關(guān)鍵詞：風(fēng)荷載；結(jié)構(gòu)；研究現(xiàn)狀 

　　1、引言 

　　風(fēng)災(zāi)是自然災(zāi)害中影響較大的一種，它每年都給人類生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失。據(jù)估計(jì)，全球每年由于風(fēng)引起的損失高達(dá)100億美元。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特別是在高聳結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁、屋蓋結(jié)構(gòu)中，風(fēng)荷載是一個(gè)極其重要的設(shè)計(jì)荷載。而對(duì)于高聳、高層結(jié)構(gòu)和玻璃幕墻結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)荷載引起的響應(yīng)在總荷載中占有相當(dāng)大的比重，甚至起著決定性的作用，合理的抗風(fēng)設(shè)計(jì)對(duì)保障這些建筑結(jié)構(gòu)的功能有重要的意義。在風(fēng)力作用下，屋面常受到很大的吸力，如果自重等荷載的作用不足以抵抗吸力的作用，屋面將會(huì)被掀起而破壞。風(fēng)荷載作為屋蓋結(jié)構(gòu)的主要外來荷載，是引起破壞的主要原因。 

　　2、風(fēng)荷載的基本概念 

　　在工程設(shè)計(jì)中，風(fēng)力常用風(fēng)壓來表示。根據(jù)測(cè)得的風(fēng)速可以求出風(fēng)壓，風(fēng)速是隨高度、周圍地貌的變化而變化的。在設(shè)計(jì)中所用的風(fēng)壓是基本風(fēng)壓�；�本風(fēng)壓是按規(guī)定的地貌和高度所測(cè)風(fēng)速經(jīng)統(tǒng)計(jì)換算確定的。離地面越近，地面對(duì)風(fēng)的摩阻也越大，風(fēng)速便會(huì)減小。我國(guó)現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定的基本風(fēng)壓是以10米高為標(biāo)準(zhǔn)高度。風(fēng)速與地表的粗糙度有關(guān)，粗糙度越大，風(fēng)能消耗也越大，平均風(fēng)速便減小，我國(guó)將地表粗糙度分為A、B、C三種。風(fēng)載具有很大的隨機(jī)性，因而對(duì)最大風(fēng)速的測(cè)試結(jié)果各年都不一樣，但在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須保證結(jié)構(gòu)的安全性，也就是所用的風(fēng)荷載必須具有很大的代表性和預(yù)防性。 

　　我國(guó)目前所用的最大風(fēng)速的重現(xiàn)期對(duì)一般結(jié)構(gòu)是30年一遇；對(duì)高層建筑是50年一遇；對(duì)特別重要的結(jié)構(gòu)是100年一遇。屋蓋結(jié)構(gòu)是房屋中的重要部分，它起著圍護(hù)及承重作用。在風(fēng)力的作用下，屋蓋受到很大的風(fēng)荷載，如果結(jié)構(gòu)的自承重等荷載不足以抵抗吸力的作用，屋蓋則有可能被掀起而破壞。因此在屋蓋設(shè)計(jì)中，風(fēng)荷載是一個(gè)比較重要的設(shè)計(jì)荷載。在實(shí)際情況下，風(fēng)的方向是任意的。對(duì)一個(gè)具體結(jié)構(gòu)來說，在風(fēng)荷載的作用下，既有水平分力，又有豎向分力。對(duì)大多數(shù)結(jié)構(gòu)，水平風(fēng)力起主導(dǎo)作用。對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)而言，當(dāng)風(fēng)力沿水平方向時(shí)，其風(fēng)荷載通常是垂直于屋面的，沿豎向方向的分力很大。因而對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)既得考慮水平方向的風(fēng)荷載，也得考慮垂直方向的風(fēng)荷載。 

　　3、結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的研究現(xiàn)狀 

　　3.1我國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范的在結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用研究現(xiàn)狀 

　　中國(guó)規(guī)范將風(fēng)荷載擺到了一個(gè)極其重要的位置，在多個(gè)規(guī)范中都對(duì)風(fēng)荷載作有規(guī)定中以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》為主。我國(guó)自建國(guó)以來，隨著土木工程學(xué)科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進(jìn)、完善。現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》是在修訂后于 2006 年 11 月 1 日起實(shí)施的。我國(guó)自建國(guó)以來，隨著土木工程學(xué)科蓬勃發(fā)展，荷載規(guī)范也在不斷地改進(jìn)、完善。經(jīng)過 1987 年和 2001 年兩次大的修改后，我國(guó)現(xiàn)行的風(fēng)荷載規(guī)范整體水平與先進(jìn)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際接近，研究發(fā)現(xiàn)無論是剛性結(jié)構(gòu)還是柔性結(jié)構(gòu)，中國(guó)規(guī)范的計(jì)算結(jié)果與隨機(jī)振動(dòng)理論的計(jì)算結(jié)果相差不大。 

　　風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為： （3.1） 

　　其中， 為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值 

　　為高度z 處的風(fēng)振系數(shù) 

　　為風(fēng)荷載體型系數(shù) 

　　為風(fēng)壓高度變化 

　　為基本風(fēng)壓 

　　但有些地方可能還需要改進(jìn)或完善，如：一些常見建筑的體型系數(shù)需要細(xì)化，局部體型系數(shù)和內(nèi)壓系數(shù)等需要完善；規(guī)范中沒有橫風(fēng)向風(fēng)振和大跨屋蓋結(jié)構(gòu)風(fēng)振的具體規(guī)定；對(duì)于超大高寬比的建筑結(jié)構(gòu)，沒有考慮氣動(dòng)阻尼對(duì)順風(fēng)向設(shè)計(jì)風(fēng)荷載和橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響；采用的“慣性風(fēng)荷載法”在計(jì)算建筑物的等效靜力風(fēng)荷載時(shí)存在有一定的缺陷；順風(fēng)向的平均風(fēng)力偏大而脈動(dòng)風(fēng)的峰因子偏小等。此外，對(duì)于高度較高的超高層建筑結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行順風(fēng)向風(fēng)振計(jì)算時(shí)應(yīng)計(jì)入二階，甚至更高階振型的影響，這樣才能有較好的精度以滿足結(jié)構(gòu)的承載力設(shè)計(jì)要求。總之，體型系數(shù)的細(xì)化、高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振、大跨及懸挑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振、建筑物群體相互影響、居住舒適性及建筑風(fēng)環(huán)境等是規(guī)范有待今后豐富和完善的內(nèi)容。 

　　3.2結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的可靠度分析研究現(xiàn)狀 

　　自然界中的風(fēng)荷載是一隨機(jī)性非常強(qiáng)的荷載，因此高層、高聳結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的響應(yīng)也呈現(xiàn)出相應(yīng)的隨機(jī)性。因此為了處理這些不確定因素，我們有必要從可靠度的角度出發(fā)進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析。而由于風(fēng)荷載又是隨時(shí)間變化的動(dòng)荷載，因此在分析的時(shí)候，必須要考慮其對(duì)結(jié)構(gòu)的動(dòng)力效應(yīng)，也就是要進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力可靠度分析。 

　　20 世紀(jì) 40 年代，美國(guó)學(xué)者 Rice 研究了結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)與某一固定界限的交叉問題，建立了在給定時(shí)間內(nèi)交叉次數(shù)和其期望值的數(shù)學(xué)表達(dá)式，從而為隨機(jī)過程的首次超越和極值理論的廣泛、深入研究開辟了途徑。此后眾多學(xué)者對(duì)首次超越問題進(jìn)行了大量研究，但對(duì)許多有實(shí)際意義的工程系統(tǒng)，仍無法得到封閉形式的解析解，只有一些具有不同復(fù)雜程度和精度的近似解，如 Gauss 分布法、Rayleigh分布法、Possion 過程法等等。隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展和快速傅立葉變換的出現(xiàn)，帶動(dòng)了隨機(jī)振動(dòng)分析計(jì)算的發(fā)展。 

　　與此同時(shí)，動(dòng)力可靠度在各個(gè)領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。許多學(xué)者對(duì)各類系統(tǒng)在隨機(jī)動(dòng)荷載作用下的可靠度問題進(jìn)行了研究，如：建筑結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載和地震荷載作用下的動(dòng)力可靠度分析、橋梁結(jié)構(gòu)在列車荷載作用下的可靠度分析、海上平臺(tái)在波浪作用下的可靠度問題等等。自上世紀(jì) 80 年代以來，我國(guó)陸續(xù)有不少學(xué)者對(duì)高層、高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)動(dòng)力可靠度問題進(jìn)行了許多有意義的研究，得到不少有意義的結(jié)論。但是可以發(fā)現(xiàn)，這些研究都是針對(duì)某一特定結(jié)構(gòu)，對(duì)其在風(fēng)荷載作用下的可靠度進(jìn)行的分析。由于結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)可靠度將在很大程度上取決于該結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)情況，因此其結(jié)果也出現(xiàn)了很大的差距，我們無法從中對(duì)我國(guó)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的可靠度作出大致的評(píng)估。而如前文所述，我國(guó)規(guī)范采用等效風(fēng)荷載代替實(shí)際風(fēng)荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這給實(shí)際的設(shè)計(jì)工作帶來極大的便利。但是自然界中實(shí)際的風(fēng)荷載是隨時(shí)間隨機(jī)變化的，而等效風(fēng)荷載是確定的、不隨時(shí)間變化的。因此，上述等效必然是在一定概率意義上的等效。因此，如果能夠?qū)Φ刃эL(fēng)荷載的可靠度進(jìn)行分析，我們變能夠?qū)ξ覈?guó)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的安全度有一個(gè)整體上的評(píng)估。 

　　4、結(jié)論 

　　風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)作用會(huì)產(chǎn)生很大的影響，經(jīng)過半多個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，有關(guān)風(fēng)作用下結(jié)構(gòu)反應(yīng)的研究取得了巨大的進(jìn)步，并逐漸形成了一門新興的邊緣學(xué)科，本文主要從風(fēng)荷載定義開始介紹，然后通過我國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范的研究現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的可靠度分析兩方面研究結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的研究現(xiàn)狀及研究意義。 

　　參考文獻(xiàn) 

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　　[2]： 賀德馨。我國(guó)風(fēng)工程研究現(xiàn)狀與展望。力學(xué)與實(shí)踐，2002，24（4）10～19。 

　　[3]： Simiu E， Scanlan R H。風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用――風(fēng)工程導(dǎo)論[M]。第2版。