国内外建筑围护结构风荷载规范对比研究

针对围护结构设计风荷载,分析了如下风荷载规范中的相关规定:中国GB 50009—2012、中国JGJ/T 481—2019、美国ASCE/SEI 7⁃16、日本AIJ⁃2015、澳大利亚/新西兰AS/NZS 1170.2:2021、欧洲BS EN 1991⁃1⁃4:2005、加拿大NBCC 2015。分析结果表明,国内外围护结构风荷载规范的理论基础主要包括准定常理论和风压极值理论,均将设计风荷载表示成设计风速与设计风压系数的乘积;设计风速的确定需要考虑地貌、局部地形、季节、风向、相邻建筑干扰等因素的影响,各国规范对这些因素考虑的详尽程度不一;设计风压系数则需要考虑来流湍流和特征湍流共同作用下风压的时间随机性和空间分布不均匀性、不同方向来流时建筑表面风压的差异性、建筑表面风压相关性等因素,各国规范均通过风压分区和面积折减较好地考虑了这些因素,不同之处在于不同规范所涵盖的建筑体型、考虑建筑几何参数影响的风压分区结果及面积折减的特征有所区别。

风荷载规范应用中的若干问题及设计建议

论述了正确理解和应用我国国家标准《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)中有关风荷载内容的若干问题,其中包括低矮大跨房屋的风载体型系数、围护结构的风荷载、风荷载风洞试验和数值模拟、大跨结构的风振、高层及高耸结构横风向风振等。参考国外先进国家的风荷载规范及风工程的最新研究成果,针对我国规范条文尚无明确规定而结构设计中经常涉及的内容,提出一些设计建议。结合上述问题介绍了荷载规范最新局部修订的有关内容。

中日澳风荷载规范中风荷载与风振响应的比较

基于中、日、澳3国规范中风荷载计算方法,分别对总高度为300 m、200 m的高层建筑顺风向和横风向风荷载进行分析,对比计算结果,利用中日规范对一实际工程风荷载及风振响应进行求解,与风洞试验结果进行对比,研究3国规范计算风荷载的差异与原因.分析结果表明:中国规范顺风向风荷载小于日本和澳大利亚规范,尤其在结构中下部,中国规范横风向风荷载在结构中下部大于日本和澳大利亚规范,在结构上部小于日本和澳大利亚规范,中国规范横风向风荷载与顺风向比值在结构中下部大于日本和澳大利亚规范,在结构顶部小于日本和澳大利亚规范,中国规范湍流度取值小于日本和澳大利亚规范,峰值因子的取值偏小.

中澳欧风荷载规范的对比研究

首先,对中、澳、欧风荷载规范中影响平均风荷载和脉动风荷载的主要参数进行了对比研究。然后,基于随机振动理论,通过算例对不同风速谱和不同相干函数下的脉动风响应进行了计算分析。最后,按照中澳欧三种风荷载规范分别计算了柔性结构和刚性结构的荷载和响应,并进行了比较分析。

圆截面高柔结构横风向风荷载规范对比分析

为了研究国内外圆截面高柔结构横风向荷载规范的差异和适用性,选取8座有实测位移数据的钢烟囱和钢混烟囱为算例,分别采用中国、欧洲(方法Ⅰ、Ⅱ)、日本、加拿大和美国荷载规范计算了烟囱位移,将规范所计算的位移结果与实测位移进行对比分析。结果表明,对于钢烟囱,中、日规范的位移计算值约为实测值的30%,加、欧Ⅰ规范的计算值约为实测值的70%;对于钢混烟囱,中国规范计算值小于实测值,其他各规范计算值均远大于实测值。整体来说,国内外圆截面高柔结构风荷载规范所计算的横风向位移结果与实测值差异显著,尤其对轻质、小阻尼钢烟囱的风荷载计算结果都偏于危险,不同规范的适用性仍存在问题,在进行圆截面高柔结构抗风设计时应慎重选择荷载规范。

高烟囱横风向荷载规范条文的修正建议

高烟囱因涡激共振而发生破坏的案例屡见不鲜,大量研究表明,规范计算结果与现场实测结果有显著差异,在一定程度上反映了相关规范的不足。针对这一问题,本文对比分析不同国家规范在计算高烟囱横风向等效风荷载过程中对关键参数的取值差异,并基于大量现场实测结果的统计分析,对中国规范等效风荷载计算方法中一些关键参数的取值给出了初步修正建议。最后将修正算法的计算结果与大量实测结果进行对比,证实了修正后的计算结果与实测结果更为吻合。本研究可为相关规范条文的完善和修订提供参考。

对荷载规范中旋转壳顶的风载体型系数的研究

采用CFD数值模拟方法,研究了旋转壳顶在不同矢跨比、长宽比等参数影响下的风压分布特性,并得到风载体型系数,对现行风荷载规范作了一定的补充。

多国荷载规范中平屋盖及球形屋盖体型系数取值探讨

风荷载体型系数一直是风工程和风荷载规范研究专家关注的主要问题之一.本文首先总结了各国荷载规范中风荷载规定的差异,并就平屋盖和球形屋盖的风载体型系数对比了中国规范(GB50009-2001)、美国规范(ASCE7-98)、加拿大规范(NBC-1995)和日本规范(AIJ-2004)中的规定.最后结合大跨度平屋盖与球形屋盖的风洞试验,给出了球形屋盖和平屋盖的风载体型系数取值建议,为大跨屋盖结构的抗风设计提供了参考资料.

平屋盖平均风荷载特性分析

首先,结合平屋盖的刚性模型风洞动态测压试验,探讨了风向角、高跨比等因素对其风压分布的影响;其次,对比各国荷载规范中对平屋盖风载体型系数取值的规定;最后,结合风洞试验结果,给出了建筑单体情况下平屋盖的风载体型系数取值建议。

低矮房屋体形系数的修正及风荷载计算方法研究

低矮房屋在强风作用下倒塌破坏给村镇区域造成严重损失,因此研究低矮房屋表面风荷载特性和分布规律,建立有效的抗风设计方法尤为重要。对10种屋面倾角、3种高深比、3种宽深比,共60个双坡低矮房屋模型进行了风场数值模拟研究,采用分区法获得屋面最不利风荷载分区体型系数,并分析了屋面倾角、高深比、宽深比对风压分布的影响,利用最小二乘法对各分区体型系数进行了屋面倾角、高深比和宽深比三参数的拟合,并将拟合公式和多国风荷载规范给定值进行比较,验证了拟合公式的可靠性。以拟合公式为基础,给出了我国荷载规范中风荷载分区体型系数的建议值,并用于屋面风荷载的计算,改进我国荷载规范中平均风压的计算方法,给出了合理的抗风简化计算公式。

大尺度稳态强风地区考虑建筑风效应方向性的新方法

首先,介绍了美国、新西兰和日本风荷载规范中关于方向性处理方法的优劣。其次,基于多元极值和条件概率理论,提出了一种按不同风向平均风速极值相互独立处理风荷载/效应方向性的新方法。再次,以哈尔滨、北京和济南为例,分析了我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值的相关性特征。最后,以一鞍型屋盖为例,分析了其在大尺度稳态强风地区(以哈尔滨、北京和济南为例)不同建筑朝向下风荷载/效应极值的方向性特征,阐明了美国、新西兰和日本规范中方向性处理方法的局限性,验证了新方法的有效性。研究结果表明:(1)我国大尺度稳态强风地区不同风向平均风速极值趋近于相互独立;(2)所提新方法可以方便、准确的考虑方向性,合理确定风荷载/效应极值;(3)建议该方法作为我国风荷载规范处理风荷载/效应极值方向性的一个方案。

典型体型超高层建筑风振效应分析

基于国内外5个规范对比研究了两种不同动力特性的超高层建筑的风致动力效应,并与风洞试验结果进行对比分析,基于风洞试验数据的结构风振响应计算采用非拟定常方法,基于现行规范的结构风振响应计算采用拟定常方法,探讨了超高层结构在不同风向角风荷载输入下的结构风荷载、基底剪力、基底弯矩以及顶点加速度等参数。研究结果表明:基于现行《建筑结构荷载规范:GB 50009—2012》[1]计算得到的两种超高层结构顺风向与横风向的风荷载、基底剪力、基底弯矩均较风洞试验和其他规范大,具有较高的安全裕度;应充分考虑周围环境对目标建筑物的干扰效应,结构顺风向和横风向风荷载因环境干扰而差异很大,沿高度方向平均差异达31.16%;文献[1]对于双向抗侧刚度较为均匀的建筑,其顶点舒适度计算结果具有较高的可靠性,但相比风洞试验结果及日本规范而言偏低,尤其是横风向,较日本规范最大低47%。

以色列钢筋混凝土结构设计研究

针对以色列钢筋混凝土结构的设计展开了深入研究,从荷载规范、地震设计规范以及风荷载规范、混凝土结构设计规范3个方面,详细给出了混凝土结构的设计参数和依据。分析了荷载规范IS412,给出了常用结构设计可变荷载以及荷载组合。研究了地震设计规范IS413和风荷载规范IS414,得到了结构设计地震作用和风荷载计算的参数。分析了混凝土结构设计规范IS466,为实际结构的配筋和截面选择提供了依据。以以色列海法港口某综合楼为工程实例,利用总结的以色列结构设计参数,采用ETABS软件进行了结构建模计算分析,得到了结构总反力大小,并依据计算得到的结构内力进行了结构设计。

大跨度机库结构风荷载体型系数研究

目前对大跨度机库结构抗风研究尚不深入,而确定合理的风荷载体型系数是结构抗风设计的前提。介绍总结了国内外现行规范对机库类似体型建筑的风荷载体型系数的规定以及近几年来国内三个大型机库风洞试验结果,根据对风洞试验结果的分析和国内外现行规范规定的总结,提出适用于大跨度机库的体型系数建议值。算例分析表明,建议值能够更加全面准确地反映机库的风压分布特征,使机库抗风设计更加安全合理。

考虑风向的工程设防风速研究

首先总结了各国荷载规范中风荷载规定的差异,然后对某地26年的实测风速资料进行统计分析,分十六个风向处理数据,采用Gumbel极值分布模型基于不同样本进行极值风速预测,参照我国现行风荷载规范对计算结果进行分析;得到了分方向的极值风速计算结果,与现行规范的结果对比,说明分方向预测极值风速可以合理降低设防风速,使得工程设计更加经济合理。