关于高层建筑结构抗风可靠性的研究

李智平　吕恒

摘 要：在高层建筑结构的总荷载效应中风荷载效应占有较大比重，且从某种程度上而言具有决定性作用。当前施工技术与现代材料学发展迅速，新型建筑结构得以涌现，且一般柔性较好，具有阻尼小与重量轻的特点。这种结构对于风有较强敏感性，因此当前人们对于高层建筑结构的安全性、适用性以及可靠性要求更高。因此需开展高层建筑结构抗风可靠性研究，以提升设计者对于风影响力度的重视。

关键词：高层建筑 结构 抗风 可靠性

中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）02（a）-0071-01

结构对于人类而言是基于自身生存满足、工农业生产与文化活动所需出现的构筑物或者建筑物。结构工程存在历史较长，其发展密切关联于人类文明，且可将时代科技水平体现出来。随着社会经济的快速发展与科学技术的不断提升，土地资源逐渐稀缺且城市人口愈发密集，同时商业竞争也逐渐激烈，由于出现了高层建筑，可提升土地利用率并对城市人口居住问题予以有效解决。荷载可直接影响结构的实用性与安全性，而风荷载在高层结构中存在瞬时与累积作用，对于结构可靠性有着影响。

1 风荷载对高层建筑结构产生的作用与特点

1.1 风荷载对高层建筑结构产生的作用

高层建筑结构若长时间受到风力作用会诱发结构疲劳现象，导致建筑物摇晃，增强建筑物使用者的不适感；风力作用会导致高层建筑结构出现规模较大的结构开裂或者残余变形现象；强风会破坏高层建筑主体或者装修，不仅损失建设方效益也为使用者带来不便。

风主要产生于地球大气层中空气的流动。高层建筑结构受到风力作用后会出现结构反应。尽管风荷载对高层建筑结构造成的影响可能比地震要小，但是由于风荷载出现频率要高于地震，故而高层建筑承受风荷载后其灾害要多于地震灾害。虽然迄今为止世界上尚未出现由于风力作用导致高层建筑结构被严重破坏或者出现倒塌事件，但是部分建筑物经受台风侵袭后其残余变形通常比较明显。据不完全统计后得知，全球风灾损失要高于地震损失，因此对于高层建筑结构而言一定要做好抗风设计工作，以增强抗风可靠性。

1.2 风荷载对高层建筑结构产生作用的特点

前文已经提及风的来源，且高层建筑结构承受风力作用后会出现双重影响，其一会导致高层建筑出现风振（风力振动），其二则会在高层建筑上出现一个风压力，且具有较高稳定性。由此可知，高层建筑承受风力作用后不仅有静力影响还有动力影响，其特点具体如下。

（1）由于气象观测时间较长，故而在对高层建筑风力大小予以评估时其可靠性要远高于地震，故而高层建筑结构在开展抗风设计时可靠性也较高。

（2）相较于地震作用风力作用有更长的持续时间，且高层建筑在生存时间内其较大风力出现机会也要多一些。

（3）高层建筑的风荷载分布具有不均匀性，在角区内收或者立面等局部区域风力较大。

（4）高层建筑周边环境会对风力产生影响，一般而言若高层建筑处于高层建筑群中，则经常存在受力不均现象，故而要增加安全系数。

（5）风力作用直接受到高层建筑结构外形的影响，一般而言若建筑物为圆形或者正多边形则承受风力较小，便于开展抗风设计。

2 高层建筑结构的抗风可靠性设计

在高层建筑结构中风荷载属于侧向荷载之一，且在沿海地区或者非地震区结构设计通常将风荷载当做控制荷载。由于风会破坏建筑物，故而在开展结构抗风设计时一定要保证建筑物在使用时不会出现破坏现象，可从以下几点开展。

2.1 必须满足强度设计要求

高层建筑结构在开展抗风设计时一定要与强度设计要求充分满足，即结构构件遭受风荷载与其他荷载的协同作用时其强度要满足设计要求，确保建筑物遭受风力作用时不会出现残余变形、坍塌事件，确保结构的安全性与可靠性。

2.2 必须与刚度设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时要充分与刚度设计要求相满足，即结构位移及相对位移需与规范要求相满足，避免高层建筑在遭受风力侵袭时出现非结构构件或者建筑装饰移位现象，同时还要避免隔墙开裂，导致建筑物功能受损。

2.3 必须与舒适度设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时要充分与舒适度设计要求相满足，这样可避免高层建筑遭受风力侵袭时出现过度摇晃或者摆动，使居住者产生不适感。振动加速度、振动频率以及持续时间是导致人体出现不适感的主要因素，一般可应用对结构振动加速度予以限制的方法开展抗风设计，以与舒适度设计要求相符。

2.4 必须与疲劳破坏设计要求相满足

高层建筑结构在开展抗风设计时一定要与疲劳破坏设计要求相满足，风振会导致建筑物构件或者结构出现疲劳破坏，而这又是高周期疲劳累积损伤的后果。

2.5 开展结构抗风计算并进行安全评价

计算结构抗风先要开展理论计算，分析有效模拟风场的风振方向动力时程，结合高层建筑具体要求选取最佳计算方法，要确保其快捷与简便性。风洞试验，可有效测量建筑物承受大气边界层内风的作用大小。最后开展安全评价，主要评价高层建筑结构的抗风安全性与舒适性。

2.6 减轻自重，确保结构体系的合理性

在高层建筑结构抗风设计中需使用性能较好且轻质高强材料，既可降低重力荷载，还能减少工程成本。基于建筑造型与空间设计优良的基础上对结构体系予以构建并确保其合理性。结构体系随着建筑物高度的变化也会存在差异，结构体系的合理性不仅可提升建筑物抗侧力，还能提升其经济效益。

2.7 抗风加固

对高层建筑结构开展抗风加固方法较多，包括改变受力体系、预应力、外包钢、增加截面、外部粘钢等加固方法。上述方法围绕点为建筑物总体承载的提升，并注重对结构构件承载力与稳定性予以加强。此外，为防止风力损坏装饰构件，例如女儿墙、玻璃以及外墙等，也需合理设计上述构件。

3 结语

风荷载在柔性结构中属于主要设计荷载，有时甚至会有决定性作用。在工程结构中一定要做好抗风设计工作并确保其可靠性。由于结构与风荷载具有不确定的设计参数，故而基于概率角度对高层建筑结构风荷载动力与静力响应予以研究属于抗风设计的主要手段。该文提出了风荷载对高层建筑结构的主要作用与特点，而后从七个方面提出做好高层建筑结构抗风可靠性设计的关键点，以期提升高层建筑的安全性。

参考文献

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