抗風(fēng)設(shè)計(jì)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
抗風(fēng)設(shè)計(jì)的實(shí)例教程
學(xué)習(xí)橋梁抗風(fēng)必備課程！共3卷！
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近期，廈門(mén)市建設(shè)局巡視員、副局長(zhǎng)、教授級(jí)高工林樹(shù)枝博士，結(jié)合高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及多年的研究心得，詳細(xì)分析了2016年“莫蘭蒂”強(qiáng)臺(tái)風(fēng)對(duì)廈門(mén)市高層建筑的影響，總結(jié)了高層建筑的抗臺(tái)風(fēng)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)中存在的幾個(gè)問(wèn)題提出了對(duì)策建議。內(nèi)容豐富，分析到位。現(xiàn)將經(jīng)整理后的專(zhuān)題報(bào)告《高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問(wèn)題》分享如下：
2016年9月15日，廈門(mén)遭遇建國(guó)最強(qiáng)臺(tái)風(fēng)--“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)，臺(tái)風(fēng)登陸時(shí)最大陣風(fēng)17級(jí)，中心最大風(fēng)力15級(jí)，風(fēng)速48米/秒。整個(gè)廈門(mén)大面積斷電停水，65萬(wàn)株行道樹(shù)倒伏，566家企業(yè)受災(zāi)，17907間房屋倒塌，經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)100億元。臺(tái)風(fēng)在廈門(mén)境內(nèi)持續(xù)3個(gè)小時(shí)。風(fēng)荷載超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)較多，造成幕墻抗風(fēng)壓性能、水密性能、氣密性能、耐撞擊性能等各項(xiàng)性能大大超出限值。高層鋼結(jié)構(gòu)建筑、幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)經(jīng)受了嚴(yán)峻考驗(yàn)。
廈門(mén)海峽明珠廣場(chǎng)地上50層，總高度232m，鋼結(jié)構(gòu)建筑。受“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)襲擊，石材幕墻角部區(qū)破損脫落，部分為撞擊物撞擊破損，有少數(shù)玻璃面板破損脫落。
廈門(mén)五緣灣某寫(xiě)字樓玻璃面板從上到下全部損壞。屬于玻璃面板強(qiáng)度超限，未能抵抗本次臺(tái)風(fēng)。
強(qiáng)臺(tái)風(fēng)過(guò)后，廈門(mén)市建設(shè)局組織對(duì)全市房屋建筑受損情況進(jìn)行調(diào)查，掌握第一手資料。全市幕墻多數(shù)表現(xiàn)良好，經(jīng)受住強(qiáng)臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn)。但有約有5萬(wàn)m2的幕墻破損，發(fā)生破損的幕墻，其幕墻的支撐鋼結(jié)構(gòu)基本完好，主要為石材、鋁板、或玻璃破損，個(gè)別開(kāi)啟扇掉落和五金件失效等。
展開(kāi) 塔吊抗風(fēng)研究</h2><div contenteditable="false" width="100%"><figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202501/attachment/faaf09209d9140d6bc627322477b2e28.png" style="text-align: center"><img src="https://img.jishulink.com/202501/attachment/faaf09209d9140d6bc627322477b2e28.png"></figure></div><p><br></p><p>海南省海口市建筑業(yè)受臺(tái)風(fēng)影響較大。海南省對(duì)塔吊抗風(fēng)也是比較重視的，組織編寫(xiě)了兩本規(guī)范，對(duì)臺(tái)風(fēng)防范區(qū)、抗風(fēng)措施、災(zāi)后評(píng)定等都有規(guī)定。</p><h2>4.關(guān)于塔吊有限元計(jì)算的一點(diǎn)想法</h2><p>一個(gè)項(xiàng)目采用的塔吊形式在投標(biāo)階段或者設(shè)計(jì)階段就會(huì)被定下來(lái)，這方面土建工程師沒(méi)有太大的話語(yǔ)權(quán)，所以更多的是根據(jù)現(xiàn)有工程概況進(jìn)行計(jì)算分析。</p><p>塔吊附著一般應(yīng)用于建筑高度100m以下的高層建筑，而塔吊支撐系統(tǒng)應(yīng)用于對(duì)臺(tái)風(fēng)、地震敏感的超高層系統(tǒng)，塔吊支撐系統(tǒng)更復(fù)雜同時(shí)也需要額外的計(jì)算來(lái)保證安全可靠，所以塔吊支撐系統(tǒng)一般多為有限元計(jì)算。相比于地震，臺(tái)風(fēng)的頻率更高（基本每年都有），塔吊的抗風(fēng)研究（有限元計(jì)算）也是一個(gè)值得考慮的研究方向。</p><p><strong>塔吊支撐系統(tǒng)有限元模擬</strong>：</p><p>[1]趙闖.外掛內(nèi)爬式塔吊附著支撐體系及周邊墻體分析[D].武漢理工大學(xué),2015.DOI:10.7666/d.D794149.
展開(kāi) 外墻、外窗、幕墻應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)。外立面應(yīng)盡量光滑平順、簡(jiǎn)約簡(jiǎn)潔，避免采用外型復(fù)雜或造型奇異的建筑立面。
（來(lái)源：土木吧、中國(guó)基金報(bào)）
大氣邊界層的風(fēng)特性，包含平均風(fēng)速特性和脈動(dòng)風(fēng)速特性。LES計(jì)算入口中，平均風(fēng)速剖面可以直接給定，無(wú)需做過(guò)多考慮。然而包括湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度、脈動(dòng)風(fēng)速功率譜、空間相關(guān)性等在內(nèi)的脈動(dòng)風(fēng)速特性，是LES入口需要重點(diǎn)考慮的。
不僅如此，即便是人工合成的入口滿足了諸多脈動(dòng)風(fēng)速特性，也不見(jiàn)得是一個(gè)很好的LES入口。究其原因在于，“人工”二字！人工的，就不一定是天然的，就一定和天然的有區(qū)別。換句話說(shuō)，人工合成的脈動(dòng)風(fēng)速入口，不一定滿足CFD計(jì)算中的流體控制方程，這會(huì)直接導(dǎo)致入口給定的脈動(dòng)風(fēng)速特性，甚至是平均風(fēng)速特性在流域中產(chǎn)生極大的變化，影響目標(biāo)風(fēng)剖面的生成。然而，反過(guò)來(lái)，即使入口給定的脈動(dòng)風(fēng)速滿足流體控制方程，這樣的脈動(dòng)風(fēng)速特性，是否就一定是我們結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中想要的風(fēng)特性？答案不得而知。這其實(shí)就是LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口生成的難點(diǎn)所在。綜上，LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口需要滿足的條件是：平均風(fēng)速特性，脈動(dòng)風(fēng)速特性，和流體控制方程。這些條件其實(shí)是極為苛刻的，要想同時(shí)滿足幾乎無(wú)望。為此，工程設(shè)計(jì)人員簡(jiǎn)單粗暴的想法又來(lái)了：咦，既然條件無(wú)法同時(shí)滿足，那么，就抓主要矛盾，忽略次要矛盾吧。平均風(fēng)速特性和脈動(dòng)風(fēng)速特性這個(gè)總不能動(dòng)吧？風(fēng)洞試驗(yàn)也得滿足這些特性，風(fēng)荷載規(guī)范中也規(guī)定了一部分特性。那流體控制方程腫么辦？沒(méi)事兒，既然這么讓人頭大，就部分地滿足吧，就把流體的連續(xù)性方程（又稱(chēng)無(wú)散度條件）滿足一下吧。哦，好的，幾篇SCI文章就這么出來(lái)了。
有些學(xué)者急了，為什么不能效仿風(fēng)洞試驗(yàn)，在計(jì)算域中擺擺尖塔、粗糙元之類(lèi)的玩意兒，把這些設(shè)備后方的風(fēng)速提取出來(lái)，作為L(zhǎng)ES計(jì)算的入口脈動(dòng)風(fēng)速？哦，好的，但是如果想這么干，就請(qǐng)先準(zhǔn)備好超級(jí)計(jì)算機(jī)吧。在此Ton君推薦一篇文獻(xiàn)Yan B W , Li Q S .
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抗風(fēng)設(shè)計(jì)的最新內(nèi)容
土木工程
進(jìn)行薄殼地震作用、風(fēng)荷載響應(yīng)分析中，單元能有效模擬殼體的振動(dòng)與失穩(wěn)，為結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。且單元計(jì)算的共振頻率與實(shí)測(cè)值偏差小于 2%。
補(bǔ)充EAS與ANS概念原理
在計(jì)算力學(xué)領(lǐng)域，殼單元的精度與效率始終是研究者關(guān)注的核心。當(dāng)殼體結(jié)構(gòu)面臨面內(nèi)彎曲、出平面彎曲或復(fù)雜變形時(shí)，傳統(tǒng)單元常因 “鎖定” 現(xiàn)象（如剪切鎖定、厚度鎖定）導(dǎo)致結(jié)果失真。
<p><br></p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/static/web/attachment.png" style="display:inline;vertical-align: middle;width: 24px;height:24px;">
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因此，在開(kāi)孔建筑的抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，建筑內(nèi)部風(fēng)壓的取值是保證建筑抗風(fēng)安全性重要的一部分。開(kāi)孔建筑的風(fēng)致內(nèi)壓響應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，有很多因素都會(huì)導(dǎo)致開(kāi)孔建筑內(nèi)壓發(fā)生變化，例如建筑周邊地貌環(huán)境、開(kāi)孔的位置和大小、建筑背景孔隙率和結(jié)構(gòu)的柔度等。但是在實(shí)際建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)中，建筑物的外形、背景孔隙率以及柔度等特性區(qū)別較大，很難將所有因素對(duì)開(kāi)孔建筑內(nèi)壓的影響都考慮在內(nèi)。
一般情況下，抗風(fēng)設(shè)計(jì)時(shí)只會(huì)將車(chē)輛荷載與50年一遇風(fēng)荷載進(jìn)行組合，或者單獨(dú)施加百年一遇風(fēng)荷載，兩者取最不利值。也就是說(shuō)，一座符合規(guī)范要求的橋梁，只會(huì)考慮小風(fēng)+車(chē)輛或者大風(fēng)+無(wú)車(chē)，是完全有可能在大風(fēng)+車(chē)輛的疊加作用下破壞的。特別是對(duì)于視頻中所示的斜拉橋而言，本身剛度就比較低抗風(fēng)性能就很差，在進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)也肯定沒(méi)有考慮滿步車(chē)輛情況下外形的氣動(dòng)力特性。
采用流固耦合仿真技術(shù)可以模擬出強(qiáng)風(fēng)條件下膜結(jié)構(gòu)明顯的流固耦合效應(yīng)，通過(guò)膜結(jié)構(gòu)局部和整體振動(dòng)三維時(shí)程分析可以得出膜結(jié)構(gòu)風(fēng)致破壞情況，為膜結(jié)構(gòu)以及下部主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供抗風(fēng)設(shè)計(jì)補(bǔ)充參考。
什么是風(fēng)與結(jié)構(gòu)的流固耦合作用？
城市建筑所處的大氣底層通常是湍流充分發(fā)展的地帶，地表摩擦使得湍流擴(kuò)展到整個(gè)大氣邊界層高度（規(guī)范規(guī)定300~550米）。
高層建筑的建設(shè)應(yīng)該說(shuō)技術(shù)是成熟的，我們有嚴(yán)格的抗風(fēng)設(shè)計(jì)驗(yàn)算，抗震設(shè)計(jì)驗(yàn)算和抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)驗(yàn)算。在這些規(guī)范化的設(shè)計(jì)方法指引之下，所設(shè)計(jì)建造出來(lái)的大樓是安全的，這一點(diǎn)希望民眾可以放心。
當(dāng)然不是說(shuō)它沒(méi)有問(wèn)題，它還是存在一些問(wèn)題。比如說(shuō)在平時(shí)的豎向交通問(wèn)題，都是各個(gè)CBD區(qū)、寫(xiě)字樓工作上班的人員經(jīng)常面對(duì)的一個(gè)問(wèn)題。
例如采用CAE技術(shù)分析太陽(yáng)能面板的強(qiáng)度、支架強(qiáng)度、螺栓強(qiáng)度，并對(duì)齊進(jìn)行抗風(fēng)設(shè)計(jì)、抗震設(shè)計(jì)。
在輸電線上采用CAE技術(shù)來(lái)計(jì)算絕緣子的安全性等。
Pfisterer Safag高壓電線電暈環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)
因此，風(fēng)荷載是結(jié)構(gòu)的重要設(shè)計(jì)荷載，特別對(duì)于高聳結(jié)構(gòu)(如煙囪、塔架、桅桿等)、高層建筑、大跨度橋梁、冷卻塔、屋蓋等，有時(shí)甚至起到?jīng)Q定性的作用，因而抗風(fēng)設(shè)計(jì)是工程結(jié)構(gòu)中的重要課題。
10.基本風(fēng)速：根據(jù)《公路橋梁抗風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范JTG/T D60-01-2004》及抗風(fēng)專(zhuān)題研究報(bào)告，取28.9m/s。
然而，反過(guò)來(lái)，即使入口給定的脈動(dòng)風(fēng)速滿足流體控制方程，這樣的脈動(dòng)風(fēng)速特性，是否就一定是我們結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)中想要的風(fēng)特性？答案不得而知。這其實(shí)就是LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口生成的難點(diǎn)所在。綜上，LES計(jì)算中脈動(dòng)風(fēng)速入口需要滿足的條件是：平均風(fēng)速特性，脈動(dòng)風(fēng)速特性，和流體控制方程。這些條件其實(shí)是極為苛刻的，要想同時(shí)滿足幾乎無(wú)望。
