风力怎么影响建筑物设计的?

发布网友发布时间：2022-04-24 06:03

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热心网友时间：2023-10-06 03:27

风力是一种流体（空气）通过阻碍物（建筑结构）所产生的空气动力现象，与阻碍物的几何形状有密切关系。概括来说，物体的形状越是流线，其所受风力越小；只不过，一般的建筑物与桥梁很难具有流线的外型。同样地，对于某些柔度特性明显的建筑物与结构体，会进一步放大建筑结构所受的风力。

对一般的建筑物而言，地震力是主要的设计考虑，但是当结构物的高度需到达一定程度，如高层建筑、巨型烟囱和高塔等，风力的影响就不容忽视，并且逐渐取代地震力，成为主要的水平设计载重。

高层建筑需要考虑的使用功能性，远比一般结构物复杂，在风力的影响上也不例外。一般而言，高层建筑在设计规划时，应列入考虑的风力影响有4项：①高层建筑结构系统所承受的整体风力；②帷幕外墙所受的局部风压；③建筑风摆造成的居住者舒适性问题；④环境微气候，即邻近的地面风场环境所造成的行人舒适性问题。

从高楼结构设计的观点来看，作用于高层建筑上的风力可分为顺风向、横风向与扭转向风力，各个风向的风力又可分为平均风力与扰动风力。顺风向风力主要由风场中的阵风造成，对于基本造型近似矩形柱体的建筑物，大体上可以通过理论与实验数据得到合理的评估。

在建筑设计上，重要的横风向扰动风力主要来自流体通过建筑物时，发生的流体分离与涡散现象所造成的周期性作用力。当建筑物的高宽比与柔度都很大时，在设计风速之内可能会发生结构共振现象，造成过大的振动反应。这个涡散分离现象引发的结构共振，与建筑物的几何造型及结构动力特性有密切关系，目前并无妥善的分析模式可供解析。

风洞实验

对于一般几何造型的建筑物，扭转向风力的影响小于顺风向及横风向风力。由于扭转向风力也是源自流体分离，故亦无分析模式。所幸的是，横风向与扭转向风力对一般高层建筑的影响有限，主要的设计风力仍由顺风向风力控制。

近几十年来，建筑风工程已有长足进步，常见建筑物（近似长方形，高宽比小，高度在数十米）所受的风力多能由风力规范计算得知。虽然近年来计算流体力学（CFD）进步很快，对于航天、汽车、机电方面的应用都有极大贡献，然而，应用于建筑物的复杂风力作用尚需一段时日。现阶段探讨建筑风工程，仍以缩尺模型作风洞物理模拟最为有利。

执行风洞试验时，需妥善考虑缩尺模型与实际高层建筑之间的模拟相似率，唯有如此，风洞缩尺实验结果才能确实应用于原型结构。设计高层建筑的风洞试验，需满足流场以及结构空气动力（或结构空气弹力）的模拟相似性。建筑风工程探讨的是建筑物在强风作用下的结构反应；以风洞进行缩尺模拟时，需要正确模拟：①自然风场特性；②高楼几何特性；③正确的长度缩尺、时间缩尺与速度缩尺；④正确的高楼空气动力效应；⑤对于少数超高层建筑，需正确模拟建筑结构的空气弹力相似性。