建構(gòu)筑物風(fēng)荷載

1、建構(gòu)筑物風(fēng)荷載在減災(zāi)、防災(zāi)方面的研究、設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)狀及對(duì)策 曾志攀（2005.1.11成文）(福建省建筑設(shè)計(jì)研究院 350001) 摘要：在福建風(fēng)災(zāi)是最主要的自然災(zāi)害之一，每年都帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，在建筑物上如何避免風(fēng)災(zāi)破壞，減災(zāi)防災(zāi)，。本文介紹土木學(xué)科風(fēng)工程的研究現(xiàn)狀及主要內(nèi)容，目前我省部分建構(gòu)筑物的抗風(fēng)設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)狀，提出了一些對(duì)策及急需解決的問(wèn)題，希望工程界及管理部門(mén)共同來(lái)防范風(fēng)災(zāi)，減少損失。風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害的主要災(zāi)種之一。據(jù)媒體報(bào)道，2004年 北美的“珍妮”、“查理”和“伊萬(wàn)”等颶風(fēng)造成2000多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失約500億USD。2004年“云娜”臺(tái)風(fēng)也造成我國(guó)浙江省1

2、75多人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失200多億。2003年6月23日“飛燕”臺(tái)風(fēng)造成福建省寧德市房屋倒塌6100間，損壞32.14萬(wàn)間。我國(guó)是世界上遭受熱帶風(fēng)暴（臺(tái)風(fēng)）影響最多、最廣、災(zāi)害最嚴(yán)重的國(guó)家之一。影響我國(guó)的熱帶風(fēng)暴平均每年約有20次左右，其中登陸的約占40%，是日本的2倍、美國(guó)的4倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)平均每年受熱帶風(fēng)暴（臺(tái)風(fēng)）的影響，平均每年損失達(dá)30多億元。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，近二十年中國(guó)內(nèi)外建造了大量的重大工程建筑結(jié)構(gòu)。僅在福州、廈門(mén)兩地，已建和擬建的百米高層建筑多達(dá)幾十棟。此外，還建造大量的大跨空間結(jié)構(gòu)，省市的體育場(chǎng)、館，會(huì)展中心等。強(qiáng)風(fēng)作用下重大建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載和動(dòng)力響應(yīng)是結(jié)構(gòu)

3、安全性和使用性設(shè)計(jì)的控制荷載。土木結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)科是一門(mén)綜合氣象學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)彈性力學(xué)、建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)、振動(dòng)工程學(xué)、實(shí)驗(yàn)力學(xué)等多學(xué)科的新興交叉學(xué)科。其特點(diǎn)是工程應(yīng)用背景強(qiáng)，理論研究難度大。重大土木工程結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用的風(fēng)荷載和動(dòng)力響應(yīng)是結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的核心內(nèi)容。盡管如此，由于現(xiàn)代結(jié)構(gòu)風(fēng)工程研究?jī)H有40多年歷史，加之這一研究涉及多門(mén)學(xué)科，理論和應(yīng)用問(wèn)題都非常復(fù)雜，我們還面臨著很多有待深入研究的課題。目前，我們對(duì)一些大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的災(zāi)害作用機(jī)理和抗災(zāi)性能尚沒(méi)有完全清楚，更沒(méi)有建立起有效方法；很多主要問(wèn)題或相應(yīng)的成果尚沒(méi)有在規(guī)范中體現(xiàn)。我們除了需要解決這些尚未解決的基礎(chǔ)性問(wèn)題以外，還要面臨很多新的挑戰(zhàn)性

4、問(wèn)題。隨著結(jié)構(gòu)的高度更高、跨度更大、更輕更柔，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)風(fēng)荷載動(dòng)力響應(yīng)出現(xiàn)了很多新的理論問(wèn)題，實(shí)際工程應(yīng)用也面臨更大的困難。在大型結(jié)構(gòu)的風(fēng)災(zāi)機(jī)理和抗風(fēng)災(zāi)性能研究方面，如能取得新的進(jìn)展，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)將更科學(xué)、合理。目前，土木結(jié)構(gòu)風(fēng)工程的主要研究?jī)?nèi)容包括：近地風(fēng)特性、建筑鈍體空氣動(dòng)力學(xué)和氣動(dòng)彈性力學(xué)、大型結(jié)構(gòu)和低矮建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和響應(yīng)特性、建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下的破壞機(jī)理、建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下響應(yīng)的控制方法、建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。主要涉及的工程對(duì)象為：大跨橋梁、大跨空間結(jié)構(gòu)、高層超高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)（電視塔、輸電線塔等）、大型工業(yè)結(jié)構(gòu)（大型工程吊車(chē)、港口集裝箱起重機(jī)、門(mén)座起重機(jī)、大

5、型工程的施工機(jī)械等）、低矮民居。研究的主要方法包括：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、風(fēng)洞試驗(yàn)、理論分析和數(shù)值模擬。以大跨橋梁、高層建筑、輸電線塔等高聳結(jié)構(gòu)和大跨空間建筑結(jié)構(gòu)（特別是薄膜結(jié)構(gòu)）為對(duì)象，力求在基礎(chǔ)研究的層面上重點(diǎn)研究重大工程結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載作用機(jī)理。研究獲得模型表面大量測(cè)點(diǎn)同步壓力測(cè)量的方法；研究其荷載分布特征和理論描述；研究風(fēng)荷載作用和結(jié)構(gòu)響應(yīng)機(jī)理；研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)風(fēng)振動(dòng)力響應(yīng)的高效計(jì)算方法；研究結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能；研究復(fù)雜結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法（主要包括等效靜力風(fēng)荷載的計(jì)算方法）；研究結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和響應(yīng)的干擾效應(yīng)及抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法；研究膜結(jié)構(gòu)的氣動(dòng)彈性效應(yīng)及風(fēng)致響應(yīng)研究方法；研究工程實(shí)用和規(guī)范方法。目前國(guó)家規(guī)范中關(guān)于圍護(hù)結(jié)

6、構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法不夠科學(xué)（主要是“陣風(fēng)系數(shù)”的定義及計(jì)算不夠科學(xué)，規(guī)范中給出的結(jié)果偏危險(xiǎn)）。應(yīng)深入研究圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓分布的特征和規(guī)律，高校及研究機(jī)構(gòu)應(yīng)力爭(zhēng)給出針對(duì)代表性建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)壓設(shè)計(jì)公式，更科學(xué)地進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)。強(qiáng)風(fēng)和地震一樣，目前人類(lèi)尚無(wú)能力將之消除，結(jié)合認(rèn)識(shí)的程度及現(xiàn)在各種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)施工現(xiàn)狀，剖析問(wèn)題，擬定對(duì)策。玻璃幕墻、屋面廣告牌和支架現(xiàn)代城市高層建筑群崛起，風(fēng)對(duì)之有影響，而高樓對(duì)風(fēng)也有影響，人們切身感受到的便是高層建筑群產(chǎn)生的“小區(qū)風(fēng)”和“高樓風(fēng)”，就是風(fēng)的“群樓效應(yīng)”。另一個(gè)情況是，幾乎沒(méi)有什么高層建筑不被廣告牌光顧，這些非建筑物本身設(shè)施的商業(yè)性附加物，往往會(huì)因其牢固性不強(qiáng)而

7、成為風(fēng)災(zāi)發(fā)生時(shí)的第一殺手。所以，廣告牌、燈塔、路燈桿的風(fēng)載設(shè)計(jì)不可等閑視之，需要廠家和企業(yè)家為之進(jìn)行新的設(shè)計(jì)和改造；由專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)，由專(zhuān)業(yè)的鋼結(jié)構(gòu)廠家進(jìn)行加工安裝。隨處可見(jiàn)的高層玻璃幕墻大廈、屋面廣告牌，為風(fēng)災(zāi)增添了新的隱患。目前高層建筑雖然有防風(fēng)設(shè)計(jì)，但玻璃幕墻、及其上附加的大型廣告牌和懸空支架等附屬的結(jié)構(gòu)成為人們普遍擔(dān)心的問(wèn)題。首先，廣告牌和懸空支架等經(jīng)常是大樓完工驗(yàn)收后才考慮增加的，往往未經(jīng)過(guò)正規(guī)的設(shè)計(jì)，更非專(zhuān)業(yè)施工企業(yè)施工，業(yè)主無(wú)意或有意規(guī)避政府部門(mén)監(jiān)管，沒(méi)有委托有資質(zhì)設(shè)計(jì)施工單位設(shè)計(jì)施工，經(jīng)常安全度不足，臺(tái)風(fēng)來(lái)時(shí)所以容易破壞，在我省路面及建筑物頂上廣告牌倒塌時(shí)有發(fā)生，應(yīng)進(jìn)一

8、步加強(qiáng)管理及監(jiān)督。其次，是玻璃幕墻的問(wèn)題，這又有所不同。幕墻，政府部門(mén)監(jiān)管到位，都是專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)、施工及監(jiān)理，一段時(shí)間內(nèi)，問(wèn)題不大，但長(zhǎng)期下來(lái)，有個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題，因?yàn)檎辰Y(jié)其所用的硅酮膠的有效期一般為20年，一旦老化就會(huì)變得“弱不禁風(fēng)”，玻璃很容易被風(fēng)吹脫落，危及樓下行人安全。而且，在廈門(mén)2001年的一次臺(tái)風(fēng)后，我親見(jiàn)有幾座高樓的幕墻有幾塊玻璃和石材脫落,這可能僅是施工過(guò)程中的問(wèn)題。門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)隨著我省經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展,每年新開(kāi)工的廠房數(shù)量與面積都非常大,而現(xiàn)在由于采用的鋼結(jié)構(gòu)廠房,經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、快速、鋼結(jié)構(gòu)可重復(fù)利用、土地資源也可持續(xù)利用，全國(guó)范圍的廠房都優(yōu)先采用鋼結(jié)構(gòu)，我省也是如此。廠房鋼

9、結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)與施工現(xiàn)狀是這樣的，目前鋼結(jié)構(gòu)廠房設(shè)計(jì)市場(chǎng)亂，有許多設(shè)計(jì)院結(jié)構(gòu)工程師對(duì)鋼結(jié)構(gòu)不了解，即使有設(shè)計(jì)，經(jīng)常理解比較淺，停留在會(huì)使用或準(zhǔn)確地說(shuō)是操作鋼結(jié)構(gòu)程序的層面上。我省是強(qiáng)臺(tái)風(fēng)地區(qū)，輕鋼廠房屋面是輕質(zhì)鋼板，風(fēng)載經(jīng)常是設(shè)計(jì)的控制荷載。設(shè)計(jì)中對(duì)風(fēng)荷載的取值，有不同認(rèn)識(shí)，如有偏頗的認(rèn)識(shí)其中包含許多危險(xiǎn)，應(yīng)引起政府管理部門(mén)注意。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB 50009-2001的規(guī)定：計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：公式 Wk=zszW0 式中，Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kPa(kN/)z高度z處的風(fēng)振系數(shù) s 體型系數(shù) z 高度系數(shù)：可查表7.2.1規(guī)定，也可自行計(jì)算。 W0基本風(fēng)壓 kPa(kN/)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)

10、時(shí)：公式 Wk=zszW0 式中，Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kPa(kN/) gz高度z處的陣風(fēng)系數(shù)s 體型系數(shù) z 高度系數(shù)：可查表7.2.1規(guī)定，也可自行計(jì)算。 W0基本風(fēng)壓 kPa(kN/)根據(jù)門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS102：98的附錄A中的規(guī)定：建筑物表面的風(fēng)荷載按下列公式計(jì)算公式 Wk=szW0 式中，Wk風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 kPa(kN/) s 體型系數(shù)，考慮到內(nèi)外風(fēng)壓最大值的組合，且含陣風(fēng)系數(shù)。 z 高度系數(shù)：可查GB500092001表7.2.1規(guī)定，也可自行計(jì)算。 W0基本風(fēng)壓 kPa(kN/)在這里可以看到兩個(gè)規(guī)程的表達(dá)式不一樣， GB 50009-2001 在我國(guó)已經(jīng)沿用

11、了50年了，在剛架的計(jì)算上應(yīng)該有可保證的安全度，但是存在風(fēng)振系數(shù)z計(jì)算困難的問(wèn)題，即使我們能算出結(jié)構(gòu)的自振周期，也算不出門(mén)式剛架第一振型為豎向振型的風(fēng)振系數(shù)來(lái)，這主要由于現(xiàn)行規(guī)范GB 50009-2001的風(fēng)振系數(shù)的定義及計(jì)算不夠科學(xué)，提供的計(jì)算方法主要針對(duì)多高層的豎向“葫蘆串”模型的，所以用規(guī)范提供的方法不能適用于計(jì)算門(mén)剛的風(fēng)振系數(shù)，一般的設(shè)計(jì)從未見(jiàn)有人計(jì)算門(mén)剛的風(fēng)振系數(shù)并用于設(shè)計(jì)，所以這里有概念的問(wèn)題，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以不考慮門(mén)剛的風(fēng)振系數(shù)z，不代表沒(méi)有這個(gè)z，而且這里存在著一個(gè)不安全因素在內(nèi)。實(shí)際門(mén)式剛架的第一振型一般為豎向振型而且周期值t1，都遠(yuǎn)大于0.25秒，肯定有風(fēng)振的作用。而門(mén)剛規(guī)程C

12、ECS102：98的風(fēng)載體形系數(shù)，系根據(jù)美國(guó)金屬房屋制造商協(xié)會(huì)MBMA低矮房屋體系手冊(cè)（1996）中有關(guān)小坡度房屋的規(guī)定，分別給出房屋端區(qū)和中間區(qū)的不同風(fēng)荷載體型系數(shù)s。它是根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)得出的，是專(zhuān)門(mén)針對(duì)門(mén)剛這一類(lèi)低層鋼結(jié)構(gòu)房屋，內(nèi)容詳盡，在世界多個(gè)國(guó)家使用。應(yīng)該作為我們的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)，它為剛架的承重結(jié)構(gòu)和各種圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件，房屋的不同位置不同區(qū)域系統(tǒng)詳盡的規(guī)定了風(fēng)荷載體型系數(shù)s。關(guān)鍵還在于門(mén)剛規(guī)程CECS102：98的這個(gè)s 體型系數(shù)，考慮到內(nèi)外風(fēng)壓最大值的組合，且含陣風(fēng)系數(shù)。其風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式簡(jiǎn)單，僅包含s 體型系數(shù)，z 高度系數(shù)和W0基本風(fēng)壓。避免了計(jì)算工程師無(wú)法完成的風(fēng)振系數(shù)

13、z的計(jì)算，使用起來(lái)簡(jiǎn)單適用，而且沒(méi)有概念上的歧義。檁條需要特別指出的是，檁條、屋面板等圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)風(fēng)載也應(yīng)采用門(mén)剛規(guī)程CECS102：98規(guī)定的s 體型系數(shù)；若采用荷載規(guī)范GB 50009-2001的系數(shù)，則一定要乘陣風(fēng)系數(shù)gz高度z處的陣風(fēng)系數(shù)，這在規(guī)范的7.5節(jié)里明確規(guī)定，可查表或按附錄的公式自已計(jì)算。在這兒可沒(méi)有什么經(jīng)驗(yàn)可以不考慮這個(gè)系數(shù)的，而且使用時(shí)查表也簡(jiǎn)單。忘了這個(gè)系數(shù)，檁條就危險(xiǎn)了。檁條是冷彎薄壁構(gòu)件，受壓板件或壓彎板件的寬厚比大，在受力時(shí)要屈曲，強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)采用有效寬度，對(duì)原有截面要減弱，不能象熱軋型鋼那樣全截面有效。有效寬度理論是在冷彎薄壁型鋼構(gòu)件技術(shù)規(guī)范GB50018200

14、2中5 .6節(jié)有詳盡的闡述的，有的設(shè)計(jì)人員恐怕還不了解，甚至有些設(shè)計(jì)軟件也未考慮。所以，做鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，光靠軟件不行，還要能判斷，必須具備完整的鋼結(jié)構(gòu)穩(wěn)定理論基礎(chǔ)。軟件未考慮的，自己要考慮，規(guī)范GB500182002中的條規(guī)定：結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受拉強(qiáng)度應(yīng)按凈截面計(jì)算，受壓強(qiáng)度應(yīng)按有效截面計(jì)算，穩(wěn)定性應(yīng)按有效截面計(jì)算，變形和各種穩(wěn)定系數(shù)均可按毛截面計(jì)算。”另外，在我省沿海地區(qū)，為強(qiáng)臺(tái)風(fēng)區(qū)，基本風(fēng)壓都大于0.7kN/，檁條在風(fēng)吸力作用下，會(huì)出現(xiàn)下翼緣受壓失穩(wěn)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮。建議在布置檁條的拉條時(shí)，應(yīng)考慮下翼緣的側(cè)向支撐，推薦采用小C型鋼作為剛性支撐，則可以保證上下翼緣的側(cè)向支撐和側(cè)向穩(wěn)定。彩鋼板屋蓋屋

15、面板方面，采用暗扣安裝形式的屋蓋必須注意其使用的條件限制，不可隨意使用。今年14號(hào)臺(tái)風(fēng)云娜在浙江臺(tái)州引起的全市工業(yè)企業(yè)廠房倒塌272.2萬(wàn)平方米，廠房破損756.2萬(wàn)平方米。幾乎所有的簡(jiǎn)易廠棚和臨時(shí)廠房被臺(tái)風(fēng)刮倒。其中采用暗扣安裝形式的屋蓋，破壞怠盡，沿海一帶風(fēng)力較大地區(qū)的暗扣式幾乎無(wú)一幸免。暗扣式鋼板屋蓋雖然防水性能較好，沒(méi)有螺釘孔，溫差變化時(shí)還可自由伸縮變形，沒(méi)有漏水隱患，但抗風(fēng)能力相對(duì)較差。在使用暗扣式鋼板屋蓋時(shí)，頭腦要清醒，一般的鋼板是不適合用作暗扣式鋼板屋蓋的，Q345不行，Q235更不行，要用則必須經(jīng)過(guò)精確計(jì)算和試驗(yàn)才可以。BHP的G550的板材才可以用作暗扣式鋼板屋蓋，其壓出的卡

16、口才具有足夠的剛度，在風(fēng)吸力作用下，不至于脫出，澳大利亞BHP屋面板有完整的配件體系，并經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格測(cè)試，成熟后才推向市場(chǎng)的。國(guó)內(nèi)廠家對(duì)其進(jìn)行仿造，學(xué)其防水好的優(yōu)點(diǎn)，但材料不同、產(chǎn)品未經(jīng)論證成熟即進(jìn)入市場(chǎng)，一般結(jié)構(gòu)工程師也無(wú)法了解，以為廠家更專(zhuān)業(yè)，其實(shí)80的廠家在這上面并不專(zhuān)業(yè)。浙江的鋼結(jié)構(gòu)比我省發(fā)展要好得多，但也要出現(xiàn)這樣的外行的做法。故建議在當(dāng)前國(guó)產(chǎn)暗扣式鋼板屋蓋設(shè)計(jì)施工安裝技術(shù)尚不成熟的情況下，應(yīng)盡量避免采用國(guó)產(chǎn)暗扣式鋼板屋蓋，宜采用螺釘式或卷邊咬合式鋼板屋蓋。如要采用暗扣式鋼板屋蓋，必須要有可靠的設(shè)計(jì)施工安裝技術(shù)和成熟的施工工藝，或采用國(guó)外象BHP公司全套的暗扣式鋼板屋蓋系統(tǒng)，即使這

17、樣仍然建議：在暗扣式鋼板屋蓋的屋脊及檐口部位打上抗風(fēng)螺釘進(jìn)行防臺(tái)風(fēng)加固。 高層建筑對(duì)風(fēng)荷載作用的研究現(xiàn)狀，前文已有論述，而且現(xiàn)有的規(guī)范規(guī)定已能滿足一般的設(shè)計(jì)要求，對(duì)超高層，高層樓群的風(fēng)載群體效應(yīng)，現(xiàn)有的規(guī)范也有相應(yīng)的規(guī)定，該進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)試風(fēng)壓體型系數(shù)的，也有相應(yīng)詳細(xì)的規(guī)定，而且高層建筑一般由設(shè)計(jì)院正規(guī)設(shè)計(jì)不致在強(qiáng)風(fēng)下出現(xiàn)什么災(zāi)難。大跨度空間結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)懸臂懸挑結(jié)構(gòu)對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)懸臂懸挑結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載的研究現(xiàn)狀，前文也已有論述，在目前的設(shè)計(jì)應(yīng)用中，同樣在風(fēng)荷載的取值上也存在認(rèn)識(shí)的不足。與門(mén)式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)有些類(lèi)似，大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)的自振的振型是豎向振動(dòng)模態(tài)，而且從現(xiàn)有的研究結(jié)論看，其動(dòng)力特性

18、通常具有頻率密集性，而且高階振型模態(tài)對(duì)風(fēng)振的貢獻(xiàn)不可忽略，并且各振型之間還存在風(fēng)振動(dòng)力響應(yīng)的耦合，其耦合項(xiàng)影響也不可忽視。目前高校、研究機(jī)構(gòu)對(duì)這類(lèi)結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)主要采用直接基于隨機(jī)振動(dòng)理論的時(shí)域法、頻域法，但這類(lèi)方法，絕大部分的結(jié)構(gòu)工程師無(wú)法掌握，應(yīng)用就更困難了。所以我說(shuō)，目前國(guó)家規(guī)范中關(guān)于結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法不夠科學(xué)的，主要指風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算方法不夠科學(xué)，現(xiàn)行規(guī)范GB 50009-2001的風(fēng)振系數(shù)的定義及計(jì)算基本上是針對(duì)多、高層結(jié)構(gòu)和高聳結(jié)構(gòu)，僅考慮結(jié)構(gòu)的第一階振型，與大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)是完全不同的。這類(lèi)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)取值是比較困難的，對(duì)周邊封閉的四邊支撐的平板網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，按以往的經(jīng)驗(yàn)可以不考

19、慮風(fēng)振系數(shù)z，但必須明確這僅是經(jīng)驗(yàn)，不考慮不等于沒(méi)有風(fēng)振響應(yīng)。但對(duì)于其他的各種形式特別體型高大、外形復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，其風(fēng)振的影響必須考慮。但要怎么考慮它，卻依然困難。上面討論了這類(lèi)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)值的風(fēng)振系數(shù)項(xiàng)，規(guī)范表達(dá)式中，還有基本風(fēng)壓w0及高度系數(shù)z項(xiàng)，這兩項(xiàng)是確定的，設(shè)計(jì)時(shí)均好計(jì)算；還有一項(xiàng)s 體型系數(shù)，對(duì)大跨度空間結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)懸臂懸挑結(jié)構(gòu)往往體型復(fù)雜，超過(guò)的荷載規(guī)范表7.3.1中規(guī)定項(xiàng)的范圍。沒(méi)有條件進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)的，中小型的建筑就得憑經(jīng)驗(yàn)結(jié)合規(guī)范來(lái)確定體型系數(shù)，但對(duì)于超過(guò)60米的大跨度、超過(guò)100米的超大跨度、造型復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，或者換個(gè)說(shuō)法，大型的大跨度公共建筑如：體育場(chǎng)挑蓬、體育館、游

20、泳館、會(huì)展中心等等，建議進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓體型系數(shù)。這方面我做過(guò)三個(gè)風(fēng)洞試驗(yàn)，分別是福建省跳水游泳館，福建省體育館，莆田市體育中心田徑場(chǎng)的挑蓬，這三個(gè)工程都已經(jīng)建成并投入使用；在我省還有一個(gè)工程：漳州市體育場(chǎng)挑蓬，也做了風(fēng)洞試驗(yàn)，但此工程尚未建成。風(fēng)洞試驗(yàn)也有不同的水準(zhǔn)，我們一般由于投資的關(guān)系，而且項(xiàng)目非國(guó)家重點(diǎn)工程且不帶普遍指導(dǎo)性，試驗(yàn)所用的模型都采用了“剛性模型”，試驗(yàn)結(jié)果就給出了建筑物表面各測(cè)點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)值，可換算為s 體型系數(shù)，風(fēng)振系數(shù)z一般還得經(jīng)過(guò)有限元的振動(dòng)分析，采用前文提到的時(shí)域法、頻域法進(jìn)行分析計(jì)算后，給出。若高標(biāo)準(zhǔn)采用“氣動(dòng)彈性模型”進(jìn)行試驗(yàn)的話，可以直接給出含風(fēng)振

21、效應(yīng)的體型系數(shù)，可直接計(jì)算出表面風(fēng)載設(shè)計(jì)值，這種模型一般用于航空、航天器的試驗(yàn)，試驗(yàn)費(fèi)當(dāng)然也會(huì)翻幾番了。所以我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)采用了建筑物表面的體型系數(shù)及經(jīng)過(guò)數(shù)值分析給出的大致平均的風(fēng)振系數(shù)，算出設(shè)計(jì)的風(fēng)荷載。根據(jù)我們積累的經(jīng)驗(yàn)，也結(jié)合雜志上人家發(fā)表的關(guān)于空間結(jié)構(gòu)風(fēng)振方面的文章，對(duì)中小型的空間結(jié)構(gòu)，風(fēng)振系數(shù)可以采用荷載規(guī)范中計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的陣風(fēng)系數(shù)替代，用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)，應(yīng)能滿足結(jié)構(gòu)的安全度要求。這樣的話，風(fēng)振系數(shù)計(jì)算的難題就很方便的得以解決了，當(dāng)然這樣處理不具備嚴(yán)格的物理概念和什么理論推導(dǎo)。對(duì)大型的大跨度、長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)的屋蓋和檁條系統(tǒng)問(wèn)題與門(mén)式剛架結(jié)構(gòu)是同樣的。這里有概念的問(wèn)題，實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以不考慮門(mén)剛、小于

22、60米的大跨度、懸臂結(jié)構(gòu)的風(fēng)振系數(shù)z，不代表沒(méi)有這個(gè)z，而且這里存在著一個(gè)不安全因素在內(nèi)。實(shí)際門(mén)式剛架、第一振型為豎向振型而且周期值t1都遠(yuǎn)大于0.25秒，肯定有風(fēng)振的作用。大跨度膜結(jié)構(gòu)大跨空間薄膜結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載和響應(yīng)的干擾效應(yīng)及抗風(fēng)設(shè)計(jì)方法等尚處在研究階段，而膜結(jié)構(gòu)的規(guī)程尚在編寫(xiě)之中。薄膜結(jié)構(gòu)具有明顯的非線性特性，顯然線性結(jié)構(gòu)的隨機(jī)風(fēng)振分析方法已不再適用。必須采用非線性隨機(jī)振動(dòng)分析方法，這就更加困難了。單就膜結(jié)構(gòu)的靜力分析中，就既有幾何非線性又有材料非線性，先要找形分析，再進(jìn)行荷載分析，最后加工成型還需要幾何裁剪分析。一般是采用國(guó)外的軟件進(jìn)行分析的。目前我省的幾個(gè)膜結(jié)構(gòu)工程，雖已施工，但都是由專(zhuān)業(yè)的膜結(jié)構(gòu)廠家提供的設(shè)計(jì)，他們采用國(guó)外的成熟的應(yīng)用軟件進(jìn)行分析，其過(guò)程可能不會(huì)有問(wèn)題，但是分析的前提，采用的風(fēng)荷載，是不是合適呢，肯定是沒(méi)有經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的非線性隨機(jī)振動(dòng)分析得到，恐怕經(jīng)不起嚴(yán)格的推敲，薄膜結(jié)構(gòu)不是我的專(zhuān)長(zhǎng)，我也無(wú)法作出準(zhǔn)確評(píng)判。但薄膜結(jié)構(gòu)跨度大的，或者象體育場(chǎng)的大挑蓬在應(yīng)用時(shí)，總應(yīng)該慎重認(rèn)真對(duì)待為好，廠家專(zhuān)業(yè)技術(shù)水準(zhǔn)參差不齊，都交給他們，隱患很大。鄉(xiāng)村低矮民居事實(shí)上，我國(guó)風(fēng)災(zāi)造成巨大的人員傷