风致振动简述

1、风洞试验风洞试验 风对建筑物的破坏风对建筑物的破坏风荷载概述风荷载概述风振不适感的控制风振不适感的控制风工程学简述风工程学简述 国外国外从从18791879年塔科马桥风毁以后年塔科马桥风毁以后开始风工程研开始风工程研究究，至今，至今只有只有6060多年多年，我国我国研究不到研究不到2020年年。 风工程研究近年在国内外发展很快，已形成一风工程研究近年在国内外发展很快，已形成一门新兴学科，门新兴学科，国际风工程学会国际风工程学会和和中国风工程学会中国风工程学会分别于上世纪分别于上世纪 60 60 年代年代和和 80 80 年代年代成立。成立。 近年来我国已建造并将继续建造大量的大近年来我国已建造

2、并将继续建造大量的大型风敏感结构。型风敏感结构。 这些结构包括这些结构包括大跨桥梁大跨桥梁、超高层建筑和高超高层建筑和高耸结构耸结构以及以及大跨空间结构大跨空间结构等。等。 大气边界层风洞试验大气边界层风洞试验 最直接最有效最直接最有效 风洞风洞数值模拟数值模拟 费用低、效率高费用低、效率高 国内风工程研究主要集中在高等院校，如同济大学、湖南大学、西国内风工程研究主要集中在高等院校，如同济大学、湖南大学、西南交通大学和汕头大学等，国内风工程研究在国际上的影响正在增大。南交通大学和汕头大学等，国内风工程研究在国际上的影响正在增大。 风洞模型试验风洞模型试验是实验研究中的一项重要手段，它是实验研究

3、中的一项重要手段，它与与构筑物足尺实例构筑物足尺实例是是相辅相成的两个方面相辅相成的两个方面. . 当当结构物未建成或无条件进行实测结构物未建成或无条件进行实测时，模型风洞时，模型风洞实验则是进行研究的实验则是进行研究的唯一手段唯一手段。 通过对各种特殊体型的高层、超高层建筑及建筑通过对各种特殊体型的高层、超高层建筑及建筑群的风洞试验研究，可为设计提合理的参数，使拟建群的风洞试验研究，可为设计提合理的参数，使拟建的建筑物安全可靠，经济合理。的建筑物安全可靠，经济合理。 当当风洞尺寸风洞尺寸达到宽度为达到宽度为2 24 4米、高为米、高为2 23 3米，米，长为长为5 53030米时一般可以满足

4、要求。米时一般可以满足要求。 建筑物的风洞试验建筑物的风洞试验要求要求在风洞中能实现大气边在风洞中能实现大气边界层范围内的平均风剖面、紊流和自然流动，界层范围内的平均风剖面、紊流和自然流动，即要即要求模拟风速随高度的变化求模拟风速随高度的变化。 风对构筑物的作用从自然风所包含的成分风对构筑物的作用从自然风所包含的成分看包括看包括平均风作用平均风作用和和脉动风作用脉动风作用，从结构的响，从结构的响应来看包括应来看包括静态响应静态响应和和风致振动响应风致振动响应。 平均风平均风既可引起结构的静态响应，又可引既可引起结构的静态响应，又可引起结构的横风向振动响应。起结构的横风向振动响应。 脉动风脉动风

5、引起的响应则包括了结构的准静态引起的响应则包括了结构的准静态响应、顺风向和横风向的随机振动响应。响应、顺风向和横风向的随机振动响应。 当这些响应的当这些响应的综合结果超过了综合结果超过了结构的结构的承受承受能力能力时，结构将发生时，结构将发生破坏破坏。 被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良多层建筑被飓风卡特里娜严重损坏的新奥尔良多层建筑窗户被飓窗户被飓风卡特里风卡特里娜严重损娜严重损坏的新奥坏的新奥尔良凯悦尔良凯悦酒店酒店 台风约克台风约克造成的香造成的香港湾仔数港湾仔数幢大厦玻幢大厦玻璃幕墙损璃幕墙损坏情况坏情况 结构风工程研究对象和内容广泛。结构风工程研究对象和内容广泛。 从从结构方面结构方面

6、来看，涉及到来看，涉及到低矮建筑低矮建筑、大跨度建大跨度建筑结构筑结构、高层建筑高层建筑、高耸结构高耸结构、桥梁桥梁、海洋工程结海洋工程结构构等；等； 从从研究内容研究内容来看，涉及到来看，涉及到风对结构的静力作用风对结构的静力作用、风致振动响应风致振动响应、风振控制风振控制等等. . 不同的研究内容在不同的结构上往往又有不同不同的研究内容在不同的结构上往往又有不同的体现。的体现。 当风以一定速度当风以一定速度吹向吹向建筑物时，建筑物将对建筑物时，建筑物将对其产生其产生阻塞和扰动作用阻塞和扰动作用，从而改变该建筑物周围，从而改变该建筑物周围风的流动特性。风的流动特性。 反过来，风反过来，风的这

7、种流动特性改变引起的空气的这种流动特性改变引起的空气动力效应将对结构产生作用。动力效应将对结构产生作用。 由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这种作用包含了静力作用和动力作用两个方面，使种作用包含了静力作用和动力作用两个方面，使结构产生相应的结构产生相应的静力和动力静力和动力响应。响应。 风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引起高层建筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承起高层建筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承重桥梁、大跨度屋顶或屋盖、灯柱等许多柔性结构的振动，重桥梁、大跨度屋顶或屋盖、灯

8、柱等许多柔性结构的振动，产生动力荷载，甚至引起破坏。产生动力荷载，甚至引起破坏。风致振动减振风致振动减振措施依据措施依据：1 1、结构的风致振动在很大程度上依赖于、结构的风致振动在很大程度上依赖于结构的外形结构的外形、刚刚 度（或柔度）度（或柔度）、阻尼阻尼和和质量质量特性。特性。2 2、不同的外形不同的外形将引起不同的风致动力荷载。将引起不同的风致动力荷载。3 3、结构刚度越小，柔性越大，则其风致振动响应就越大。、结构刚度越小，柔性越大，则其风致振动响应就越大。4 4、结构的阻尼越高，其风致振动的响应也就越小。、结构的阻尼越高，其风致振动的响应也就越小。 风压基本特点风压基本特点: :1 1

9、、紊乱性和随机性、紊乱性和随机性2 2、迎风面压力，背风面吸力、迎风面压力，背风面吸力3 3、风压的不确定性、风压的不确定性 风压对高楼的危害风压对高楼的危害1.1.隔墙开裂隔墙开裂, ,甚至主体结构破坏甚至主体结构破坏2.2.疲劳疲劳, ,失稳破坏失稳破坏3.3.装饰物和玻璃幕墙破坏装饰物和玻璃幕墙破坏4.4.摆动使居住者感到不适不安摆动使居住者感到不适不安 随着随着房屋高度增加，房屋高度增加，在强风作用下，高在强风作用下，高楼楼( (高层钢结构高层钢结构) )所产生的振动，使人不舒适，所产生的振动，使人不舒适，所以高楼的抗风设计，不仅要所以高楼的抗风设计，不仅要满足强度、变形满足强度、变形

10、和倾覆稳定方面的要求和倾覆稳定方面的要求，而且还要，而且还要使高楼在顺使高楼在顺风向振动、横风向振动和扭转振动控制在不使风向振动、横风向振动和扭转振动控制在不使居住者产生不适感的容许限度内居住者产生不适感的容许限度内。 世界上首先提出舒适感与房屋顶层加速度世界上首先提出舒适感与房屋顶层加速度关系的是加拿大的达文波特教授，国内的研究关系的是加拿大的达文波特教授，国内的研究很少。很少。 目前的计算建筑物顶层加速度的经验公式。目前的计算建筑物顶层加速度的经验公式。通过风洞试验进行确认。通过风洞试验进行确认。 衡量不适感的尺度衡量不适感的尺度1、人体对运动的承受人体对运动的承受 19701970年，美

11、国波士顿一座高楼在年，美国波士顿一座高楼在0.98kn/m0.98kn/m风风压下，并且压下，并且 ，人却感到不适。，人却感到不适。 7001hh 说明用说明用 来控制侧移，并不能概括人体对运动来控制侧移，并不能概括人体对运动的反应和耐受程度。的反应和耐受程度。 研究表明：人体感觉器官不能觉察所在位置的研究表明：人体感觉器官不能觉察所在位置的绝对位移和速度，只能感受到它们的相对变化。绝对位移和速度，只能感受到它们的相对变化。 线性加速度是由人内耳中的耳石察觉到的，局线性加速度是由人内耳中的耳石察觉到的，局部加速度则是耳内的半规官感觉的。部加速度则是耳内的半规官感觉的。 所以，所以，加速度加速度

12、（线性加速度和角加速度）是（线性加速度和角加速度）是衡衡量人体对高楼风振感受的最好尺度量人体对高楼风振感受的最好尺度。 所以所以a(a(振幅振幅) )和和t(t(自振周期自振周期) )是表征是表征加速加速度的重要指标度的重要指标。 而加速度而加速度 22ta4a2 2、人体风振反应的分级、人体风振反应的分级 a a、按振幅和周期分级按振幅和周期分级 a a、无感觉、无感觉 b b、有感觉、有感觉 c c、令人烦躁、令人烦躁 d d、令人非常烦躁、令人非常烦躁 e e、无法承受、无法承受 b b 、按加速度分级按加速度分级 a a、b b、c c、d d、e e 减少风振加速度的途径减少风振加速度的途径1.合理的建筑体形合理的建筑体形 a.流线形平面（圆形或椭圆流线形平面（圆形或椭圆、平面切角平面切角) b.截锥状体形截锥状体形(减小风荷载和增加抗推刚度减小风荷载和增加抗推刚度) c.不大的高宽比不大的高宽比 d.透空层透空层 e.并联高楼群并联高楼群 流线形平面流线形平面 透空层透空层 并联高楼群并联高楼群 截锥状体形 2.2.设置阻尼装置设置阻