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)，過大的振動(dòng)加速度將使在高樓內(nèi)居住的人們感覺不舒適，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

空氣來流沿高層建筑高度分布的風(fēng)力可通過下式表達(dá)：

其中：ρ為空氣密度；

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

是來流風(fēng)速。

風(fēng)速是平均風(fēng)速與脈動(dòng)風(fēng)速的合成，即：

一般來說，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�；�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�。粚�(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)基本周期長時(shí)，阻尼比較�。�

2）隨著建筑高度的增加，結(jié)構(gòu)阻尼比減��；

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)振舒適度問題涉及的結(jié)構(gòu)一般是高度高，基本周期長，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)于地震作用來說，風(fēng)力作用持續(xù)時(shí)間較長，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展得愈大，如發(fā)生強(qiáng)大陣風(fēng)時(shí)，連梁塑性鉸會(huì)過早出現(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。在長時(shí)間的風(fēng)荷作用下，這無疑對(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)荷載作用下裂縫開展過早過大，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)。