一般作用在建筑物上的风包括平均风和脉动风。其中平均风是风荷载的长周期部分作用在建筑物上,其周期常在10min以上,可认为是作用在建筑物上的静荷载,因为其周期与建筑物的自振周期相差较远;脉动风则是短周期部分作用在建筑物上,其脉动的周期很短,一般只有几秒,其作用可以被认为是作用在建筑物上随机的动荷载,因为其周期与建筑物的自振周期比较接近。
作用在建筑结构上的风荷载除了平均风和脉动风产生的平均风力和脉动风力,还有风振产生的惯性力。平均风力、脉动风力和惯性力组合得到最终的等效静态风荷载。
(1)惯性力
根据高频动态天平试验结果,可以求出高层建筑底部的平均风力(包含力矩和剪力)和脉动风力,在给出高层建筑结构参数的情况下,可以计算出位移和加速度响应,由共振加速度可以进一步求出惯性力。惯性力是由振动产生的,由加速度和质量决定,沿高度分布惯性力均方根σaf(z)表达式为:
上式中m(z)为沿高度的质量,
为沿高度的加速度。
(2)平均风力和脉动风力
空气来流沿高层建筑高度分布的风力可通过下式表达:
其中:ρ为空气密度;
是z处单位高度上的力系数,一般通过风压测量试验确定;
是来流风速。
风速是平均风速与脉动风速的合成,即:
一般来说,脉动风速相对于平均风速是小量,忽略二阶小量,即可得到沿高度分布的平均风力和脉动风力分别如下:
脉动力均方根为:
其中
为沿高度的来流湍流度。
(3)等效静态风荷载
沿高度分布的等效静态风荷载由下式给出:
式中g为峰值因子,可取3.5。
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知识点:等效静态风荷载
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