绍兴文理学院土木工程学院 浙江绍兴 312000
摘要：目前，关于建筑物横风向荷载与响应的相关问题仍较为复杂，风荷载是高层或是超高层建筑物所承受的主要侧向荷载，与尾流、来流紊流和气动反馈密切相关。此文主要从风效应、横风向气动力的确定方法、横风向气动阻尼的识别方法、横风向等效静力风荷载的计算方法和风效应相关模型几个方面对横风向风效应进行研究探讨。
关键词：横风效应 高层建筑 荷载
1.风效应的定义
风效应可分为顺风向结构风效应和横风向结构凤效应，是由于风力产生的结构位移，速度和加速度响应而产生。对于高层建筑或超高层建筑，横风向风效应对建筑结构产生的影响更大。
2.横风向气动力的确定方法
2.1 气动弹性响应反演法
气动弹性响应反演法是用单自由度气动弹性模型风洞试验的中得到的动力特性参数从而反演出横风向气动力谱，并且这种方法略去了气动反馈作用。这个方法的具体做法需要在忽略高阶模态影响的基础前结合模型的动力特性参数反演模态广义横向位移响应谱。通过这个方法就可以了解紊速度、折算风速、高宽比、截面形状、涡旋共振、非线性及角沿修正对动力气谱的影响。但是这个方法也有它的缺陷或是不足之处，他的适用范围受到限制，只适用于一定风速作用下具有一定刚度的建筑，这就是他的运用受到了很大的局限性，并且这个方法也存在较大的误差。
2.2 刚性模型表面风压积分法
刚性模型表面风压积分法就是对刚性模型表面风压进行空间积分，得到高层建筑的横风向气动力谱。我们通过同步测压试验分解横风向气动力谱的方法，第一，可以解释高层建筑横风向气动力谱的结构部分；第二，可以计算出结构基阶和高阶广义气动力谱。当然，这种方法也有它的不足，就是操作过程繁复，也会存在一定的误差。
3.横风向气动阻尼的识别方法
3.1 刚性模型与气动弹性模型试验比较法
这种方法是通过横风向气动力谱与气动力阻尼相结合，从而能够计算得出与实际测量结构很吻合的横风向响应。通过实验研究表明：在城市风场的条件之下，其中的方形建筑物横风向响应是启动稳定的；另外，由于质量阻尼系数，开阔地区的横风向响应则可分为气动稳定区、气动非稳定区和气动发散区三个区域。这是一种更加直接，更容易让人们理解和接受的方法，与此同时，他对精度有着更高的要求，需将误差降到极致[1]。
3.2 系统参数识别法
系统参数识别法主要是用其随机方法从模拟风场中气动弹性模型的随机响应输出信息中识别出气动阻尼。其中参数识别的随机方法有很多，主要是频域方法、时频方法和及时域方法。
4.横风向等效静力风荷载的计算方法
对于目前而言，横风向等效静力风荷载的计算方法主要有两种：第一种主要用于方形或是矩形截面的建筑物结构，其方法是利用横风向广义气动力谱、基底弯矩系数和气动阻尼比的经验公式，从而求出建筑物横风向等效静力风荷载的共振分量和组合分量，结合形成横风向等效静力风荷载；第二种是把横风向基阶模态的惯性风荷载作为横风向等效静力风荷载，就可以准确计算出共振分量，但并没有计算出背景分量，而且忽略了气动阻尼的影响，所以这个方法不适用于哪些背景分量较大的情况，不然会造成较大误差。
风荷载是高层建筑设计中工程师关心的主要问题之一。与地震需求相比，低频风荷载谱具有更多的能量，这就是频率较低的高层建筑对风荷载更为敏感的原因。等效静风荷载是计算湍流-结构相互作用引起的平均风荷载和脉动效应的主要方法，称为阵风效应。目前最常用的计算方法是阵风载荷因子法，现行规范和标准普遍采用这种方法。基准力矩阵风载荷因子法对基准力矩阵风载荷因子法进行了进一步改进，消除了基准力矩阵风载荷因子法的不足。
5.风效应相关模型的介绍
流固耦合数值模型，建立与实际建筑有相似外形和动力特性的结构模型，采用壳单元来建立结构有限模型，通过调试使得有限模型的第二阶频率与结构实际结构完全相同。需将建筑物底面设为刚接，同时将结构与流场接触的表面设为流固耦合交界面，其过程主要是依靠ANSYS的瞬态响应分析模块和CFX的流场计算模块进行流固耦合计算，再由CFX求解器获取风压时程信息，以力的形式传送到ANSYS求解器并作用与结构；同时ANSYS求解器可进行计算获得结构振动数据，再反馈到CFX求解器，从而加载于流固耦合面上，此过程完成后，再经CFD-POST模快处理后就可得到整个耦合过程中的振动和流场信息。
同时，也有学者建立了缩放风道的三维 cfd 模型，并通过实验数据和数值模拟数据的比较，验证了数值模型的正确性[2]。基于风荷载分层分析方法，研究了出口角度对风速增长的影响，并对横风向风速变化的机理进行了分析和讨论。对模型进行了优化设计，并通过原型修正的模型试验验证了模拟研究结果。
6通风超高层建筑对邻近超高层建筑的风干扰效应
在超高层建筑上开设通风孔是降低结构风致响应、提高其抗风性能的有效途径。然而，它对邻近超高层建筑物的干扰效应却很少有人研究。有学者以广东国际金融中心和广州周大福金融中心（ctf）两座实际相邻的建筑为例，进行了高频力平衡风洞试验，研究了 ifc 通风口对 ctf 风振响应的干扰效应[3]。结果表明，当 ctf 位于 ifc 下游区域时，ifc 上的通风口使 ctf 侧风气动载荷功率谱密度的高能频带明显偏移到下游区间。风振响应可以根据结构固有频率的降低而显著放大或缩小。由于结构基础弯矩计算的折减固有频率通常小于加速度响应计算的折减固有频率，因此通风开口有利于结构安全设计中的侧风基础弯矩响应，不利于乘员舒适性评价中的加速度响应。
参考文献：
[1]Brendan Croom，Sreehari Rajan，Fabio Matta，Artem Aleshin，Troy Myers，Michael A.Sutton.Modeling of asphalt roof shingle structures with dual sealant strips；optimization for improved delamination resistance under high wind loads[J].Journal of Building Engineering，2020，30.
[2]WIND EFFECTS ON FOUNDATIONS OF SILOS AND LIGHT STRUCTURES：SOLUTION BY USE OF STEEL PILES IN DIABASIC SOIL[J].Engenharia Agrícola，2019，39（3）.
[3]Experimental study of the neighborhood effects on the mean wind loading over two equivalent high-rise buildings[J].Latin American Journal of Solids and Structures，2018，15（3）.
1 作者简介：吴泽燚（1999年9月-），浙江萧山人，土木工程专业，本科生，Email：2313041384@qq.com