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风工程与建筑气动响应

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第一部分风工程概述与建筑响应类型 2

第二部分风流场特征与建筑周围气流 3

第三部分建筑气动响应预测方法 6

第四部分风致振动对建筑的影响 9

第五部分风载荷规范与气动响应 12

第六部分风工程试验技术与应用 15

第七部分建筑减振措施与气动响应控制 18

第八部分气动响应计算软件与应用 21

第一部分风工程概述与建筑响应类型

风工程概述

风工程是一门将流体力学、结构力学和建筑学相结合的学科，旨在研究风对建筑物和结构物的影响，并制定相应的防护措施。风工程的主要内容包括：

*风环境分析：研究风速、风向、湍流强度等风环境参数，确定建筑物所在地区的典型风荷载模式。

*风荷载计算：根据建筑物的形状和气动特性，计算风对建筑物作用的力，包括升力、阻力、侧向力和弯矩。

*建筑响应分析：研究建筑物在风荷载作用下的变形、振动和稳定性，以预测潜在的结构破坏风险。

*减振和防护措施：开发和实施各种减振和防护措施，以降低风对建筑物的负面影响，包括阻尼器、流线化设计和加固措施。

建筑响应类型

风对建筑物的影响主要体现在以下几种响应类型上：

1.静力响应

*漂移：建筑物在风荷载作用下整体位移，可能导致结构构件的损坏或人员不适。

*倾斜：建筑物在风荷载作用下整体倾斜，可能导致地基损坏或结构坍塌。

2.动力响应

*共振：当风荷载激励频率与建筑物的固有频率一致时，建筑物会出现剧烈的振动，可能导致结构损坏或人员伤亡。

*拍打：当风荷载绕过建筑物边缘时，会产生涡流，导致建筑物随风摆动，可能造成窗户破损或结构损坏。

*疲劳：长期反复的风荷载作用会引起建筑物构件的疲劳损伤，降低结构的承载能力。

3.气动响应

*升力：风荷载作用在建筑物屋顶或其他高耸部分上时，会产生向上的升力，可能导致屋顶被掀翻或结构破坏。

*阻力：风荷载作用在建筑物正面时，会产生向后的阻力，可能导致建筑物的整体倾倒。

*侧向力：风荷载作用在建筑物的侧面时，会产生侧向力，可能导致建筑物的侧向位移或扭曲。

4.其他响应

*气动噪声：风荷载绕过建筑物表面时，会产生气动噪声，影响室内人员的舒适度。

*风振：建筑物构件在风荷载作用下产生振动，会引起噪声和不适，影响人员的工作效率和生活质量。

第二部分风流场特征与建筑周围气流

风流场特征与建筑周围气流

1.风流场的宏观特征

*风速分布：近地面的风速分布会受到地表粗糙度和地形的影响，呈现出垂直方向上的梯度变化。

*风向：风向受地形、植被和建筑物的影响，可能出现局部偏转或湍流扰动。

*湍流：风流中存在着湍流脉动，其强度和尺度会随高度、地形和植被而变化。

2.建筑周围的气流

2.1前缘涡旋：

*在迎风侧，气流撞击建筑物后会产生前缘涡旋。

*涡旋中心位于建筑物前缘的迎风角附近，其大小和强度受建筑物的形状和风速的影响。

*前缘涡旋会产生周期性的压力脉动，导致建筑物局部振动。

2.2尾缘涡旋：

*在建筑物的背风侧，气流与建筑物分离并形成尾缘涡旋。

*尾缘涡旋以交替的方式从建筑物两侧脱落，形成卡门涡街。

*尾缘涡旋的脱落频率与建筑物的宽度和风速有关，其对建筑物产生振动和漂移影响。

2.3侧缘涡旋：

*在建筑物的侧面，气流受到建筑物阻挡，形成侧缘涡旋。

*侧缘涡旋的强度和大小受建筑物形状和风向的影响。

*侧缘涡旋可能导致建筑物的横摆和扭动振动。

2.4压力分布：

*气流的作用在建筑物表面产生压力分布。

*正面压力最大，背风侧压力最小。

*局部压力峰值可能导致建筑物结构损伤或振动问题。

2.5气流干扰：

*多个建筑物相邻时，气流会相互干扰。

*上游建筑物的尾缘涡旋可能影响下游建筑物的风荷载和气流分布。

*此外，建筑物周围地形和植被也会影响气流干扰。

3.风流场模拟

3.1风洞试验：

*风洞试验是一种常用的风流场模拟方法。

*通过将建筑物的缩小模型置于风洞中，测量风速、压力和振动等参数，以分析气流特性。

3.2数值模拟：

*数值模拟使用计算机求解流体力学方程，模拟建筑周围的气流。

*数值模拟可以提供更加详细的风流场信息，但需要较高的计算资源。

4.工程应用

风流场特征的研究在建筑设计和结构工程中具有重要意义：

*风荷载计算：准确评估建筑物上的风荷载是结构设计的关键。

*结构振动分析：了解气流诱发的振动模式有助于避免结构共振。

*通风设计：良好的通风可以改善室内空气质量和热舒适度。

*环境影响评估：风流场模拟可以评估建筑物对周围环境的影响，例如步行者的舒适度和空气污染扩散。

第三