李智平　呂恒

摘 要：在高層建筑結(jié)構(gòu)的總荷載效應(yīng)中風(fēng)荷載效應(yīng)占有較大比重，且從某種程度上而言具有決定性作用。當前施工技術(shù)與現(xiàn)代材料學(xué)發(fā)展迅速，新型建筑結(jié)構(gòu)得以涌現(xiàn)，且一般柔性較好，具有阻尼小與重量輕的特點。這種結(jié)構(gòu)對于風(fēng)有較強敏感性，因此當前人們對于高層建筑結(jié)構(gòu)的安全性、適用性以及可靠性要求更高。因此需開展高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)可靠性研究，以提升設(shè)計者對于風(fēng)影響力度的重視。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu) 抗風(fēng) 可靠性

中圖分類號：TU208.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）02（a）-0071-01

結(jié)構(gòu)對于人類而言是基于自身生存滿足、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與文化活動所需出現(xiàn)的構(gòu)筑物或者建筑物。結(jié)構(gòu)工程存在歷史較長，其發(fā)展密切關(guān)聯(lián)于人類文明，且可將時代科技水平體現(xiàn)出來。隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的不斷提升，土地資源逐漸稀缺且城市人口愈發(fā)密集，同時商業(yè)競爭也逐漸激烈，由于出現(xiàn)了高層建筑，可提升土地利用率并對城市人口居住問題予以有效解決。荷載可直接影響結(jié)構(gòu)的實用性與安全性，而風(fēng)荷載在高層結(jié)構(gòu)中存在瞬時與累積作用，對于結(jié)構(gòu)可靠性有著影響。

1 風(fēng)荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用與特點

1.1 風(fēng)荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用

高層建筑結(jié)構(gòu)若長時間受到風(fēng)力作用會誘發(fā)結(jié)構(gòu)疲勞現(xiàn)象，導(dǎo)致建筑物搖晃，增強建筑物使用者的不適感；風(fēng)力作用會導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)規(guī)模較大的結(jié)構(gòu)開裂或者殘余變形現(xiàn)象；強風(fēng)會破壞高層建筑主體或者裝修，不僅損失建設(shè)方效益也為使用者帶來不便。

風(fēng)主要產(chǎn)生于地球大氣層中空氣的流動。高層建筑結(jié)構(gòu)受到風(fēng)力作用后會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)反應(yīng)。盡管風(fēng)荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)造成的影響可能比地震要小，但是由于風(fēng)荷載出現(xiàn)頻率要高于地震，故而高層建筑承受風(fēng)荷載后其災(zāi)害要多于地震災(zāi)害。雖然迄今為止世界上尚未出現(xiàn)由于風(fēng)力作用導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)被嚴重破壞或者出現(xiàn)倒塌事件，但是部分建筑物經(jīng)受臺風(fēng)侵襲后其殘余變形通常比較明顯。據(jù)不完全統(tǒng)計后得知，全球風(fēng)災(zāi)損失要高于地震損失，因此對于高層建筑結(jié)構(gòu)而言一定要做好抗風(fēng)設(shè)計工作，以增強抗風(fēng)可靠性。

1.2 風(fēng)荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用的特點

前文已經(jīng)提及風(fēng)的來源，且高層建筑結(jié)構(gòu)承受風(fēng)力作用后會出現(xiàn)雙重影響，其一會導(dǎo)致高層建筑出現(xiàn)風(fēng)振（風(fēng)力振動），其二則會在高層建筑上出現(xiàn)一個風(fēng)壓力，且具有較高穩(wěn)定性。由此可知，高層建筑承受風(fēng)力作用后不僅有靜力影響還有動力影響，其特點具體如下。

（1）由于氣象觀測時間較長，故而在對高層建筑風(fēng)力大小予以評估時其可靠性要遠高于地震，故而高層建筑結(jié)構(gòu)在開展抗風(fēng)設(shè)計時可靠性也較高。

（2）相較于地震作用風(fēng)力作用有更長的持續(xù)時間，且高層建筑在生存時間內(nèi)其較大風(fēng)力出現(xiàn)機會也要多一些。

（3）高層建筑的風(fēng)荷載分布具有不均勻性，在角區(qū)內(nèi)收或者立面等局部區(qū)域風(fēng)力較大。

（4）高層建筑周邊環(huán)境會對風(fēng)力產(chǎn)生影響，一般而言若高層建筑處于高層建筑群中，則經(jīng)常存在受力不均現(xiàn)象，故而要增加安全系數(shù)。

（5）風(fēng)力作用直接受到高層建筑結(jié)構(gòu)外形的影響，一般而言若建筑物為圓形或者正多邊形則承受風(fēng)力較小，便于開展抗風(fēng)設(shè)計。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠性設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)中風(fēng)荷載屬于側(cè)向荷載之一，且在沿海地區(qū)或者非地震區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)計通常將風(fēng)荷載當做控制荷載。由于風(fēng)會破壞建筑物，故而在開展結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計時一定要保證建筑物在使用時不會出現(xiàn)破壞現(xiàn)象，可從以下幾點開展。

2.1 必須滿足強度設(shè)計要求

高層建筑結(jié)構(gòu)在開展抗風(fēng)設(shè)計時一定要與強度設(shè)計要求充分滿足，即結(jié)構(gòu)構(gòu)件遭受風(fēng)荷載與其他荷載的協(xié)同作用時其強度要滿足設(shè)計要求，確保建筑物遭受風(fēng)力作用時不會出現(xiàn)殘余變形、坍塌事件，確保結(jié)構(gòu)的安全性與可靠性。

2.2 必須與剛度設(shè)計要求相滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)在開展抗風(fēng)設(shè)計時要充分與剛度設(shè)計要求相滿足，即結(jié)構(gòu)位移及相對位移需與規(guī)范要求相滿足，避免高層建筑在遭受風(fēng)力侵襲時出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件或者建筑裝飾移位現(xiàn)象，同時還要避免隔墻開裂，導(dǎo)致建筑物功能受損。

2.3 必須與舒適度設(shè)計要求相滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)在開展抗風(fēng)設(shè)計時要充分與舒適度設(shè)計要求相滿足，這樣可避免高層建筑遭受風(fēng)力侵襲時出現(xiàn)過度搖晃或者擺動，使居住者產(chǎn)生不適感。振動加速度、振動頻率以及持續(xù)時間是導(dǎo)致人體出現(xiàn)不適感的主要因素，一般可應(yīng)用對結(jié)構(gòu)振動加速度予以限制的方法開展抗風(fēng)設(shè)計，以與舒適度設(shè)計要求相符。

2.4 必須與疲勞破壞設(shè)計要求相滿足

高層建筑結(jié)構(gòu)在開展抗風(fēng)設(shè)計時一定要與疲勞破壞設(shè)計要求相滿足，風(fēng)振會導(dǎo)致建筑物構(gòu)件或者結(jié)構(gòu)出現(xiàn)疲勞破壞，而這又是高周期疲勞累積損傷的后果。

2.5 開展結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計算并進行安全評價

計算結(jié)構(gòu)抗風(fēng)先要開展理論計算，分析有效模擬風(fēng)場的風(fēng)振方向動力時程，結(jié)合高層建筑具體要求選取最佳計算方法，要確保其快捷與簡便性。風(fēng)洞試驗，可有效測量建筑物承受大氣邊界層內(nèi)風(fēng)的作用大小。最后開展安全評價，主要評價高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)安全性與舒適性。

2.6 減輕自重，確保結(jié)構(gòu)體系的合理性

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計中需使用性能較好且輕質(zhì)高強材料，既可降低重力荷載，還能減少工程成本。基于建筑造型與空間設(shè)計優(yōu)良的基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)體系予以構(gòu)建并確保其合理性。結(jié)構(gòu)體系隨著建筑物高度的變化也會存在差異，結(jié)構(gòu)體系的合理性不僅可提升建筑物抗側(cè)力，還能提升其經(jīng)濟效益。

2.7 抗風(fēng)加固

對高層建筑結(jié)構(gòu)開展抗風(fēng)加固方法較多，包括改變受力體系、預(yù)應(yīng)力、外包鋼、增加截面、外部粘鋼等加固方法。上述方法圍繞點為建筑物總體承載的提升，并注重對結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力與穩(wěn)定性予以加強。此外，為防止風(fēng)力損壞裝飾構(gòu)件，例如女兒墻、玻璃以及外墻等，也需合理設(shè)計上述構(gòu)件。

3 結(jié)語

風(fēng)荷載在柔性結(jié)構(gòu)中屬于主要設(shè)計荷載，有時甚至?xí)袥Q定性作用。在工程結(jié)構(gòu)中一定要做好抗風(fēng)設(shè)計工作并確保其可靠性。由于結(jié)構(gòu)與風(fēng)荷載具有不確定的設(shè)計參數(shù)，故而基于概率角度對高層建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載動力與靜力響應(yīng)予以研究屬于抗風(fēng)設(shè)計的主要手段。該文提出了風(fēng)荷載對高層建筑結(jié)構(gòu)的主要作用與特點，而后從七個方面提出做好高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)可靠性設(shè)計的關(guān)鍵點，以期提升高層建筑的安全性。

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