1、第四章第四章 風荷載風荷載內容提要內容提要 第一節第一節 風的有關知識風的有關知識 第二節第二節 風壓風壓 第三節第三節 構造抗風計算的幾個重要概念構造抗風計算的幾個重要概念 第四節第四節 順風向構造風效應順風向構造風效應 第五節第五節 橫風向構造風效應橫風向構造風效應 第一節第一節 風的有關知識風的有關知識 赤道和低緯度地域：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓赤道和低緯度地域：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小小, ,且大氣因加熱膨脹，由外表向高空上升且大氣因加熱膨脹，由外表向高空上升 極地和高緯度地域：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、極地和高緯度地域：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、

2、 氣壓氣壓大大 ，且大氣因冷卻收縮由高空向地表上升，且大氣因冷卻收縮由高空向地表上升一、風的構成一、風的構成- - 空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而構成空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而構成 地表上存在氣壓差或壓力梯度地表上存在氣壓差或壓力梯度北極北極赤道赤道大氣熱力學環流模型大氣熱力學環流模型二、兩類性質的大風二、兩類性質的大風1 1、臺風、臺風弱的熱帶氣旋性渦旋弱的熱帶氣旋性渦旋輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內部輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內部 構成暖心渦旋內部空氣密度減小，下部海面氣壓下降構成暖心渦旋內部空氣密度減小，下部海面氣壓下降 低渦加強低渦加強 輻合加強輻合加強 。循

3、環。循環臺風臺風(typoon)(typoon)臺風名字臺風名字熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級 名稱名稱 屬性屬性 臺風 （Typhoon） 最大風速出現326 米/秒，也即 12 級以上（64 海里/小時或以上） 強熱帶風暴 (Severe tropical storm) 最大風速出現 245-326 米/秒，也即風力 10-11 級（48-63 海里/小時） 熱帶風暴 (Tropical storm) 最大風速出現17 2-24 4米/秒， 也即風力8-9級 （34-47海里/小時） 熱帶低壓 (Tropical depressio

4、n) 最大風速出現17 2 米/秒， 也即風力為 6-7 級 （22-33海里/小時） 發發布布的的信信息息 屬屬性性 消消 息息 遠遠離離或或尚尚未未影影響響到到預預報報責責任任區區時時， 根根據據需需要要可可以以發發布布“消消息息”， 報報道道編編號號熱熱帶帶氣氣旋旋的的情情況況，警警報報解解除除時時也也可可用用 “消消息息”方方式式 發發布布 警警 報報 預預計計未未來來 48 小小時時內內將將影影響響本本責責任任區區的的沿沿海海地地區區或或登登臨臨時時發發布布警警報報 緊緊急急警警報報 預預計計未未來來 24 小小時時內內將將影影響響本本責責任任區區的的沿沿海海地地區區或或登登臨臨時時

5、發發布布緊緊急急警警報報 （影影響響是是以以沿沿海海開開始始出出現現 8 級級風風或或暴暴雨雨為為標標準準。 ） 2 2、季風、季風(season wind)(season wind) 冬季冬季: :大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低 風從大陸吹向海洋風從大陸吹向海洋 夏季夏季: :大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低 、氣壓高、氣壓高 風從海洋吹向大陸風從海洋吹向大陸三、風級根據風對地面或海洋物體影響程度三、風級根據風對地面或海洋物體影響程度 13 13個等級個等級0 0級級 1212級

6、級P37P37，表，表4-14-1 0 0級級 1 1級級 2 2級級 3 3級級 4 4級級 5 5級級 6 6級級 7 7級級 8 8級級 9 9級級 10 10級級 11 11級級1212級級靜風靜風 軟風軟風 輕風輕風 微風微風 和風和風 清勁風清勁風 強風強風 疾風疾風 大風大風 烈風烈風 狂風狂風 暴風颶風暴風颶風第二節第二節 風風 壓壓1 1、風壓與風速的關系、風壓與風速的關系建筑物建筑物小股氣流小股氣流流向流向高壓氣幕高壓氣幕壓力線壓力線w=v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA風壓的構成風壓的構成風風壓壓221vw推推導導 合合力力 dtdvdAdlMadAdw1 dtdv

7、dldw1 vdvdw1 (因因為為vdtdl ) cvw2121 邊境條件：邊境條件： 當當0v時時，mww 1（氣氣流流沖沖擊擊結結構構物物后后其其截截面面中中心心點點產產生生的的最最大大氣氣流流壓壓強強） 當當v時時，bww 1（氣氣流流原原先先壓壓力力強強度度） mbwvw221 gvvwwwmb22122 =0.012018kN/m3（空氣單位體積的重力）（空氣單位體積的重力） ，g=9.8m/s2 風壓：風壓：16302vw (kN/m2) 2 2、根本風壓、根本風壓w0w0 按規定的地貌、高度、時距等量測的風速所確定的風壓按規定的地貌、高度、時距等量測的風速所確定的風壓 地貌地面

8、粗糙度地貌地面粗糙度 空闊平坦地貌空闊平坦地貌 高度高度 10 10米高為規范高度米高為規范高度 公稱風速時距公稱風速時距 =10min =10min 最大風速的樣本時間最大風速的樣本時間 一年一年 根本風速的重現期根本風速的重現期T0T0 根本風速出現一次所需求的時間根本風速出現一次所需求的時間公公稱稱風風速速 odttvv10, 即即一一定定時時間間間間隔隔內內的的平平均均風風速速 每年不超越根本風壓的概率或保證率每年不超越根本風壓的概率或保證率p0=1-1/T0p0=1-1/T0圖中影形面積圖中影形面積 GB50009-2019 GB50009-2019規定：規定： 以當地比較空闊平坦地

9、面上離地以當地比較空闊平坦地面上離地10m10m高統計所得的高統計所得的5050年一遇年一遇10min10min內最大風速內最大風速v0v0為規范，按為規范，按w 0= v02/1600w 0= v02/1600確定。確定。最大風速最大風速 - -隨機變量隨機變量年最大風速年最大風速p根本風速根本風速面積面積 p0=1-1/T0年平均最大風速年平均最大風速年最大風速概率密度分布年最大風速概率密度分布第三節第三節 構造抗風計算的幾個重要概念構造抗風計算的幾個重要概念 PL 截面截面風速風速 B PM PD 流經恣意截面物體所產生的力流經恣意截面物體所產生的力 構造上的風力構造上的風力順風向力順風

10、向力PD PD 、 橫風向力橫風向力 PL PL 、扭力矩、扭力矩 PM PM 構造的風效應構造的風效應 由風力產生的構造位移、速度、加速度呼應、改動呼應由風力產生的構造位移、速度、加速度呼應、改動呼應一、構造的風力和風效應一、構造的風力和風效應v二、順風向平均風與脈動風二、順風向平均風與脈動風 順風向風速時程曲線順風向風速時程曲線 平均風平均風 忽略其對構造的動力影響忽略其對構造的動力影響 等效為靜力作用等效為靜力作用風的長周期風的長周期 構造的自振周期構造的自振周期 脈動風脈動風 引起構造動力呼應引起構造動力呼應風的短周期接近構造自振周期風的短周期接近構造自振周期 順風向的風效應：平均風效

11、應、脈動風效應順風向的風效應：平均風效應、脈動風效應脈動風速脈動風速vf vf 短周期成分，周期普通只需幾秒鐘短周期成分，周期普通只需幾秒鐘 平平均均風風速速 v長長周周期期成成分分，周周期期一一般般在在 1 10 0m mi in n 以以上上 vf v(t) t一、順風向平均風效應一、順風向平均風效應1 1、風載體型系數、風載體型系數s s 氣流未被房屋干擾前的流速氣流未被房屋干擾前的流速v0v0，壓力，壓力p0p0 房屋外表某點的流速房屋外表某點的流速v v，壓力，壓力p p 伯努里方程：伯努里方程： p0+ p0+v02/2= p+v02/2= p+v2/2 v2/2 w = p -

12、p0 = (1-v2/v02) w = p - p0 = (1-v2/v02) v02/2 = v02/2 = sw0sw0 s= 1-v2/v02 s= 1-v2/v02 風載體型系數，即風作用于建筑物上所引起的實風載體型系數，即風作用于建筑物上所引起的實踐壓力或吸力與來流風的速度壓的比值踐壓力或吸力與來流風的速度壓的比值,w /w0= ,w /w0= s s。 主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關 描畫建筑物外表在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律。描畫建筑物外表在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律。 風載體型

13、系數風載體型系數s s普通采用類似原理，在邊境層風洞內對擬建的建普通采用類似原理，在邊境層風洞內對擬建的建筑物模型進展實驗確定。筑物模型進展實驗確定。 GB50009-2019GB50009-2019表表.1給出了給出了3838項不同類型的建筑物和各類項不同類型的建筑物和各類構造體型及其體型系數構造體型及其體型系數 房屋和構筑物與表中的體型類同時，可按表規定取用；房屋和構筑物與表中的體型類同時，可按表規定取用； 房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可參考有關資料采用；房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可參考有關資料采用； 房屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可自創時，宜由房

14、屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可自創時，宜由風洞實驗確定；風洞實驗確定； 對重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞實驗確定。對重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞實驗確定。 風洞實驗風洞實驗-在風洞中建筑物能實現大氣邊境層范圍內風的平均風在風洞中建筑物能實現大氣邊境層范圍內風的平均風剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風速隨高度的變化剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風速隨高度的變化 大氣紊流縱向分量大氣紊流縱向分量 - -建筑物長度尺寸具有一樣的類似常數建筑物長度尺寸具有一樣的類似常數 建筑物的風洞尺寸：寬建筑物的風洞尺寸：寬2 24m4m、高、高2 23m3m，長，長5 530m

15、30m 模擬風剖面模擬風剖面-要求模型與原形的環境風速梯度、紊流強度和紊流要求模型與原形的環境風速梯度、紊流強度和紊流頻譜在幾何上和運動上都類似頻譜在幾何上和運動上都類似 風洞實驗：委托風工程專家和專門的實驗人員風洞實驗：委托風工程專家和專門的實驗人員 費用較高國外運用較普遍、國內運用較少費用較高國外運用較普遍、國內運用較少 風洞實驗模型分類風洞實驗模型分類1 1剛性壓力模型剛性壓力模型-主要量測建筑物外表的風壓力吸力主要量測建筑物外表的風壓力吸力 建筑模型資料：采用有機玻璃建筑模型資料：采用有機玻璃 建筑模型比例：約建筑模型比例：約1 1：3003001 1：500500 建筑模型本身、周圍

16、構造模型以及地形都應與實物幾何類似，建筑模型本身、周圍構造模型以及地形都應與實物幾何類似，與風流動有明顯關系的特征建筑外形、突出部分等都應正確與風流動有明顯關系的特征建筑外形、突出部分等都應正確模擬。模擬。 風洞實驗得到構造的平均壓力、動搖壓力、體型系數風洞實驗得到構造的平均壓力、動搖壓力、體型系數 。 風洞實驗一次需繼續風洞實驗一次需繼續60s60s左右，相應實踐時間左右，相應實踐時間1h1h2氣動彈性模型氣動彈性模型 對高寬比大于對高寬比大于5，需求思索溫馨度的高柔建筑時采用，需求思索溫馨度的高柔建筑時采用 準確地思索構造的柔性和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺寸、準確地思索構造的柔性

17、和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺寸、建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。3剛性高頻力平衡模型剛性高頻力平衡模型 模型尺寸較小，模型尺寸較小，1：500量級量級 將一個輕質資料的模型固定在高頻反響的力平衡系統上，可得到風產將一個輕質資料的模型固定在高頻反響的力平衡系統上，可得到風產生的動力效應。生的動力效應。 模擬構造剛度或高頻力平衡系統模擬構造剛度或高頻力平衡系統 模擬構造剛度的基座桿模擬構造剛度的基座桿 長約長約150mm的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組合，可測傾覆力矩和扭矩等合，可測傾覆力矩和扭矩等 150300600 s-0.60

18、+0.8風載體型系數風載體型系數s s【例【例1 1】 封鎖式雙坡屋面封鎖式雙坡屋面【例【例2 2】封鎖式房屋和構筑物】封鎖式房屋和構筑物( (正多邊形正多邊形) )+0.8-0.5-0.5 s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中間值按插入法計算注：中間值按插入法計算+0.8-0.5-0.7 -0.7？ 當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相互關擾，房屋某些部位的部分風壓會顯著增大，設計時應予以思索。互關擾，房屋某些部位的部分風壓會顯著增大，設計時應予以思索。 GB50009GB50009規定：將單獨建筑物的體

19、型系數規定：將單獨建筑物的體型系數s s 乘以相互關擾系數乘以相互關擾系數( (可參考類似條件的實驗資料確定；必要時宜經過風洞實驗得出可參考類似條件的實驗資料確定；必要時宜經過風洞實驗得出) )以思以思索風力相互關擾的群體效應。索風力相互關擾的群體效應。 ？ 風力作用在高層建筑外表，其壓力分布很不均勻，在角隅、檐口、邊風力作用在高層建筑外表，其壓力分布很不均勻，在角隅、檐口、邊棱處和在附屬構造的部位陽臺、雨篷等外挑構件，部分風壓會超棱處和在附屬構造的部位陽臺、雨篷等外挑構件，部分風壓會超越按表所得的平均風壓越按表所得的平均風壓 GB50009GB50009規定：對負壓區可根據不同部位分別取體型

20、系數為規定：對負壓區可根據不同部位分別取體型系數為-1.0 -1.0 -2.2 -2.2？對封鎖式建筑物，思索到建筑物內實踐存在的個別孔口和縫隙，以及？對封鎖式建筑物，思索到建筑物內實踐存在的個別孔口和縫隙，以及機械通風等要素，室內能夠存在正負不同的氣壓。機械通風等要素，室內能夠存在正負不同的氣壓。 GB50009GB50009規定：對封鎖式建筑物的內外表壓力系數，按外外表風規定：對封鎖式建筑物的內外表壓力系數，按外外表風壓的正負情況取壓的正負情況取-0.2-0.2或或0.20.22 2、風壓高度變化系數、風壓高度變化系數z z 地面的粗糙度、溫度垂直梯度地面的粗糙度、溫度垂直梯度 在大氣邊境

21、層內，風速隨離地面高度而增大在大氣邊境層內，風速隨離地面高度而增大當氣壓場隨高度不變時，風速隨高度增大的規律，主要取決于地面當氣壓場隨高度不變時，風速隨高度增大的規律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度粗糙度和溫度垂直梯度 通常以為在離地面高度為通常以為在離地面高度為300m 300m 500m 500m時，風速不再受地面粗糙度時，風速不再受地面粗糙度的影響，到達的影響，到達“梯度風速，該高度稱為梯度風高度梯度風速，該高度稱為梯度風高度HGHG 地面粗糙度等級低的地域，其梯度高度比等級高的地域為低。地面粗糙度等級低的地域，其梯度高度比等級高的地域為低。 GB50009-2019 GB50009

22、-2019地面的粗糙度類別地面的粗糙度類別 A A類類近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地域近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地域 B B類類田野、鄉村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區田野、鄉村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區 C C類類有密集建筑群的城市市區有密集建筑群的城市市區 D D類類有密集建筑群且房屋較高的城市市區有密集建筑群且房屋較高的城市市區 地面粗糙度類別地面粗糙度類別 粗糙度指數粗糙度指數 梯度風高度梯度風高度HG 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 z A類類 0.12 300m 1.379(z/10)0.24 B類類 0.16 350m 1.000(z/10

23、)0.32 C類類 0.22 400m 0.616(z/10)0.44 D類類 0.30 450m 0.318(z/10)0.60 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 z (z)=恣意高度處的風壓恣意高度處的風壓wa(z)/根本風壓根本風壓w0 根據離地面或海平面高度、地面粗糙度類別由根據離地面或海平面高度、地面粗糙度類別由GB500092019表表7.2.1確定。確定。 【思索題】【思索題】GB50009對遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高度變化系對遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高度變化系數數 z如何確定？如何確定？風壓高度變化系數風壓高度變化系數 地面粗糙度類別地面粗糙度類別 離地

24、面或海平離地面或海平面高度（面高度（m） A B C D 5 1.17 1.00 0.74 0.62 10 1.38 1.00 0.74 0.62 15 1.52 1.14 0.74 0.62 20 1.63 1.25 0.84 0.62 30 1.80 1.42 1.00 0.62 40 1.92 1.56 1.13 0.73 50 2.03 1.67 1.25 0.84 60 2.12 1.77 1.35 0.93 70 2.20 1.86 1.45 1.02 80 2.27 1.95 1.54 1.11 90 2.34 2.02 1.62 1.19 100 2.40 2.09 1.70

25、1.27 150 2.64 2.38 2.03 1.61 200 2.83 2.61 2.30 1.92 250 2.99 2.80 2.54 2.19 300 3.12 2.97 2.75 2.68 350 3.12 3.12 2.94 2.68 400 3.12 3.12 3.12 2.91 450 3.12 3.12 3.12 3.12 地面粗糙度近似確定原那么無實測粗糙度指數地面粗糙度近似確定原那么無實測粗糙度指數 以擬建房以擬建房2km2km為半徑的迎風半圓范圍內的房屋高度和密集度來區分粗為半徑的迎風半圓范圍內的房屋高度和密集度來區分粗糙度類別，風向原那么上應以該地域最大風的風向為準

26、，但也可取其糙度類別，風向原那么上應以該地域最大風的風向為準，但也可取其主導風；主導風； 以半圓影響范圍內建筑物的平均高度以半圓影響范圍內建筑物的平均高度h h平均來劃分地面粗糙度類別，平均來劃分地面粗糙度類別，當當h h平均平均18m18m，為，為D D類，類，9m9m h h平均平均18m18m為為C C類，類， h h平均平均 9m 9m，為，為B B類。類。 影響范圍內不同高度的面域可按下述原那么確定，即每座建筑物向外影響范圍內不同高度的面域可按下述原那么確定，即每座建筑物向外延伸間隔為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面域相交時，延伸間隔為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面

27、域相交時，交疊部分的高度取大者；交疊部分的高度取大者； 平均高度平均高度h h平均取各面域面積為權數計算。平均取各面域面積為權數計算。3 3、平均風下構造的靜力風載、平均風下構造的靜力風載 wz= wz= s s z(z) w0z(z) w0 二、順風向脈動風效應二、順風向脈動風效應 脈動風脈動風隨機動力作用隨機動力作用按隨機振動實際進展分析按隨機振動實際進展分析- -自學自學 1 1、主要承重構造、主要承重構造 順風向總風效應順風向總風效應= = 順風向平均風效應順風向平均風效應+ + 順風向脈動風效應順風向脈動風效應 w(z)=w(z)+wd(z)=(1+wd(z)/w(z)w(z)= w

28、(z)=w(z)+wd(z)=(1+wd(z)/w(z)w(z)=z z s s z(z) w0z(z) w0 z z 高度高度z z處的風振系數，且處的風振系數，且z=1+z=1+z/z/ P59 P59，式，式4-654-65 脈動增大系數，與脈動增大系數，與w0T12w0T12、房屋構造類型；、房屋構造類型； 脈動影響系數，與地面粗糙度類型、脈動影響系數，與地面粗糙度類型、H/BH/B、房屋總高、房屋總高H H； zz振型系數，由構造動力計算確定普通取第一振型。振型系數，由構造動力計算確定普通取第一振型。 GB50009GB50009規定：規定： 根本自振周期根本自振周期T10.25sT

29、10.25s的工程構造房屋、屋蓋及各種挺拔構造的工程構造房屋、屋蓋及各種挺拔構造 高度高度H 30mH 30m且高寬比且高寬比H/B 1.5H/B 1.5的高柔房屋的高柔房屋思索風壓脈動對構造發生順風向風振的影響思索風壓脈動對構造發生順風向風振的影響2 2、圍護構造、圍護構造 對于圍護構造，由于其剛度普通較大，在構造效應中可不用思索其對于圍護構造，由于其剛度普通較大，在構造效應中可不用思索其共振分量，可僅在平均風的根底上，近似思索脈動風瞬間的增大要共振分量，可僅在平均風的根底上，近似思索脈動風瞬間的增大要素，經過陣風系數素，經過陣風系數gz gz 來計算風效應。來計算風效應。即即 w(z)=

30、w(z)= gz gz s s z(z) w0z(z) w0 gzgz陣風系數，按下式確定陣風系數，按下式確定 gz=k ( 1+2 gz=k ( 1+2 f )f ) k k 地面粗糙度調整系數地面粗糙度調整系數, k =0.92, k =0.92 A A類類; k =0.89; k =0.89 B B類類; ; k =0.85 k =0.85 C C類類; k=0.80; k=0.80 D D類；類； f f 脈動系數，根據國內實測數據，并參考國外規范資料取脈動系數，根據國內實測數據，并參考國外規范資料取 f=0.5f=0.535 1.8(35 1.8(-0.16)(z/10)-0.16)

31、(z/10)- 地面粗糙度，地面粗糙度， =0.12 =0.12 A A類；類； =0.16 =0.16 B B類；類； =0.22 =0.22 C C類；類； =0.30 =0.30 D D類。類。留意：留意： 對低矮房屋圍護構造風荷載對低矮房屋圍護構造風荷載暫時未作詳細規定，但允許設計者參暫時未作詳細規定，但允許設計者參照國外對低矮房屋的邊境層風洞實驗資料或有關規范的規定進展設計。照國外對低矮房屋的邊境層風洞實驗資料或有關規范的規定進展設計。第五節第五節 橫風向構造風效應橫風向構造風效應 一、橫風向風振對細柔性構造應思索一、橫風向風振對細柔性構造應思索 橫風向風振橫風向風振由不穩定的空氣動

32、力特性構成的，其中包括旋渦零落、弛振、顫振、由不穩定的空氣動力特性構成的，其中包括旋渦零落、弛振、顫振、擾振等空氣動力景象。擾振等空氣動力景象。 與構造截面外形和雷諾數與構造截面外形和雷諾數ReRe有關有關 vBlvlvFlvFvRe690002粘性力慣性力雷諾數sm251045. 1,-空氣動力粘性系數粘性力粘性力= =粘性應力粘性應力 面積面積F =F =粘性系數粘性系數 速度梯度速度梯度dv/dydv/dy面積面積F F慣性力慣性力= =單位面積上的壓力單位面積上的壓力 v2/2 v2/2 面積面積F F 橫向風振的產生橫向風振的產生( (圓截面柱體構造圓截面柱體構造) )沿上風面沿上風

33、面ABAB速度逐漸增大速度逐漸增大v v ，B B點壓力到達最小值點壓力到達最小值; ;沿下風面沿下風面BCBC速度逐漸降低速度逐漸降低 v v ，壓力重新增大。，壓力重新增大。氣流在氣流在BCBC中間某點中間某點S S處速度停滯處速度停滯 v =0 v =0，生成旋渦，并在外流，生成旋渦，并在外流的影響下以一定周期零落零落頻率的影響下以一定周期零落零落頻率fsfs-Karman -Karman 渦街渦街當氣流旋渦零落頻率當氣流旋渦零落頻率fsfs與構造橫向自振頻率接近時，構造發生與構造橫向自振頻率接近時，構造發生共振，即發生橫向風振共振，即發生橫向風振 。雷諾數 Re= 圓筒式構造三個臨界范

34、圍圓筒式構造三個臨界范圍跨臨界范圍：跨臨界范圍： Re Re 3.5 3.5 106 106 強風共振強風共振超臨界范圍：超臨界范圍： 3.0 3.0105 105 Re Re 3.5 3.5 106 106 呈隨機性呈隨機性亞臨界范圍：亞臨界范圍： 3.0 3.0102 102 Re Re 3.0 3.0 105 105 微風共振微風共振3.5 106跨臨界跨臨界3.0 105超臨界超臨界3.0102亞臨界亞臨界二、構造橫向風力和風效應二、構造橫向風力和風效應1 1、構造橫向風力、構造橫向風力 PL=PL=L(L(v2/2)Bv2/2)B L -L -橫風向風力系數，與雷諾數橫風向風力系數，

35、與雷諾數ReRe有關有關 跨臨界范圍、亞臨界范圍的構造橫風向作器具有周期性，構造橫跨臨界范圍、亞臨界范圍的構造橫風向作器具有周期性，構造橫向風作用力向風作用力 PL(z,t)= ( PL(z,t)= (v2(z)/2)B(z) v2(z)/2)B(z) LsinLsin stst 風旋渦零落圓頻率風旋渦零落圓頻率 s=2s=2fs= 2fs= 2St v(z)/B(z) P62 (4-St v(z)/B(z) P62 (4-68)68) St- St-斯脫羅哈數，對圓形截面構造取斯脫羅哈數，對圓形截面構造取0.20.2 構造橫風向共振景象構造橫風向共振景象 橫風向風作用力頻率橫風向風作用力頻率

36、 fs fs 與構造橫向自振根本頻率與構造橫向自振根本頻率 f1 f1接近時，接近時，構造橫向產生共振反響構造橫向產生共振反響 鎖住鎖住look-inlook-in區域區域 風旋渦零落頻率風旋渦零落頻率fsfs堅持常數堅持常數= =構造橫向自振頻率構造橫向自振頻率f1f1的風速區域的風速區域 跨臨界范圍確定性振動跨臨界范圍確定性振動 鎖住區域鎖住區域: PL(z)sin: PL(z)sin1t1t 其它區域：其它區域： PL(z)sin PL(z)sins(z)ts(z)t 亞臨界范圍確定性振動亞臨界范圍確定性振動 PL(z)sin PL(z)sins(z)ts(z)t 超臨界范圍隨機振動超臨界范圍隨機振動 PL(z)f (t) PL(z)f (t) PL(z)sins(z)t 跨臨界范圍跨臨界范圍 PL(z)sinst z 確定性振動確定性振動 s =1 鎖鎖住區域住區域 y PL(z)sins(z)t x 超臨界范圍超臨界范圍 v 隨機振動隨機振動 PL f(t) 亞臨界范圍亞臨界范圍 確定性振動確定性振動