8 4、顺风向风振和风振系数8 4.1.参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况。当结构基本自振周期T.0.25s时 以及对于高度超过30m且高宽比大于1、5的高柔房屋,由风引起的结构振动比较明显,而且随着结构自振周期的增长 风振也随之增强，因此在设计中应考虑风振的影响，而且原则上还应考虑多个振型的影响.对于前几阶频率比较密集的结构,例如桅杆,屋盖等结构.需要考虑的振型可多达10个及以上,应按随机振动理论对结构的响应进行计算，对于T.0。25s的结构和高度小于30m或高宽比小于1、5的房屋，原则上也应考虑风振影响 但已有研究表明，对这类结构 往往按构造要求进行结构设计，结构已有足够的刚度.所以这类结构的风振响应一般不大，一般来说,不考虑风振响应不会影响这类结构的抗风安全性，8。4,2，对如何考虑屋盖结构的风振问题过去没有提及.这次修订予以补充、需考虑风振的屋盖结构指的是跨度大于36m的柔性屋盖结构以及质量轻刚度小的索膜结构.屋盖结构风振响应和等效静力风荷载计算是一个复杂的问题.国内外规范均没有给出一般性计算方法，目前比较一致的观点是、屋盖结构不宜采用与高层建筑和高耸结构相同的风振系数计算方法 这是因为，高层及高耸结构的顺风向风振系数方法、本质上是直接采用风速谱估计风压谱。准定常方法、然后计算结构的顺风向振动响应，对于高层,耸,结构的顺风向风振、这种方法是合适的,但屋盖结构的脉动风压除了和风速脉动有关外。还和流动分离。再附，旋涡脱落等复杂流动现象有关，所以风压谱不能直接用风速谱来表示，此外。屋盖结构多阶模态及模态耦合效应比较明显。难以简单采用风振系数方法.悬挑型大跨屋盖结构与一般悬臂型结构类似 第1阶振型对风振响应的贡献最大.另有研究表明。单侧独立悬挑型大跨屋盖结构可按照准定常方法计算风振响应。比如澳洲规范。AS,NZS、1170.2。2002,基于准定常方法给出悬挑型大跨屋盖的设计风荷载,但需要注意的是，当存在另一侧看台挑篷或其他建筑物干扰时，准定常方法有可能也不适用,8.4.3.8、4 6,对于一般悬臂型结构。例如框架,塔架 烟囱等高耸结构。高度大于30m且高宽比大于1 5的高柔房屋，由于频谱比较稀疏 第一振型起到绝对的作用,此时可以仅考虑结构的第一振型、并通过下式的风振系数来表达、式中 为顺风向单位高度平均风力。kN，m,可按下式计算.为顺风向单位高度第1阶风振惯性力峰值 kN.m.对于重量沿高度无变化的等截面结构。采用下式计算、式中.ω为结构顺风向第1阶自振圆频率,g为峰值因子,取为2 5,与原规范取值2，2相比有适当提高.σq1为顺风向一阶广义位移均方根,当假定相干函数与频率无关时、σq1可按下式计算 将风振响应近似取为准静态的背景分量及窄带共振响应分量之和、则式.4，与频率有关的积分项可近似表示为,而式，4 中与频率无关的积分项乘以φ1、z μz，z、后以背景分量因子表达。将式.2、式，6,代人式、1 就得到规范规定的风振系数计算式，8.4、3,共振因子R的一般计算式为 Sf为归一化风速谱.若采用Davenport建议的风速谱密度经验公式,则.利用式,7 和式 8,可得到规范的共振因子计算公式，8 4、4，1 在背景因子计算中,可采用Shiotani提出的与频率无关的竖向和水平向相干函数，湍流度沿高度的分布可按下式计算 式中α为地面粗糙度指数。对应于A、B、C和D类地貌。分别取为0.12。0，15.0 22和0。30、I10为10m高名义湍流度 对应A，B，C和D类地面粗糙度,可分别取0.12,0、14、0,23和0。39.取值比原规范有适当提高。式 6、为多重积分式、为方便使用 经过大量试算及回归分析 采用非线性最小二乘法拟合得到简化经验公式，8,4 5，拟合计算过程中、考虑了迎风面和背风面的风压相关性 同时结合工程经验乘以了0.7的折减系数、对于体型或质量沿高度变化的高耸结构、在应用公式，8，4、5,时应注意如下问题.对于进深尺寸比较均匀的构筑物.即使迎风面宽度沿高度有变化、计算结果也和按等截面计算的结果十分接近。故对这种情况仍可采用公式,8、4,5、计算背景分量因子。对于进深尺寸和宽度沿高度按线性或近似于线性变化，而重量沿高度按连续规律变化的构筑物,例如截面为正方形或三角形的高耸塔架及圆形截面的烟囱。计算结果表明，必须考虑外形的影响.对背景分量因子予以修正、本次修订在附录J中增加了顺风向风振加速度计算的内容，顺风向风振加速度计算的理论与上述风振系数计算所采用的相同、在仅考虑第一振型情况下，加速度响应峰值可按下式计算、式中。Sq1.ω。为顺风向第1阶广义位移响应功率谱 采用Davenport风速谱和Shiotani空间相关性公式，上式可表示为。为便于使用。上式中的根号项用顺风向风振加速度的脉动系数ηa表示.则可得到本规范附录J的公式 J，1、1.经计算整理得到ηa的计算用表，即本规范表J 1 2、8,4，7、结构振型系数按理应通过结构动力分析确定、为了简化,在确定风荷载时 可采用近似公式,按结构变形特点,对高耸构筑物可按弯曲型考虑、采用下述近似公式 对高层建筑,当以剪力墙的工作为主时，可按弯剪型考虑。采用下述近似公式 对高层建筑也可进一步考虑框架和剪力墙各自的弯曲和剪切刚度。根据不同的综合刚度参数λ 给出不同的振型系数,附录G对高层建筑给出前四个振型系数.它是假设框架和剪力墙均起主要作用时的情况，即取λ.3。综合刚度参数λ可按下式确定、式中，C 建筑物的剪切刚度 EIw,剪力墙的弯曲刚度。EIN。考虑墙柱轴向变形的等效刚度，Cf 框架剪切刚度.Cw，剪力墙剪切刚度，H、房屋总高、