李奕寬

引言

建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)效果對(duì)建筑物的使用有很大的影響，我們要能夠針對(duì)建筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法來(lái)進(jìn)行相關(guān)的優(yōu)化，可以采取加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、設(shè)置耗能減震系統(tǒng)、增大結(jié)構(gòu)的水平荷載能力和提高建筑物的承載力和剛度等方法來(lái)保證建筑物的正常安全使用。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)原則

在建筑的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度，能夠承受風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力，保證建筑物的正常使用。在建造過(guò)程中，要選擇合理的結(jié)構(gòu)體系和建筑的結(jié)構(gòu)外形；在建筑材料的選擇上面，要盡量選用剛度較大的材料以減少風(fēng)力荷載作用的影響。同時(shí)在建筑方面，圓形和正多邊形有利于減少風(fēng)壓的數(shù)值，盡量采取有一定規(guī)范化的形狀和建筑結(jié)構(gòu)，這樣可以減少風(fēng)力的扭轉(zhuǎn)影響。同時(shí)，在外墻部分，要能夠保證有較大剛度的維護(hù)措施以保證墻體結(jié)構(gòu)的可靠的連接，避免出現(xiàn)墻體的破壞。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容

2.1 風(fēng)荷載的計(jì)算

根據(jù)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，在風(fēng)荷載容易的過(guò)程中使用的是50年設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，同時(shí)使用平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過(guò)程對(duì)荷載的隨機(jī)過(guò)程進(jìn)行表述。如果氣流碰到建筑物，在建筑物的表層面上會(huì)出現(xiàn)壓力，或者出現(xiàn)吸力，具體來(lái)說(shuō)就是產(chǎn)生風(fēng)荷載，近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速和風(fēng)向都會(huì)對(duì)風(fēng)荷載的大小產(chǎn)生影響，同時(shí)建筑的高度、形狀和地表面都會(huì)對(duì)風(fēng)荷載的大小產(chǎn)生影響。按照新規(guī)范，在計(jì)算主體結(jié)構(gòu)時(shí)，如果風(fēng)荷載垂直于建筑物表面，則其標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式如下所示，將垂直于風(fēng)向的最大投影面積的作為風(fēng)荷載的作用面積：Wk=βzμsμzW0，在這個(gè)公式中，Wk主要指的是風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；W0主要指的是基本風(fēng)壓（kN/m2）；μz主要指的是風(fēng)壓高度變化系數(shù)；μs主要指的是風(fēng)荷載提醒系數(shù)；βz的范圍主要指的是高度處的風(fēng)振系數(shù)。

2.2 加強(qiáng)高層建筑的控制

根據(jù)風(fēng)荷載的作用，要加強(qiáng)控制高層建筑的振幅、振動(dòng)速度和加速度。

2.3 高層建筑的水平位移指標(biāo)

按照正在使用的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，要從以上兩個(gè)方面限制高層建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的變形響應(yīng)：一方面，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的頂端水平位移u和總高度H的比值（u/H）進(jìn)行限制，主要目的是對(duì)結(jié)構(gòu)的總變形量進(jìn)行控制；另一方面，是要對(duì)相鄰兩層樓蓋間的相對(duì)水平位移Δu與層高h(yuǎn)的比值（Δu/h），通常情況下，Δu/h在結(jié)構(gòu)的各層中的比值是不一樣的，并且一般情況下，量大的Δu/h要比u/H的限值要大。對(duì)Δu/h進(jìn)行限制的主要目的是避免破壞填充墻和裝飾部件，防止電梯軌道和管道等設(shè)施出現(xiàn)過(guò)大的變形現(xiàn)象。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)加固的方法

3.1 增大截面法

通過(guò)對(duì)建筑物的結(jié)構(gòu)面積的擴(kuò)大建設(shè)，能夠提高建筑物的承載能力和截面高度，可以通過(guò)改變建筑物的自振頻率的方法，來(lái)減小建筑物結(jié)構(gòu)的動(dòng)力風(fēng)荷載的效應(yīng)。這種方法主要用于加固建筑物之中的梁、板和鋼結(jié)構(gòu)的柱子及建筑物的屋架以及相關(guān)的磚墻和磚柱等部分的加固。這種方法可以有效地增加建筑物結(jié)構(gòu)的自身重量，但是同時(shí)也會(huì)相應(yīng)地減少使用空間。

3.2 外包鋼加固法

外包鋼加固法，這是在建筑物結(jié)構(gòu)的四周進(jìn)行以型鋼來(lái)進(jìn)行加固。這種方法有干式外包鋼和濕式外包鋼兩種形式。這種方法的實(shí)施原理就是在保持原有構(gòu)建的截面尺寸不變的情況下來(lái)提高建筑構(gòu)件的承載力和剛度，主要適用于一些混凝土澆灌的柱子和屋架以及磚墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。這種方法的弊端是用鋼量較大，而且維修費(fèi)用也比較高。

3.3 預(yù)應(yīng)力加固法

在建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)加固的方法之中，還可以采用預(yù)應(yīng)力加固法，這種加固方法的原理是采用預(yù)應(yīng)力鋼拉桿來(lái)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，是在不改變?cè)惺褂每臻g的條件下，來(lái)提高建筑構(gòu)件的承載力。主要適用于受彎構(gòu)件以及混凝土澆灌的柱子和屋架等構(gòu)件的加固。加固效果良好，發(fā)展前景廣闊，但是增加了施加預(yù)應(yīng)力的工序和機(jī)械設(shè)備。

3.4 改變受力體系加固法

通過(guò)改變建筑物的受力體系，并通過(guò)在建筑物的構(gòu)件合理位置增設(shè)承重支點(diǎn)和采用托梁拔柱的方法改變建筑物的結(jié)構(gòu)的受力體系，能夠提高建筑物的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力，可以有效地減少建筑物的整體承重力和以減少裂縫寬度。這種方法主要用于跨度較大的建筑物結(jié)構(gòu)。

3.5 外部粘鋼加固法

這種方法的原理主要是通過(guò)用膠黏劑在構(gòu)件外部粘貼鋼板的方法，這種方法不改變構(gòu)件的外形和使用空間，同時(shí)能夠提高構(gòu)件的承載能力，而且能夠保證建筑物的正常使用。但是對(duì)施工工藝的要求較高，所要求的專(zhuān)業(yè)技術(shù)比較稀缺。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)舒適度的可靠性分析

在實(shí)際的情況中，風(fēng)對(duì)高層、高聳結(jié)構(gòu)的安全性和適用性?xún)蓚€(gè)方面產(chǎn)生直接的影響，而結(jié)構(gòu)可靠度理論主要是對(duì)結(jié)構(gòu)的安全性、實(shí)用性和耐久性進(jìn)行研究。所以要對(duì)風(fēng)荷載作用下高層、高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠度進(jìn)行研究，進(jìn)而保證高層、高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)和風(fēng)振控制工作的順利實(shí)施。在側(cè)向力作用的影響下，高層結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)的情況，如果振動(dòng)處于某一限值時(shí)，人們就會(huì)感覺(jué)不舒適。因?yàn)榻ㄖ叨仍诓粩嗟淖兏?、建筑結(jié)構(gòu)體系在不斷的完善等等因素的影響，使得高層建筑結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)著越來(lái)越柔和的趨勢(shì)，此外，風(fēng)作用發(fā)生的頻率越來(lái)越高，高層建筑設(shè)計(jì)和控制的重要因素逐漸的變成舒適度。高層和超高層建筑鋼結(jié)構(gòu)因?yàn)楦叨鹊目焖僭黾?，結(jié)構(gòu)振動(dòng)阻尼變得越來(lái)越小，風(fēng)荷載對(duì)高層建筑的作用越來(lái)越大，因此高層建筑鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中首先要考慮風(fēng)運(yùn)動(dòng)的人體舒適度。為了更加科學(xué)和合理的對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的舒適度和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，有必要從可靠性角度分析舒適度。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，在城市中涌現(xiàn)出越來(lái)越多的高層建筑。作為高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員應(yīng)不斷學(xué)習(xí)和提高，重視結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究成果，結(jié)合施工實(shí)踐，通過(guò)大量工程經(jīng)驗(yàn)的積累，作出技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的各種高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

[1]黃銘楓.基于風(fēng)振性能的高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)優(yōu)化[J].工程力學(xué)，2016（2）：240～246，253.