成為控制指標，在強度已滿足條件下，采用加大構件截面來滿足，則不經(jīng)濟，而采用布置阻尼裝置，增加結構阻尼的方法有效且經(jīng)濟。 應用實例: 哥倫比亞大廈 世貿(mào)中心大廈等,風振不適感的控制,謝謝?。?！,人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋。