高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下具有足夠的抵抗變形能力和承載能力,，保證結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的安全性,。同時(shí),，高層建筑物在風(fēng)荷載作用下將產(chǎn)生振動(dòng)，過(guò)大的振動(dòng)加速度將使在高樓內(nèi)居住的人們感覺(jué)不舒適,，因此高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有良好的使用條件,，滿足舒適度的要求。

1.1 等效靜態(tài)風(fēng)荷載
一般作用在建筑物上的風(fēng)包括平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng),。其中平均風(fēng)是風(fēng)荷載的長(zhǎng)周期部分作用在建筑物上,，其周期常在10min以上，可認(rèn)為是作用在建筑物上的靜荷載,，因?yàn)槠渲芷谂c建筑物的自振周期相差較遠(yuǎn),；脈動(dòng)風(fēng)則是短周期部分作用在建筑物上，其脈動(dòng)的周期很短,，一般只有幾秒,，其作用可以被認(rèn)為是作用在建筑物上隨機(jī)的動(dòng)荷載，因?yàn)槠渲芷谂c建筑物的自振周期比較接近,。
作用在建筑結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載除了平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)產(chǎn)生的平均風(fēng)力和脈動(dòng)風(fēng)力,，還有風(fēng)振產(chǎn)生的慣性力。平均風(fēng)力,、脈動(dòng)風(fēng)力和慣性力組合得到最終的等效靜態(tài)風(fēng)荷載,。
（1）慣性力
根據(jù)高頻動(dòng)態(tài)天平試驗(yàn)結(jié)果，可以求出高層建筑底部的平均風(fēng)力(包含力矩和剪力)和脈動(dòng)風(fēng)力,，在給出高層建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)的情況下,，可以計(jì)算出位移和加速度響應(yīng),由共振加速度可以進(jìn)一步求出慣性力。慣性力是由振動(dòng)產(chǎn)生的,，由加速度和質(zhì)量決定,，沿高度分布慣性力均方根σaf(z)表達(dá)式為：

上式中m(z)為沿高度的質(zhì)量，為沿高度的加速度,。
（2）平均風(fēng)力和脈動(dòng)風(fēng)力
空氣來(lái)流沿高層建筑高度分布的風(fēng)力可通過(guò)下式表達(dá)：

其中：ρ為空氣密度,；

是z處單位高度上的力系數(shù)，一般通過(guò)風(fēng)壓測(cè)量試驗(yàn)確定,；

是來(lái)流風(fēng)速,。
風(fēng)速是平均風(fēng)速與脈動(dòng)風(fēng)速的合成，即：

一般來(lái)說(shuō),，脈動(dòng)風(fēng)速相對(duì)于平均風(fēng)速是小量,，忽略二階小量，即可得到沿高度分布的平均風(fēng)力和脈動(dòng)風(fēng)力分別如下：

脈動(dòng)力均方根為：

其中,，為沿高度的來(lái)流湍流度,。
（3）等效靜態(tài)風(fēng)荷載
沿高度分布的等效靜態(tài)風(fēng)荷載由下式給出：

式中g(shù)為峰值因子，可取3.5。

1.2 結(jié)構(gòu)體型系數(shù)
對(duì)于普通的高層結(jié)構(gòu),，結(jié)構(gòu)體型系數(shù)一般按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）表8.3.1和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第4.2.3條取包絡(luò)值,。
需要更細(xì)致進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算的建筑可由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。
風(fēng)洞試驗(yàn)中各點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)的計(jì)算公式如下：

其中,，為風(fēng)壓系數(shù),，為測(cè)點(diǎn)壓力，為參考點(diǎn)靜壓,，ρ為空氣密度,，為參考點(diǎn)風(fēng)速。

風(fēng)載體型系數(shù)μsi與風(fēng)壓系數(shù)Cp有如下關(guān)系：

其中,，為參考點(diǎn)和i點(diǎn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù),根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）8.2取值,。
以270m高的某框架核心筒結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)為例，從圖1.21可知,，結(jié)構(gòu)不同高度的體型系數(shù)不同,，高度越高，體型系數(shù)越大,，體型系數(shù)從底部的0.6增大至頂部的1.6,。

圖1.21 某高層結(jié)構(gòu)體型系數(shù)

1.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)
對(duì)于普通的建筑結(jié)構(gòu)，風(fēng)振系數(shù)可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）式（8.4.3）計(jì)算,；
對(duì)平面形狀或立面形狀復(fù)雜,，立面開(kāi)洞或連體建筑的風(fēng)振系數(shù)可按風(fēng)洞試驗(yàn)確定。時(shí)域法的步驟是：
（1）通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)或模擬獲得結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓時(shí)程,，利用有限元軟件對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模,，將風(fēng)壓荷載力時(shí)程Fi作用在表面節(jié)點(diǎn)上：

式中，為表面i節(jié)點(diǎn)處的風(fēng)壓系數(shù)時(shí)程,，為風(fēng)流的參考風(fēng)壓,，為節(jié)點(diǎn)i位置所對(duì)應(yīng)的表面面積。
（2）進(jìn)行時(shí)程計(jì)算分析,，可得結(jié)構(gòu)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程響應(yīng)，結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式為：β=Ra/Rd（1.3-2）
式中,，Rd為平均風(fēng)產(chǎn)生的靜位移,，Ra為風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)。

（1）基本周期
計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)輸入的結(jié)構(gòu)基本周期需根據(jù)結(jié)構(gòu)特征值計(jì)算的實(shí)際周期取值,，否則會(huì)影響風(fēng)計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性,。
以14層框架結(jié)構(gòu)為例，計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)軟件默認(rèn)的結(jié)構(gòu)基本周期為0.2s,，實(shí)際結(jié)構(gòu)的基本周期為0.7s,。基本周期按0.2s輸入得到的X向剪力3524kN，基本周期按0.7s輸入得到的X向剪力3689kN,，剪力偏小4.5%,，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)偏于不安全。

（2）地震組合
YJK軟件缺省設(shè)置的參數(shù)是風(fēng)荷載不參與地震組合,，對(duì)于高度大于60m建筑,，應(yīng)勾選風(fēng)荷載參與地震組合，否則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)偏于不安全,。

（3）局部風(fēng)控構(gòu)件
對(duì)于風(fēng)控的建筑結(jié)構(gòu),，風(fēng)荷載的增加或減少對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力影響較大，比如斜屋面,、屋頂構(gòu)架層,、頂部廣告牌等需考慮風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。

（4）山地建筑的風(fēng)壓高度變化系數(shù)取值
根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）第8.2.2條,，山地建筑應(yīng)考慮地形條件的修正,，對(duì)于山峰和山坡，修正系數(shù)應(yīng)按式8.2.2計(jì)算,；對(duì)于山間盆地,，谷地等閉塞地形，修正系數(shù)可在0.75~0.85選??；對(duì)于與風(fēng)向一致的谷口，山口,，修正系數(shù)可在1.20~1.50選取,。

（5）風(fēng)壓取值
在某些地區(qū)，不同規(guī)范給出的基本風(fēng)壓會(huì)不一致,。比如不同規(guī)范對(duì)廣州南沙的基本風(fēng)壓規(guī)定見(jiàn)表2-1,。從表2-1可知，不同規(guī)范確定的廣州南沙的基本風(fēng)壓相差較大,，但從風(fēng)壓分布圖看南沙的基本風(fēng)壓在0.6kN/㎡與0.65kN/㎡之間,，綜合判斷認(rèn)為對(duì)于普通的多層結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓可取0.6kN/㎡，對(duì)于高層結(jié)構(gòu)基本風(fēng)壓可取0.65kN/㎡,。因此當(dāng)?shù)胤綐?biāo)準(zhǔn)的基本風(fēng)壓高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基本風(fēng)壓時(shí),，宜按地方標(biāo)準(zhǔn)的基本風(fēng)壓執(zhí)行。
表2-1廣州南沙的基本風(fēng)壓

（6）規(guī)范風(fēng)荷載與風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)荷載對(duì)比分析（略）
可參考《高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算分析實(shí)用指南》,。

（7）結(jié)構(gòu)阻尼比
風(fēng)振舒適度評(píng)價(jià)中的阻尼比取值是風(fēng)振下結(jié)構(gòu)舒適度評(píng)價(jià)的關(guān)鍵問(wèn)題之一,。結(jié)構(gòu)阻尼比的一般變化規(guī)律有：
1）結(jié)構(gòu)基本周期長(zhǎng)時(shí)，阻尼比較??；
2）隨著建筑高度的增加,，結(jié)構(gòu)阻尼比減小,；
3）填充墻少的結(jié)構(gòu)的阻尼比小于填充墻多的結(jié)構(gòu)的阻尼比,；
4）建筑結(jié)構(gòu)短方向阻尼比小于長(zhǎng)方向的阻尼比；
5）小振幅時(shí)的阻尼比小于大振幅時(shí)的阻尼比,；
6）小應(yīng)力水平下的阻尼比小于大應(yīng)力水平下的阻尼比,。
風(fēng)振舒適度問(wèn)題涉及的結(jié)構(gòu)一般是高度高，基本周期長(zhǎng),，而且風(fēng)作用下振幅小,、應(yīng)力水平也比較低，因此風(fēng)振舒適度評(píng)價(jià)時(shí)所采用的阻尼比遠(yuǎn)小于常規(guī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算時(shí)采用的阻尼比,。圖21為某高層結(jié)構(gòu)采用不同阻尼比計(jì)算的樓層剪力,，由圖可知，阻尼比越大,，樓層剪力越小,，當(dāng)阻尼比增大一倍時(shí)，樓層剪力減小約6%,。

（8）地面粗糙度對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響
地面粗糙度是描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級(jí),，地面粗糙度對(duì)結(jié)構(gòu)整形性能影響很大，圖22為不同地面粗糙度類別的層間位移角,，從圖可知,，地面粗糙度越大，層間位移角越小,，B級(jí)粗糙度比A級(jí)粗糙度變形小約10%,，C級(jí)粗糙度比B級(jí)粗糙度變形小約20%，D級(jí)粗糙度比C級(jí)粗糙度變形小約25%,。

（9）連梁剛度折減問(wèn)題
根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）第5.2.1條文說(shuō)明,“僅在計(jì)算地震作用效應(yīng)時(shí)可以對(duì)連梁剛度進(jìn)行折減,，對(duì)如重力荷載、風(fēng)荷載作用效應(yīng)計(jì)算不宜考慮連梁剛度折減,。有地震作用效應(yīng)組合工況,，均可按考慮連梁剛度折減后計(jì)算的地震作用效應(yīng)參與組合”。
相對(duì)于地震作用來(lái)說(shuō),，風(fēng)力作用持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),，往往達(dá)幾十分鐘，甚至幾個(gè)小時(shí),，因此不能要求連梁通過(guò)塑性變形將內(nèi)力轉(zhuǎn)移到其他尚未屈服的構(gòu)件上。結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)剛度折減愈多,，就意味著風(fēng)荷載作用下裂縫可開(kāi)展得愈大,，如發(fā)生強(qiáng)大陣風(fēng)時(shí)，連梁塑性鉸會(huì)過(guò)早出現(xiàn)，原結(jié)構(gòu)的聯(lián)肢墻剛度出現(xiàn)較大削弱,，甚至成為各個(gè)獨(dú)立的單肢墻受力,。在長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)荷作用下，這無(wú)疑對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全是很不利的,。故而為了避免連梁在風(fēng)荷載作用下裂縫開(kāi)展過(guò)早過(guò)大,，剛度折減系數(shù)應(yīng)取較大值。
根據(jù)各種不同荷載作用下取不同剛度折減系數(shù)的方法,在地震荷載作用下,連梁剛度折減系數(shù)可取0.5~0.8,；在風(fēng)荷載作用下,，折減系數(shù)可取0.80~1.0；在豎向荷載作用下,，折減系數(shù)取1.0(即不折減),。

廣州良業(yè)大廈地上塔樓2建筑面積4.7萬(wàn)㎡，塔樓3建筑面積6.4萬(wàn)㎡,。塔樓建筑高度15選自.投標(biāo)書(shū)代寫(xiě)網(wǎng) yipai178.com 2.7m,，地上35層，如圖31所示,。
本工程抗震設(shè)防烈度為7度,，設(shè)計(jì)地震分組為第一組，場(chǎng)地類別為II類,，基本風(fēng)壓為0.5kN/㎡,，地面粗糙度為C類，體型系數(shù)根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)確定,。

圖31建筑效果圖

（1）風(fēng)洞模型簡(jiǎn)介
風(fēng)洞模型比例為1:300,，50年一遇基本風(fēng)壓為0.5kPa，10年一遇風(fēng)壓為0.3kPa,，承載力計(jì)算時(shí),，阻尼比取為5%，加速度計(jì)算時(shí),，阻尼比取為2%,，風(fēng)場(chǎng)類別采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009中規(guī)定的B類地貌風(fēng)剖面。風(fēng)洞試驗(yàn)照片和風(fēng)向角示意圖分別見(jiàn)圖32和圖33,。

因風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)是按B類地面粗糙度為依據(jù)確定的,，C類的數(shù)據(jù)根據(jù)規(guī)范B類與C類風(fēng)壓高度系數(shù)的比例關(guān)系確定。

（2）樓層等效靜風(fēng)荷載對(duì)比
風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析采用了風(fēng)洞試驗(yàn)時(shí)程數(shù)據(jù)得到的結(jié)構(gòu)荷載譜密度來(lái)計(jì)算結(jié)構(gòu)風(fēng)振響應(yīng)的非擬定常方法,，風(fēng)洞的等效靜力剪力與按規(guī)范計(jì)算的剪力在塔樓底部處的對(duì)比如表3-1,，兩向按風(fēng)洞數(shù)據(jù)計(jì)算的基底剪力均比規(guī)范計(jì)算的要小。

（3）風(fēng)荷載下的層間位移角
特定的風(fēng)向角下,，結(jié)構(gòu)樓層的等效荷載包括Fx,，F(xiàn)y兩個(gè)平動(dòng)分量和Mz一個(gè)扭轉(zhuǎn)分量,，考慮到各荷載分量的非同時(shí)性，風(fēng)洞試驗(yàn)給出的組合系數(shù)如表3-2,。

根據(jù)單塔計(jì)算結(jié)果,，各工況下層間位移角的計(jì)算結(jié)果如下表3-3及圖34~圖37，塔樓2計(jì)算的Y向?qū)娱g位移角在每一層基本上比風(fēng)洞計(jì)算的大,，塔樓2的X向和塔樓3的計(jì)算結(jié)果基本上都比風(fēng)洞計(jì)算的小,，風(fēng)洞試驗(yàn)和規(guī)范計(jì)算的最大層間位移角均滿足規(guī)范要求。

從圖34可知,，塔樓2X向規(guī)范的層間位移角比風(fēng)洞試驗(yàn)的大,，層間位移角最大值按規(guī)范取。從圖35可知,，塔樓2Y向規(guī)范的層間位移角比風(fēng)洞試驗(yàn)的大,，層間位移角最大值按規(guī)范取。

從圖36可知,，塔樓3X向15層以上規(guī)范的層間位移角比風(fēng)洞試驗(yàn)的大,，15層以下規(guī)范的層間位移角比風(fēng)洞的小，層間位移角最大值取規(guī)范和風(fēng)洞試驗(yàn)的包絡(luò)值,。從圖37可知,，塔樓3Y向規(guī)范的層間位移角比風(fēng)洞試驗(yàn)的大，層間位移角最大值按規(guī)范取,。

華策國(guó)際大廈地上建筑面積73748平方米,，地下建筑面積40932平方米。項(xiàng)目包括兩棟辦公塔樓和一座商業(yè)裙房,，其中商業(yè)裙房4層,，建筑高度24m；東塔地上26層,，建筑高度119.80m,，西塔地上15層，建筑高度70.90m,；地下商業(yè)及車庫(kù)5層,，如圖41所示。
本工程抗震設(shè)防烈度為7度,，設(shè)計(jì)地震分組為第一組,，場(chǎng)地類別為III類，基本風(fēng)壓為0.85kN/㎡,，地面粗糙度為A類,，體形系數(shù)依據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)確定。

圖41建筑剖面圖
由于本工程風(fēng)荷載較大,，且特征周期較長(zhǎng),，地震內(nèi)力也較大,，為了提高豎向抗側(cè)力構(gòu)件的側(cè)向剛度,，結(jié)構(gòu)核心筒剪力墻及框架柱布置如圖42所示,。

圖42結(jié)構(gòu)平面布置
按10年一遇的風(fēng)荷載取值計(jì)算結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度，根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)和規(guī)范計(jì)算得到樓層頂點(diǎn)最大加速度,，分別見(jiàn)表4-1和表4-2所示,。風(fēng)洞試驗(yàn)和規(guī)范計(jì)算的結(jié)果都表明，滿足《高規(guī)》3.7.6結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)最大加速度限值0.25m/s2,，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下舒適度滿足要求,。

>高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，怎么確定風(fēng)荷載,？