摘 要

世界各国规范计算超高层结构的顺风向风荷载采取的都是多参数表达的计算式，各参数取值的差异最后导致风荷载标准值得不同。本研究以参数分析为基础，根据中美日三国荷载规范对超高层建筑顺风向荷载及风致响应计算时所需的关键参数和计算方法进行对比性研究，研究了基本风速，高度、地形对风压的影响系数，脉动效应系数等各参数的取值及相互影响，以典型超高层建筑为例，分别采用三国规范计算出各层风荷载标准值、风致响应、基底总剪力、基底总弯矩并将数据进行分析对比，系统地分析各国规范计算超高层建筑顺风向荷载的区别，并对不同国家规范荷载标准值和响应的差异进行了讨论。

关键词：荷载规范；顺风向；风荷载标准值；风致响应

Abstract

The wind load of the super-high-rise structure is calculated by the world. The difference of the parameters is the result of the wind load standard. Based on the analysis of the parameters, the key parameters and calculation methods of the wind load and wind response of the super high-rise buildings are compared according to the load specifications of China, the United States and Japan. The basic wind speed, height, Pressure coefficient, pulse effect coefficient and so on. Taking the typical super high-rise building as an example, the standard values of wind load, wind-induced response, total base shear force, And the data are analyzed and compared. The differences between the wind load and the wind load of the super high-rise buildings are systematically analyzed, and the differences between the standard values and the responses of the different countries are discussed.

Key Words：Load code; Wind direction; Wind load standard value；Wind response

目 录

第1章 绪 论 1

1.1研究背景 1

1.2目的及意义 2

1.3风荷载对结构的作用 2

1.4本文进行的工作 3

第2章 风荷载标准值和风致响应 4

2.1中美日三国规范关于风载的规定 4

2.1.1中国规范 4

2.1.2美国规范 4

2.1.3日本规范 5

2.2风致响应 5

2.2.1中国规范 5

2.2.2美国规范 6

2.2.3日本规范 6

2.3本章小结 6

第3章 各类参数对比 8

3.1基本风速或风压 8

3.1.1规范规定 8

3.1.2地貌类别 8

3.2高度和地形对风速的影响 10

3.2.1中国规范 10

3.2.2美国规范 10

3.2.3日本规范 10

3.2.4高度地形变化系数对比 11

3.3风振系数 13

3.3.1中国规范 13

3.3.2美国规范 14

3.3.3日本规范 15

3.4本章小结 16

第4章 珠江新城计算实例 18

4.1工程概况 18

4.2工程实例计算 18

4.2.1中国规范 18

4.2.2美国规范 21

4.2.3日本规范 23

4.2.4不同重现期下风荷载标准值对比 26

4.2.5不同重现期下总的基底剪力和基底弯矩对比 28

4.2.6风致响应对比 31

4.3本章小结 31

第5章 结论与展望 32

5.1结论 32

5.2展望 33

参考文献 34

致 谢 36

第1章 绪 论

1.1研究背景

自然界每年都会发生大量的灾害，其中风灾在各种灾害中占了很大的比例，从二十世纪四五十年代到二十一世纪，风灾造成的严重破坏屡见不鲜，直接经济损失达上千亿元，更是造成几十万人伤亡，数以百万计人无家可归。二十一世纪以来，全球范围内面临一个很严峻的问题—气候变暖，随着气候条件的不断恶化，发生风灾的频率更是逐步增加。2004年一年内，美国一共发生了三起严重性飓风（珍妮、查理和伊万），这三起飓风对美国北部各州造成了严重的损失，此次飓风所导致的直接经济损失高达五百亿美元，要知道一艘福特级航母的造价也才50亿美元。2005年，美国发生了有史以来最为严重的自然灾害，“卡特里娜”飓风夹杂着暴雨登陆佛罗里达州，此次飓风造成城市道路淹没，电力中断，大量的人员伤亡，经济损失更是达到了历史之最，此次飓风不仅让美国，更是使全世界意识到了风灾的严重性以及防范风灾的必要性，风灾我们无法避免，但是我们应该充分做好我们能做的工作，提前做好防范措施，提升建筑物的抗风等级，尽我们最大努力减少风灾所造成的损伤。可能有人会说，美国是飓风频发区，所以抗风设计很重要，我国就没什么必要了。然而，我们不能忽视的是，风灾对我国所造成的损失也是很严重的。2005年发生在我国的“云娜”飓风给浙江省造成了严重的经济破坏，据统计，此次飓风造成百万人受灾，数以万计房屋损毁倒塌直接经济损失达65亿元。不仅如此，随着中国城市化进程的加快大规模的农村人口涌入城市，这种现象导致城市用地愈来愈紧张，为了尽量缓解城市用地的紧缺问题，国内建设了大量的高层和超高层建筑，超高层建筑物占地面积少，建筑面积大，造型独特，相对集中，这些特点使得高层建筑物在人口稠密的大城市迅速发展。除此之外，超高层建筑的数量正逐渐成为一个国家经济实力的象征。美国在二战后经济迅速腾飞，成为世界上唯一一个超级大国，其许多城市修建了大量的超高层建筑，例如帝国大厦、世贸大厦、美国银行大厦等等；众所周知的中东石油王国阿联酋迪拜更是修建了世界上最高的建筑哈里发塔（总高度828m）以展示其雄厚的经济实力。近年来，我国也修建了大量的高层、超高层建筑，就拿上海为例，大量的超过300m的超高层建筑近年来拔地而起，其中有上海中心大厦（总高度632m）、环球金融中心（总高度492m）、金茂大厦（420.5m）、上海世贸国际广场（333m）、上海白玉兰广场（320m）等。对于这些超高层建筑来说，抗风设计至关重要。

1.2目的及意义

超高层建筑不同于一般的普通建筑，一般的建筑由于层数较低，所以垂直荷载为主要控制荷载，而超高层建筑，由于其层数高，水平荷载取代了竖直荷载成为主要控制荷载，而在水平荷载中，风荷载又起到了至关重要的作用。几十年前，由于科技发展水平有限，低矮型建筑占了绝大多数比例，人们普遍观念是建筑物的建造只需考虑垂直荷载，至于风荷载可以忽略不计，这种观念对于低层建筑或结构来说确实适用，然而随着社会的不断进步，建筑层高也在不断增加，此时再不考虑水平风荷载的影响就会产生非常严重的后果，轻则引起建筑物的破坏，重则造成建筑物的倒塌。因此，近年来，工程师们越来越意识到风荷载的计算以及抗风设计在建筑物设计计算中的重要性。鉴于此，各个国家在建筑抗风、桥梁抗风上面都有各自的规范条文，规范是建筑物设计的最根本依据，是指导工程设计的基本原则，起着工程法律的作用，其重要性是不言而喻的。不仅如此，规范同样是各个国家经验的积累以及最新理论成果的实际运用，因此，我们有必要参考各个国家的建筑荷载规范，将不同国家的规范进行对比整合，通过对比分析找出不同国家之间规范的差异性，看看是否对我国规范的修改和改进有着借鉴意义。此外，随着全球化进程的不断加快，不同国家企业的交流合作日益增多，国家出台了许多政策鼓励我国企业走出去，并大量引进国外先进企业，鉴于此，对国外规范和我国规范进行对比研究是非常有必要，非常有意义的。

1.3风荷载对结构的作用

风是空气流动而产生的自然现象，建筑物的阻碍作用会使气流产生高压气幕，从而对建筑物产生力的作用，作用在建筑物上的风荷载可以大致分为三类：顺风向风荷载、横风向风荷载和扭转风荷载，其中顺风向风荷载对结构起了主要的作用，本文将对顺风向风荷载进行研究。顺风向风荷载对结构迎风面产生的是压力作用，对结构的背风面产生的是吸力作用。

风荷载对结构主要有以下方面的影响：风荷载会影响到建筑物外墙或者内墙的装饰材料，导致建筑物外墙的脱落或者是装饰性材料的破坏；引发建筑物风致响应，产生过大的位移，影响结构的安全性；产生过大的加速度，使人产生不舒适感；使结构产生过大的层间位移，导致非承重墙的开裂；对于某些桥梁或者高耸结构，如若抗风设计不当，甚至会导致结构的倒塌，从而引发严重的灾难，位于美国华盛顿州的塔科马大桥就是个典型的案例。