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8.5。橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振8。5、1.判斷高層建筑是否需要考慮橫風(fēng)向風(fēng)振的影響這一問題比較復(fù)雜.一般要考慮建筑的高度 高寬比,結(jié)構(gòu)自振頻率及阻尼比等多種因素、并要借鑒工程經(jīng)驗及有關(guān)資料來判斷，一般而言.建筑高度超過150m或高寬比大于5的高層建筑可出現(xiàn)較為明顯的橫風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)、并且效應(yīng)隨著建筑高度或建筑高寬比增加而增加,細(xì)長圓形截面構(gòu)筑物一般指高度超過30m且高寬比大于4的構(gòu)筑物,8。5.2、8 5 3。當(dāng)建筑物受到風(fēng)力作用時,不但順風(fēng)向可能發(fā)生風(fēng)振 而且在一定條件下也能發(fā)生橫風(fēng)向的風(fēng)振.導(dǎo)致建筑橫風(fēng)向風(fēng)振的主要激勵有、尾流激勵.旋渦脫落激勵,橫風(fēng)向紊流激勵以及氣動彈性激勵 建筑振動和風(fēng)之間的耦合效應(yīng).其激勵特性遠(yuǎn)比順風(fēng)向要復(fù)雜、對于圓截面柱體結(jié)構(gòu)、若旋渦脫落頻率與結(jié)構(gòu)自振頻率相近?？赡艹霈F(xiàn)共振,大量試驗表明。旋渦脫落頻率fs與平均風(fēng)速v成正比.與截面的直徑D成反比、這些變量之間滿足如下關(guān)系，其中，St是斯脫羅哈數(shù).其值僅決定于結(jié)構(gòu)斷面形狀和雷諾數(shù) 雷諾數(shù)，可用近似公式Re，69000vD計算、其中,分母中v為空氣運(yùn)動黏性系數(shù)，約為1.45、10、5m2,s，分子中v是平均風(fēng)速 D是圓柱結(jié)構(gòu)的直徑.將影響圓截面柱體結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向風(fēng)力和振動響應(yīng).當(dāng)風(fēng)速較低、即Re、3、105時.St.0.2,一旦fs與結(jié)構(gòu)頻率相等，即發(fā)生亞臨界的微風(fēng)共振、當(dāng)風(fēng)速增大而處于超臨界范圍。即3。105,Re。3.5，106時，旋渦脫落沒有明顯的周期，結(jié)構(gòu)的橫向振動也呈隨機(jī)性 當(dāng)風(fēng)更大,Re,3,5，106、即進(jìn)入跨臨界范圍，重新出現(xiàn)規(guī)則的周期性旋渦脫落、一旦與結(jié)構(gòu)自振頻率接近。結(jié)構(gòu)將發(fā)生強(qiáng)風(fēng)共振。一般情況下、當(dāng)風(fēng)速在亞臨界或超臨界范圍內(nèi)時，只要采取適當(dāng)構(gòu)造措施、結(jié)構(gòu)不會在短時間內(nèi)出現(xiàn)嚴(yán)重問題,也就是說 即使發(fā)生亞臨界微風(fēng)共振或超臨界隨機(jī)振動,結(jié)構(gòu)的正常使用可能受到影響.但不至于造成結(jié)構(gòu)破壞。當(dāng)風(fēng)速進(jìn)入跨臨界范圍內(nèi)時.結(jié)構(gòu)有可能出現(xiàn)嚴(yán)重的振動、甚至于破壞,國內(nèi)外都曾發(fā)生過很多這類損壞和破壞的事例 對此必須引起注意 規(guī)范附錄H.1給出了發(fā)生跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振時的圓形截面橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載計算方法，公式、H。1，1,1。中的計算系數(shù)λj是對j振型情況下考慮與共振區(qū)分布有關(guān)的折算系數(shù) 此外，應(yīng)注意公式中的臨界風(fēng)速vcr與結(jié)構(gòu)自振周期有關(guān)。也即對同一結(jié)構(gòu)不同振型的強(qiáng)風(fēng)共振、vcr是不同的.附錄H 2的橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載計算方法是依據(jù)大量典型建筑模型的風(fēng)洞試驗結(jié)果給出的，這些典型建筑的截面為均勻矩形.高寬比，H 和截面深寬比，D、B，分別為4。8和0，5,2 試驗結(jié)果的適用折算風(fēng)速范圍為vHTL1,10。大量研究結(jié)果表明 當(dāng)建筑截面深寬比大于2時.分離氣流將在側(cè)面發(fā)生再附。橫風(fēng)向風(fēng)力的基本特征變化較大 當(dāng)設(shè)計折算風(fēng)速大于10或高寬比大于8、可能發(fā)生不利并且難以準(zhǔn)確估算的氣動彈性現(xiàn)象。不宜采用附錄H 2計算方法。建議進(jìn)行專門的風(fēng)洞試驗研究.高寬比H.在4.8之間以及截面深寬比D.B在0 5、2之間的矩形截面高層建筑的橫風(fēng)向廣義力功率譜可按下列公式計算得到,式中。fp，橫風(fēng)向風(fēng)力譜的譜峰頻率系數(shù),NR,地面粗糙度類別的序號，對應(yīng)A,B、C和D類地貌分別取1,2 3和4.Sp。橫風(fēng)向風(fēng)力譜的譜峰系數(shù)。βk.橫風(fēng)向風(fēng)力譜的帶寬系數(shù).γ,橫風(fēng)向風(fēng)力譜的偏態(tài)系數(shù)，圖H 2,4給出的是將H。6,0代入該公式計算得到的結(jié)果.供設(shè)計人員手算時用、此時，因取高寬比為固定值.忽略了其影響，對大多數(shù)矩形截面高層建筑.計算誤差是可以接受的.本次修訂在附錄J中增加了橫風(fēng)向風(fēng)振加速度計算的內(nèi)容、橫風(fēng)向風(fēng)振加速度計算的依據(jù)和方法與橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載相似 也是基于大量的風(fēng)洞試驗結(jié)果 大量風(fēng)洞試驗結(jié)果表明。高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)力以旋渦脫落激勵為主.相對于順風(fēng)向風(fēng)力譜,橫風(fēng)向風(fēng)力譜的峰值比較突出。譜峰的寬度較小,根據(jù)橫風(fēng)向風(fēng)力譜的特點(diǎn) 并參考相關(guān)研究成果 橫風(fēng)向加速度響應(yīng)可只考慮共振分量的貢獻(xiàn)、由此推導(dǎo)可得到本規(guī)范附錄J橫風(fēng)向加速度計算公式、J。2。1.8，5。4，8 5，5.扭轉(zhuǎn)風(fēng)荷載是由于建筑各個立面風(fēng)壓的非對稱作用產(chǎn)生的，受截面形狀和湍流度等因素的影響較大,判斷高層建筑是否需要考慮扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的影響.主要考慮建筑的高度.高寬比、深寬比、結(jié)構(gòu)自振頻率，結(jié)構(gòu)剛度與質(zhì)量的偏心等因素.建筑高度超過150m 同時滿足的高層建筑.TT1為第1階扭轉(zhuǎn)周期.s、扭轉(zhuǎn)風(fēng)振效應(yīng)明顯，宜考慮扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的影響 截面尺寸和質(zhì)量沿高度基本相同的矩形截面高層建筑,當(dāng)其剛度或質(zhì)量的偏心率,偏心距?；剞D(zhuǎn)半徑、不大于0。2。且同時滿足D.B在1,5，5范圍。可按附錄H，3計算扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載 當(dāng)偏心率大于0 2時,高層建筑的彎扭耦合風(fēng)振效應(yīng)顯著，結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)規(guī)律非常復(fù)雜,不能直接采用附錄H,3給出的方法計算扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載，大量風(fēng)洞試驗結(jié)果表明。風(fēng)致扭矩與橫風(fēng)向風(fēng)力具有較強(qiáng)相關(guān)性,當(dāng)兩者的耦合作用易發(fā)生不穩(wěn)定的氣動彈性現(xiàn)象，對于符合上述情況的高層建筑、建議在風(fēng)洞試驗基礎(chǔ)上。有針對性地進(jìn)行專門研究、8 5，6、高層建筑結(jié)構(gòu)在脈動風(fēng)荷載作用下，其順風(fēng)向風(fēng)荷載,橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載一般是同時存在的，但三種風(fēng)荷載的最大值并不一定同時出現(xiàn),因此在設(shè)計中應(yīng)當(dāng)按表8 5 6考慮三種風(fēng)荷載的組合工況。表8，5。6主要參考日本規(guī)范方法并結(jié)合我國的實(shí)際情況和工程經(jīng)驗給出,一般情況下順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)與橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)的相關(guān)性較小.對于順風(fēng)向風(fēng)荷載為主的情況、橫風(fēng)向風(fēng)荷載不參與組合。對于橫風(fēng)向風(fēng)荷載為主的情況,順風(fēng)向風(fēng)荷載僅靜力部分參與組合。簡化為在順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值前乘以0、6的折減系數(shù)，雖然扭轉(zhuǎn)風(fēng)振與順風(fēng)向及橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)之間存在相關(guān)性,但由于影響因素較多、在目前研究尚不成熟情況下、暫不考慮扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載與另外兩個方向的風(fēng)荷載的組合，