隨著現(xiàn)在建筑美學的發(fā)展和使用功能的要求，現(xiàn)代建筑結(jié)構朝著高層和大跨度的方向發(fā)展。因此在結(jié)構設計中風荷載越來越重要，有時至起決定性的作用。該文主要闡述作用在結(jié)構上的風壓、風力和風振系數(shù)、高層建筑結(jié)構風振系數(shù)和風振響應的精確方法，并介紹了高層建筑的風振控制的多種方法。 

　　目前世界上正在經(jīng)歷著史無前例的高層、超高層建筑建設高峰。芝加哥西爾斯大廈（Sears tower）曾以443m的高度穩(wěn)坐世界最高建筑物寶座26年。而現(xiàn)在世界上，擬建、在建和已建的400m以上的結(jié)構有37棟，尤以正在建造且已超過700m的迪拜大廈（Burj Dubai）為首。發(fā)達國家甚至提出了千米高度量級的“空中城市”的概念。隨著結(jié)構高度的增加和高強材料的使用，低阻尼、高柔結(jié)構的風振響應更加顯著，使得強風作用下的結(jié)構風荷載成為結(jié)構安全性和舒適性設計的控制荷載。 

　　從Davenport最早將隨機概念和方法引入建筑結(jié)構的抗風研究30多年以來，在建筑結(jié)構的順風向荷載及響應的研究方面，已逐漸形成比較完善的計算理論和方法，主要成果也反映在多數(shù)國家的建筑結(jié)構荷載規(guī)范中。 

　　風的特征及風壓 

　　風是空氣相對于地面的運動。由于太陽對地球上大氣加熱和溫度上升的不均勻性，從而在地球相同高度的兩點之間產(chǎn)生壓力差，這樣使不同壓力差的地區(qū)產(chǎn)生了趨于平衡的空氣流動，便形成了風。 

　　大量的統(tǒng)計資料表明，近地風的平均風速隨著高度的升高而增大，同時對應于不同的地面粗糙度具有不同的變化規(guī)律。通�？刹捎蔑L速剖面來描述平均風。平均風剖面是微氣象學研究風速變化的一種方法。目前，氣象學家認為用對數(shù)律表示大氣底層強風風速廓線比較理想，其表達式為 

　　式中——大氣底層內(nèi) 高度處的平均風速； 

　　——摩擦速度或流動剪切速度； 

　　K——卡曼（Karman）常數(shù)，k 0.40； 

　　——地面粗糙長度（m）； 

　　——有效高度（m）： 

　　=， 

　　其中z——離地高度（m）； 

　　——零平均位移（m）。 

　　風壓是建筑結(jié)構設計中的基本設計依據(jù)之一，其取值的大小對高層（高聳）和大跨度結(jié)構的安全性、適用性、耐久性及是否經(jīng)濟有密切的關系.基本風壓系以當?shù)乇容^空曠平坦地面上離地比較離地10m高統(tǒng)計所得的50年一遇10min平均最大風速、按確定的風壓�；�本風壓值不得小于0.3kN/m2。我國不同城市和地區(qū)的基本風壓直接查用《建筑結(jié)構荷載規(guī)范》的全國基本風壓分布圖。當城市或建設地點的基本風壓不能查收時，基本風壓值可根據(jù)當?shù)啬曜畲箫L速資料，按基本風壓定義，通過統(tǒng)計分析確定。 

　　風荷載的計算 

　　風力的計算。風荷載是結(jié)構設計的重要荷載，在工程計算中，常采用集中風荷載 

　　式中，為順風向z高度處總靜力風荷載；為順風向z高度處靜力風荷載；為順風向z高度處風振動力風荷載。 

　　式中，Az為垂直于建筑物表面上平均風荷載受風面積（m2）； 

　　為風荷載體型系數(shù)； 

　　為風壓高度變化系數(shù)； 

　　為基本風壓。 

　　風振系數(shù)的計算。風振系數(shù)。在結(jié)構設計中，習慣用等效靜力風荷載來考慮風的動力效應。而等效靜力風荷載可以用靜力風荷載和風振系數(shù)的乘積表示，所以對風振系數(shù)的研究就顯得尤為重要。常用的風振系數(shù)有荷載風振系數(shù)和位移風振系數(shù)。荷載風振系數(shù)定義為節(jié)點靜動力風荷載的總和與靜力風荷載的比值，即：位移風振系數(shù)定義為節(jié)點靜動位移的總和與靜位移的比值，即： 

　　位移風振系數(shù)定義為節(jié)點靜動位移的總和與靜位移的比值，即 

　　式中，u、和分別為總風響應、平均風響應和脈動風響應。 

　　高層建筑結(jié)構的風振計算。我國的《建筑筑結(jié)構荷載規(guī)范》（GB50009-2001）規(guī)定：對于構筑物，當高層（高聳）建筑和大跨度屋蓋自振基本周期T≥0.25s時，或?qū)τ诮ㄖ�物，當高度超過30m且高寬比大于1.5時，（對于廠房，跨度在36m以上）建議考慮風振影響。對于T≥0.25s的構筑物和高度小于30m或高寬比小于1.5的房屋建筑，以及小于上述跨度的屋蓋，雖然也存在少量風壓脈動的影響，但此時往往按構造要求進行設計，結(jié)構有足夠的剛度，因而一般不考慮風振影響。然而，隨著我國建筑的飛速發(fā)展，很多建筑結(jié)構都進入了要考慮風振的影響的行列。我國規(guī)范給出了高層結(jié)構順風向的風振系數(shù)。在z高度處的風振系數(shù)zb的計算公式如下 

　　。 

　　式中分別為脈動增大系數(shù)、脈動影響系數(shù)和振型系數(shù)，三者可以查規(guī)范的表格得到。zm為風壓高度變化系數(shù)。 

　　高層建筑風振控制 

　　高層建筑的風振控制有多種方法，包括調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（Tuned Mass Damper，簡稱TMD）、調(diào)頻液柱阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱TLCD）、調(diào)頻液體阻尼器（Tuned Liquid Damper，簡稱TLD）、擋風板（Aerodynamic Appendays）控制、錨索控制、粘彈性阻尼器一類的耗能構件控制等，其中，調(diào)頻質(zhì)量阻尼器、擋風板控制和錨索控制等又分主動控制和被動控制，本文只對調(diào)頻質(zhì)量阻尼器和調(diào)頻業(yè)主阻尼器和粘彈性阻尼器等比較常見的被動風振控制方法進行介紹。 

　　調(diào)頻質(zhì)量阻尼器（TMD） 

　　調(diào)頻質(zhì)量阻尼器在實際高層中已得到應用，例如1977年在美國波士頓約翰漢考克大廈（John Hancock Tower，Boston）和1978年在紐約西蒂柯布中心（Citicorp Center，New York）分別安裝了調(diào)頻質(zhì)量阻尼器，西蒂柯布中心安裝的調(diào)頻質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)。 

　　調(diào)頻液柱阻尼器（TLCD）。調(diào)頻液柱阻尼器是一種U型的管狀水箱，并在水平管得中不設置格蘭，為的是增加阻尼。U型的管狀水箱安裝固定在建筑物的頂部。當建筑物在風荷載作用下運動時，水箱將一同運動一同運動，致使水箱中的水晃動，水晃動產(chǎn)生的慣性力對水箱壁的作用就形成了對建筑物的減振力。 

　　粘彈性阻尼器。正如減速器能使門的關閉速度減緩那樣，在高層建筑物內(nèi)部安裝粘彈性阻尼器，同樣能達到減小結(jié)構物擺動的目的。粘彈性阻尼器已成功地應用于美國紐約世界貿(mào)易中心（110層）和西雅圖哥倫比亞中心（77層）等大樓中。 

　　在高層建筑和大跨度建筑結(jié)構設計中，風振響應和風振系數(shù)是計算的重點和難點之一。我國的規(guī)范提供高層高聳結(jié)構在順向風效應的風振系數(shù)的計算方法，這一方法不太適用于復雜高層建筑和大跨度建筑。因此，在復雜的高層建筑和大跨度建筑設計時，風荷載的確定需要采用其它更精確的方法來確定。