荷载风振系数与阵风荷载因子的比较分析.pdf

工程结构设计安全与可持续发展研讨会2 0 1 0 年荷载风振系数与阵风荷载因子的比较分析王国砚 z图2 影响系数计算示意图显然，当虿(z)作用时，式(5)中的q(z)为虿(z)；当p P(z)作用时，式(5)中的q(z7)为p，07)。而当虿(z)+p，(z)作用时，就有：厂(z)=f 5，(z，z)占(z)+p P(z)k7：f 5，(z，z)p：万(z)d z=。，(z，z)p：万(z=r 6，(邵)g(z )d z 由此可见，按我国规范的荷载风振系数确定的风荷载(即式(3)，通过静力计算可求得，的总响应1 600。一豇。一彤一6611 一l工程结构设计安全与可持续发展研讨会2 0 1 0 年幅值，即平均风响应和脉动风响应之和。对于位移和内力等响应，都是正确的。2 2 美国规范中基于位移等效的阵风荷载因子法(D G L F)根据文献【4】，基于位移等效的阵风荷载因子(D G L F)的定义是：G，：塑1Y(z)其中，y(z)为平均风位移；y(z)为总位移响应最大值。于是，得到：G y=1+g r o y(z)y(z)其中：g】，为位移峰值因子，相当于我国规范中的保证系数；a ，(z)为脉动风位移根方差。所以有：G y y(z)=Y(z)+g y o r(z)=r(z)+匕(z 1式中的匕(z)是脉动风位移响应的幅值。根据该方法，将阵风荷载因子G，乘以平均风荷载作为平均风荷载和脉动风荷载之和，(z)=G，P(z)然后通过静力计算方法求得结构的各响应位移响应和内力响应。为分析D G L F 的合理性，将式(7)代入前面的基于柔度影响系数的响应汁算式(5)，有：，一(z)=r6，(z，z)(z )d z=r 6，(z，z)G，乒(z)出由于按文献【4】定义的G y 为一常数，故有i，(z)=G rr6，(z，z)F(z )d z(8)即总荷载：(1 0)(1 2)显然，如果是求位移最大值，则有：r 月一一r(z)=G y1 6 y(z，z)P(z)出=G，y(z)(1 3)可见是完全正确的。但如果是求弯矩或剪力，就不能保证完全一致，以弯矩为例：M(z)=G yL5 村(Z,Z)J P(z)出=G y M(z)砸z)+锹矾)。4 可见，显然不能得到M(z)=M(z)+g ，o f 0)的结果。除非调整参数g M，使得上式中的第二项与g M oM(z)吻合，但这只能认为是近似处理方法。这表明，基于位移等效的阵风荷载因子法仅对位移计算是精确的，而对其它响应计算则是近似的。2 3 基于基底弯矩等效的阵风荷载因子法(眦L F)根据文献【4】，基于基底弯矩等效的阵风荷载因子(M G L F)的定义是：G u=瓦M1 70 5)工程结构设计安全与可持续发展研讨会2 0 1 0 年其中，肘为基底弯矩最大值，彳为平均风基底弯矩。同样地，有：G M=、+g M O M|M所以有：G M M=M+g 材C I M=M显然，如果以此系数乘以平均风荷载作为平均风荷载和脉动风荷载之和，即总荷载：(z)=G 村尸()(1 6)(1 7)(1 8)那么必与D G L F 一样，仅对于基底弯矩可以得出精确结果，而对于其它响应则不会得出精确结果。此外，文献【4】给出的计算过程略显复杂，共需6 个步骤，方可求出所需的响应值。从上述比较和分析可见：(i)我国规范中的风振系数法在计算方法的层面上是精确的，所以理论上是合理的；此外，表达形式简洁灵活，操作很方便。1(i i)基于位移等效的阵风荷载因子法，除位移外，其它响应的结果应属近似，在理论上属于近似方法。(i i i)基于基底弯矩等效的阵风荷载因子法，除与D G L F 同样的问题外，操作上也未必方便。3、结语综上所述，我国的荷载风振系数在理论基础和计算方法上是合理的；而基于位移等效和基于基底弯矩等效的阵风荷载因子，仅能分别确保在位移计算和基底弯矩计算上是合理的，而其它响应计算则只能认为是近似的。然而，需要说明的是，风振系数计算式的合理性不仅取决于理论基础和计算方法，同时还涉及结构模型和风荷载模型。我国规范在结构基本振型、阻尼比，以及脉动风的风谱和频域空间相关性模型等方面的定义西方主流国家都有所不同。尤其是其中的风衙载特性，国外已进行了长期的现场实测和实验室观测，已积累了丰富的资料，比如D a v e n p o r t 风速谱就是D a v e n p o r t 教授基于世界各地不同高度的9 0 多次实测实验得到的t 3 1。而我国在这方面却相对比较缺乏。只有在全面考察以上因索之后，对各种风振系数的定义和具体计算式的评价才是客观全面的。参考文献 1 中华人民共和国国家标准，建筑结构荷载规范(G B 5 0 0 0 9-2 0 0 1)(2 0 0 6 年版)北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 6 2 金新阳，建筑结构风荷载规范研究进展与新一轮国家规范修订，第十四届全国结构风上程学术会议论文集，2 0 0 9 8 2 6 2 8，北京，2 8 3 5 3 张相庭，结构风工程理论、规范、实践北京：中国建筑【业出版社，2 0 0 6 4 Y Z h o u，九K a r e e m,G u s tL o a d i n gF a c t o r：N e wM o d e l，J o u r n a lo fS t r u c t u r a lE n g i n e e r i n g，V 0 1 1 2 7，N o 2(2 0 0 1)，1 6 8-1 7 5 5 M i n i m u mD e s i g nL o a d sf o rB u il d i n g sa n dO t h e rS t r f i c t u r e s A S C ES t a n d a r d7-0 5，A m e r i c a nS o c i e t yo fC i v ilE n g i n e e r i n g，R e s t o n，V A，2 0 0 5【6 朱慈勉，张伟平，结构力学(第2 版，上册)北京：高等教育出版社，2 0 0 91 8荷载风振系数与阵风荷载因子的比较分析荷载风振系数与阵风荷载因子的比较分析作者：王国砚作者单位：同济大学航空航天与力学学院 上海 200092 本文链接：http:/