防灾减灾工程学 第五章 风灾害课件.ppt

第五章 风灾害与防风减灾对策,5.1 风的基本概念和类型,风的成因 形成风的直接原因，是气压在水平方向分布的不均匀。简单地说，风是空气分子的运动。由于地球上各纬度所接受的太阳辐射强度不同，在赤道和低纬度地区，太阳高度较大，日照时间长，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量多、温度较高；在高纬度地区，太阳高度较小，日照时间短，太阳辐射强度强，地面和大气接受的热量少、温度低。太阳的辐射造成地球表面受热不均,引起大气层中压力分布不均空气沿水平方向运动形风。风的形成乃是空气流动的结果。,自然界中能够产生灾害的常见风主要有：热带气旋季风龙卷风其中以热带气旋和龙卷风造成的灾害为最。,5.1.1 热带气旋,热带气旋“马拉”于4月29日抵达缅甸西南部，造成2人死亡，21人受伤，大约有600栋房屋等建筑被毁坏，5座工厂受到破坏。当地居民和游客已于4月30日被迫紧急撤离。图为缅甸首都仰光郊区的一座遭到热带气旋“马拉”破坏的厂房。,定义,热带气旋(Tropical Cyclone)是一种低气压天气系统，于热带地区离赤道平均3-5纬度外的海面(如南北太平洋，北大西洋，印度洋)上形成，其它移动主要受到科氏力及其它大尺度天气系统所影响，最终在海上消散、转化为温带气旋或在登陆陆地后消散。登陆陆地的热带气旋可以造成严重的财产或人命伤亡，是由天气引发天灾的一种。不过热带气旋亦是大气循环其中一个组成部分，能够将热能及地球自转的角动量由赤道地区带往较高纬度。,根据中国气象局“关于实施热带气旋等级国家标准”的通知，热带气旋按底层中心附近最大风速划分为六个等级，“台风”仅是其中之一。一、热带低压，底层中心附近最大平均风速10.817.1米 秒，即风力为67级；二、热带风暴，底层中心附近最大平均风速17.224.4米秒，即风力89级；三、强热带风暴，底层中心附近最大平均风速24.532.6米秒，即风力1011级；四、台风或飓风，底层中心附近最大平均风速32.741.4米秒，即1213级；五、强台风，底层中心附近最大平均风速41.550.9米秒，即1415级；六、超强台风，底层中心附近最大平均风速51.0米秒，即16级或以上。,热带气旋的命名 世界气象组织台风委员会第31届会议决定西北太平洋和南海热带气旋命名系统以2000年1月开始执行。中央气象台对热带气旋的编号法则 中央气象台对每年发生或进入到赤道以北、东经180以西的太平洋和南海海域的底层近中心最大平均风力8级的热带气旋（强度在热带风暴及以上）按其出现的先后顺序进行编号。,我国从1959年起开始对每年发生或进入赤道以北、180度经线以西的太平洋和南海海域的近中心最大风力大于或等于8级的热带气旋(强度在热带风暴及以上)按其出现的先后顺序进行编号。近海的热带气旋当其云系结构和环流清楚时，只要获得中心附近的最大平均风力为7级及以上的报告也进行编号。编号由四位数码组成前两位表示年份后两位是当年风暴级以上热带气旋的序号 如2003年第13号台风“杜鹃”，其编号为O313表示的就是2003年发生的第13个风暴级以上热带气旋。热带低压和热带扰动均不编号。,从2000年起，台风的命名改由国际气象组织中的台风委员会负责。现在西北太平洋及南中国海台风的名字，由台风委员会的14个成员(中国、朝鲜、韩国、日本、柬埔寨、越南等)各提供10个名字，分为5组列表。台风“珍珠”的名字由中国澳门提供。根据有关规则，如果某个台风给台风委员会造成了特别严重的损失，该成员可申请更名，以便在台风气象灾害史上记录标志性的事件。,对于造成严重灾害的热带气旋，台风委员会将对该热带气旋使用的名字，从命名表剔除，代之以另一个首字母相同的名字。而被剔除的该热带气旋名称，将永远钉在灾害史的耻辱架上。目前已被除名的台风 2006年的台风“珍珠”（Chanchu）,在菲律宾、中国东南部、台湾总共造成104人死亡以及12亿美圆的损失。2006年的热带风暴“碧利斯”（Bilis）,在菲律宾、台湾、中国东南部总共造成672人死亡以及44亿美圆的损失。2006年的台风“桑美”（Saomai）,在马利安那群岛、菲律宾、台湾、中国东南部总共造成458人死亡以及25亿美圆的损失。2006年的台风“象神”（Xangsane）,在菲律宾、海南、越南、柬埔寨、泰国总共造成279人死亡以及7.47亿美圆的损失。2006年的台风“榴莲”（Durian）,在菲律宾、越南、泰国总共造成不低于819人死亡,经济损失之大无法估计。2001年的热带风暴“画眉”（Vamei），虽然不是很强，但是它是最靠近赤道的台风，所以除名。,西北太平洋和南海热带气旋命名表 序号 英文名 中文名 名字来源 意 义 1-1Damrey 达维 柬埔寨 大象 1-2Longwang龙王 中国 神话传说中的司雨之神 1-3Kirogi 鸿雁 朝鲜 一种候鸟，在朝鲜秋来春去 1-4Kai-tak 启德 中国香港 香港旧机场名 1-5Tembin 天秤 日本 天秤星座 1-6Bolaven 布拉万 老挝 高地 1-7Sanba三巴 中国澳门 澳门的一处建筑1-8Jelawat 杰拉华 马来西亚 一种淡水鱼 1-9Ewiniar 艾云尼 密克罗尼西亚 传统的风暴神（Chuuk语）1-10Maliski 马力斯 菲律宾 未知1-11 Kaemi 格美 韩国 蚂蚁 1-12 Prapiroon 派比安 泰国 雨神 1-13 Maria 玛莉亚 美国 女士名（Chamarro语）1-14 Son-tinh 山神 越南 未知2-1Bopha 宝霞 柬埔寨 花儿名 2-2Wukong 悟空 中国 孙悟空 2-3Sonamu 清松 朝鲜 一种松树，能扎根石崖，四季常绿 2-4Shanshan珊珊 中国香港 女孩儿名 2-5Yagi 摩羯 日本 摩羯星座 2-6Leepi丽琵 老挝 未知 2-7Bebinca 贝碧嘉 澳门 澳门牛奶布丁 2-8Rumbia 温比亚 马来西亚 棕榈树 2-9Soulik 苏力 密克罗尼西亚 传统的Pohnpei酋长头衔 2-10 Cimaron 西马仑 菲律宾 菲律宾野牛 2-11 Chebi 飞燕 韩国 燕子 2-12 Mangkhut 山竹 泰国 泰国人喜爱的水果 2-13 Utor 尤特 美国 飑线（Marshalese语）2-14 Trami 潭美 越南 一种花 3-1Kong-rey康妮 柬埔寨 高棉传说中的可爱女孩儿 3-2Yutu 玉兔 中国 神话传说中的兔子 3-3Toraji 桃芝 朝鲜 朝鲜深山中的一种花 3-4Man-yi 万宜 中国香港 海峡名，现为水库 3-5Usagi 天兔 日本 天兔星座 3-6Pabuk 帕布 老挝 大淡水鱼 3-7Wutip 蝴蝶 澳门 一种昆虫 3-8Sepat 圣帕 马来西亚 一种淡水鱼 3-9Fitow 菲特 密克罗尼西亚 一种美丽芬香的花（Yapese语）3-10 Danas 丹娜丝 菲律宾 经历 3-11 Nari 百合 韩国 一种花 3-12 Wipha 韦帕 泰国 女士名字 3-13 Francisco 范斯高 美国 男子名（Chamarro语）3-14 Lekima 利奇马 越南 一种水果 4-1Krosa 罗莎 柬埔寨 鹤 4-2Haiyan 海燕 中国 一种海鸟 4-3Podul 杨柳 朝鲜 一种在城乡均有种植的树 4-4Lingling玲玲 中国香港 女孩儿名 4-5Kajiki 剑鱼 日本 剑鱼星座 4-6Faxai 法茜 老挝 女士名字 4-7Peipah 琵琶 澳门 一种宠物鱼的名字4-8Tapah 塔巴 马来西亚 一种淡水鱼 4-9Mitag 米娜 密克罗尼西亚 女士名字（Yap语）4-10 Hagibis 海贝思 菲律宾 褐雨燕 4-11 Noguri 浣熊 韩国 狗 4-12 Rummasun威马逊 泰国 雷神 4-13 Matmo 麦德姆 美国 大雨（Chamorro语）4-14 Halong 夏浪 越南 越南一海湾名 5-1Nakri 娜基莉 柬埔寨 一种花 5-2Fengshen风神 中国 神话中的风之神 5-3Kalmaegi海鸥 朝鲜 一种海鸟 5-4Fung-wong 凤凰 中国香港 山峰名 5-5Kammuri 北冕 日本 北冕星座 5-6Phanfone巴蓬 老挝 动物 5-7Vongfong黄蜂 澳门 一类昆虫 5-8Nuri 鹦鹉 马来西亚 带有蓝色皇冠的鹦鹉5-9Sinlaku 森拉克 密克罗尼西亚 传说中的Kosrae女神 5-10 Hagupit 黑格比 菲律宾 鞭子 5-11 Changmi 蔷薇 韩国 花名 5-12 Megkhla 米克拉 泰国 雷天使 5-13 Higos 海高斯 美国 无花果（Chamarro语）5-14 Bavi 巴威 越南 越南北部一山名 6-1Maysak 美莎克 柬埔寨 一种树 6-2Haishen 海神 中国 神话中的大海之神 6-3Noulfont color=#0000cc红霞/font 朝鲜 傍晚在天空的晚霞6-4Lionrock 狮子山 中国香港 香港的山名6-5Kujira 鲸鱼 日本 鲸鱼座 6-6Chan-hom灿鸿 老挝 一种树 6-7Linfa 莲花 澳门 一种花 6-8Nangka 浪卡 马来西亚 一种水果 6-9Soudelor苏迪罗 密克罗尼西亚 传说中的Pohnpei 酋长 6-10 Molave 莫拉菲菲律宾 一种用于制造家具的硬木6-11 Koni 天鹅 韩国 一种鸟 6-12 Morakot 莫拉克 泰国 绿宝石6-13 Etau 艾涛 美国 风暴云（Palauan语）6-14 Vamco 环高 越南 越南南部一河流 7-1Krovanh 科罗旺 柬埔寨 一种树 7-2Dujuan 杜鹃 中国 一种花 7-3Mujigae 彩虹 朝鲜 彩虹7-4Choi-wan彩云 中国香港 天上的云彩 7-5Koppu 巨爵 日本 巨爵星座 7-6Ketsana 凯萨娜 老挝 一种树 7-7Parma 芭玛 澳门 澳门的一种烹调风格 7-8Melor 茉莉 马来西亚 一种花 7-9Nepartak尼伯特 密克罗尼西亚 著名的勇士（Kosrae语）7-10 Lupit 卢碧 菲律宾 残酷 7-11 Mirinae 银河 韩国 天上的银河7-12 Nida 妮妲 泰国 女士名字 7-13 Omais 奥麦斯 美国 漫游（Palauan语）7-14 Conson 康森 越南 古迹 8-1Chanthu 灿都 柬埔寨 一种花 8-2Dianmu 电母 中国 神话中的雷电之神 8-3Mindule 蒲公英 朝鲜 一种小黄花 8-4Dolphin白海豚 中国香港 海豚8-5Kompasu 圆规 日本 圆规星座 8-6Namtheun南川 老挝 河 8-7Malou 玛瑙 澳门 一种宝石8-8Meranti 莫兰蒂 马来西亚 一种树 8-9Rananim 云娜 密克罗尼西亚 喂，你好（Chuukese语）8-10 Malakas 马勒卡 菲律宾 强壮，有力 8-11 Megi 鲇鱼 韩国 鱼 8-12 Chaba 暹芭 泰国 热带花 8-13 Aere 艾利 美国 风暴（Marshalese语）8-14 Songda 桑达 越南 越南西北部一河流 9-1Sarika 莎莉嘉 柬埔寨 雀类鸟 9-2Haima 海马 中国 一种鱼 9-3Meari 米雷 朝鲜 回波 9-4Ma-on 马鞍 中国香港 山峰名 9-5Tokage 蝎虎 日本 蝎虎星座 9-6Nock-ten洛坦 老挝 鸟 9-7Muifa 梅花 澳门 一种花 9-8Merbok 苗柏 马来西亚 一种鸟 9-9Nanmadol南玛都 密克罗尼西亚 著名的Pohnpei 废墟 9-10 Talas 塔拉斯 菲律宾 锐利 9-11 Noru 奥鹿 韩国 狍鹿 9-12 Kulap 玫瑰 泰国 一种花 9-13 Roke 洛克 美国 男子名（Chamarro语）9-14 Sonca 桑卡 越南 一种会唱歌的鸟 10-1 Nesat 纳沙 柬埔寨 渔夫 10-2 Haitang 海棠 中国 花 10-3 Nalgae 尼格 朝鲜 有生气，自由翱翔 10-4 Banyan 榕树 中国香港 一种树 10-5 Washi 天鹰 日本 天鹰星座 10-6 Matsa 麦莎 老挝 女人鱼 10-7 Sanvu 珊瑚 澳门 一种水生物 10-8 Mawar 玛娃 马来西亚 玫瑰花 10-9 Guchol 古超 密克罗尼西亚 一种香料（调味品）（Yapese语）10-10 Talim 泰利 菲律宾 明显的边缘 10-11 Nabi 彩蝶 韩国 蝴蝶 10-12 Khanun 卡努 泰国 泰国水果 10-13 Vicente韦森特 美国 女士名（Chamarro语）10-14 Saola 苏拉 越南 越南最近发现的一种动物,热带气旋的形成,热带气旋是发生在热带海洋上的强烈天气系统，它像在流动江河中前进的涡旋一样，一边绕自己的中心急速旋转，一边随周围大气向前移动。象温带气旋一样，在北半球热带气旋中的气流绕中心呈逆时针方向旋转，在南半球则相反。愈靠近热带气旋中心，气压愈低，风力愈大。但发展强烈的热带气旋，如台风，其中心却是一片风平浪静的晴空区，即台风眼。,台风是一个强烈的热带气旋。它好比水中的漩涡一样，是在热带洋面上绕着自己的中心急速旋转同时又向前移动的空气漩涡。在移动时像陀螺那样，人们有时把它比作“空气陀螺”。由于台风影响时常常伴有狂风暴雨，气象上给它取了一个与普通大风不同的名字台风。,2006年3月20日，在澳大利亚昆士兰州，一架飞机被热带气旋“拉里”掀翻。,莫桑比克北部今年2月初为灾民设立帐篷。强热带气旋又于22日袭击了莫桑比克。,热带风暴“派比安”形成台风逼近香港,台风登陆前,台风登陆后,成熟热帶气旋的結构,风眼形成的机制,被云填塞之风眼,热带气旋云图,50年最强台风17级桑美登陆时的恐怖http:/,【盛行地区】发生在北太平洋西部的热带气旋。相对全球其它海区发生热带气旋最多最强，是一年四季都有热带气旋活动的唯一区域。平均每年发生28个，主要集中在5-11月。生成源地主要有3个：（1）关岛附近洋面；（2）菲律宾附近洋面；（3）东海和琉球群岛附近洋面；（4）马绍尔群岛附近海面上。移动路径可分为三类：（1）西移路径。经南海在华南沿海、海南岛或越南一带登陆。（2）西北路径。在中国台湾、福建到浙江一带登陆。（3）转向路径。从菲律宾以东向西北方向移动，到达中国东部海面或在中国沿海地区登陆，然后转向东北方向移去。路径呈抛物线形状，这是最多见的路径。,5.1.2 季风,季风是大范围盛行的、风向随季节变化显著的风系，和风带一样同属行星尺度的环流系统，它的形成是由冬夏季海洋和陆地温度差异所致。季风在夏季由海洋吹向大陆，在冬季由大陆吹向海洋。,季风形成的原因，主要是海陆间热力环流的季节变化。夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋海向大陆，形成了与高空方向相反气流，构成了夏季的季风环流。在我国为东南季风和西南季风。夏季风特别温暖而湿润。冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高些，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的季风环流。在我国为西北季风，变为东北季风。冬季风十分干冷。,5.1.3 龙卷风,龙卷风是一种强烈的、小范围的空气涡旋，是在极不稳定天气下由空气强烈对流运动而产生的，由雷暴云底伸展至地面的漏斗状云(龙卷)产生的强烈的旋风，其风力可达12级以上，最大可达100米每秒以上，一般伴有雷雨，有时也伴有冰雹。空气绕龙卷的轴快速旋转，受龙卷中心气压极度减小的吸引，近地面几十米厚的一薄层空气内，气流被从四面八方吸入涡旋的底部。并随即变为绕轴心向上的涡流,龙卷中的风总是气旋性的，其中心的气压可以比周围气压低百分之十。,龙卷风是一种伴随着高速旋转的漏斗状云柱的强风涡旋。它具有很大的吸吮作用，可把海(湖)水吸离海(湖)面，形成水柱，然后同云相接，俗称“龙取水”。由于龙卷风内部空气极为稀薄，导致温度急剧降低，促使水汽迅速凝结，这是形成漏斗云柱的重要原因。漏斗云柱的直径，平均只有250m左右。龙卷风产生于强烈不稳定的积雨云中。它的形成与暖湿空气强烈上升、冷空气南下、地形作用等有关。它的生命史短暂，一般维持十几分钟到一二小时，但其破坏力惊人，能把大树连根拔起，建筑物吹倒，或把部分地面物卷至空中。江苏省每年几乎都有龙卷风发生，但发生的地点没有明显规律。出现的时间，一般在六七月间，有时也发生在8月上、中旬。,龙卷风通常是极其快速的，每秒钟100米的风速不足为奇，甚至达到每秒钟175米以上，比12级台风还要大五、六倍。风的范围很小，一般直径只有25100米，只在极少数的情况下直径才达到一公里以上；从发生到消失只有几分种，最多几个小时。龙卷风的力气也是很大的。1956年9有24日上海曾发生过一次龙卷风，它轻而易举地把一个22万斤重的大储油桶“举”到15米高的高空，再甩到120米以外的地方。,1995年在美国俄克拉何马州阿得莫尔市发生的一场陆龙卷,诸如屋顶之类的重物被吹出几十英里之远。大多数碎片落在陆龙卷通道的左侧，按重量不等常常有很明确的降落地带。较轻的碎片可能会飞到300多千米外才落地。,龙吸水，龙卷风的别名。龙卷风，因为与古代神话里从波涛中窜出、腾云驾雾的东海跤龙很相象而得名，它还有不少的别名，如“龙吸水”、“龙摆尾”、“倒挂龙”等等,让人惊奇的龙卷风壮观场面http:/,足球比赛中惊现龙卷风http:/,日本北海道佐吕间町的一个隧道工地现场附近今天下午突然遭遇龙卷风，目前已确认九人死亡，十八人受伤。突发的龙卷风将工地办公室建筑吹垮，相关工作人员被压在屋底，致伤亡惨重。,5.2 风灾害,1900年飓风灾害的纪念碑加尔维斯顿曾于1900年遭受飓风袭击，造成8000多人死亡,5.2.1 台风灾害,世界吉尼期世界纪录大全 致死人数最多的台风：1906年9月18日，在香港登陆、时速高达161公里的台风，造成约1万人死亡。,1935年9月袭击佛罗里达的“伟大劳动节”飓风 该飓风为最高的五类飓风。强大的风力造成一列前往佛罗里达工地营救一些一战老兵火车出轨。共有423人在飓风袭击中丧生。“奥德丽”飓风为四类飓风，1957年6月26日深夜在路易斯安那州南部低地登陆，造成了390人死亡。他们中的很多人原以为还会有一天时间可以撤离。但风暴加速提前登陆。,1994年，9417号台风摧毁了浙江无数海塘，浙南沿海地区汪洋一片，温州成为人间地狱。1126人遇难，失踪者不可计数。这是自上世纪90年代以来浙江遭受的人员伤亡最惨重的风灾.,行道树不敌纳莉台风，横倒在马路上，影响交通。,台北市十七日多处严重积水，许多汽、摩托车都成了泡水车，损失惨重。,台风云娜,台风灾难纪实http:/,5.2.2 飓风灾害,国际空间站上俯视飓风“伊万”,一名牙买加男孩正在清理遭“伊万”破坏的房屋。,飓风“伊万”登陆美国,伊莎贝尔”飓风袭击美国10万人大逃离,“伊莎贝尔”给东海岸带来了一定的损失，死亡人数迄今已经上升至23人，另外还造成800多万户断电，其中不少人家的断电时间可能持续一周左右。据估计，此次飓风将给美国带来5亿美元的经济损失，远远低于原先预计的40亿美元。,有关消息称，龙卷风肆虐范围达方圆数百米，域内共有十五幢建筑被摧毁。另有数十幢建筑部分毁坏。龙卷风发生的隧道工地一带为北海道临鄂霍茨克海一侧，据有关气象报告，受急速发展的低气压影响，当地已发出暴风和大浪警报。,江苏高邮龙卷风50年罕见 共有60人伤亡,卡车卷到河里,大树被撕,房顶吹跑,粤北部遭龙卷风冰雹袭击,连州市区巨大的户外广告牌被龙卷风吹倒,http:/,5.2.4 一些结构物的风灾害,1 高层建筑 至今虽未发现高层建筑因大风作用而倒塌的事例，但大风对高层建筑的危害实例已引起人们的高度重视。1926年美国迈阿密17层高的MeyerKiser大楼在飓风袭击下，其维护结构严重破坏，钢框架结构发生塑性变形，顶部残留位移达061 m，大楼发生剧烈摇晃。1972年美国波士顿John Hancock 大楼玻璃破碎，增加预算8300万美元。2 高耸结构 桅杆、电视塔,3 桥梁结构风毁桥梁表,桥名 位置(所在地)跨径/m 毁坏年份 Dryburgh Abbey 苏格兰 80 1818 Union 英格兰 140 1821 Nassau 德国 75 1834 Bridgton Chain Pier 英格兰 80 1836 Monstrose 苏格兰 130 1838 Menai Straits 威尔士 180 1839 Roche-B ernard 法国 195 1852 Wheeling 美国 310 1854 Niagara-Lewiston 美国 320 1864 Tay 苏格兰 74 1874 Niagara-Clifto n 美国 380 1889 Tacoma Narrows 美国 853 1940,5.3 风对结构的作用,1.自然界的风可分为：异常风（很少出现的风）良态风2.风对结构作用的特点3.风对结构作用的结果,5.4 防风减灾对策,5.4.1 合理的建筑体型 1.流线型平面 2.截锥状体形 3.不大的高宽比 4.透空层 5.并联高楼群,5.4.2 控制装置,风阻尼器2007-06-05上午在上海环球金融中心90层首次亮相，使之成为中国大陆地区首个使用此类装置的超高层建筑。上海环球金融中心位于上海浦东陆家嘴地区建设中的101层超高层综合大厦。目前，该工程已经施工到93层416米的高度，计划在今年9月封顶(地上101层，492米)，2008年春季竣工。上海环球金融中心在90层(地上395米)设置2台风阻尼器，该装置使用传感器探测强风时建筑物的摇晃程度，通过计算机控制重约150吨的配重物体锥子动作，以抑制建筑物由于强风引起的摇晃。,1.主动控制技术 应用于土木工程中的主动控制系统有：主动调谐质量阻尼器 AMD 主动拉索控制装置 主动挡风板南京电视塔 AMD,2.被动控制技术 被动控制中最有代表性的装置有：阻尼器被动拉索被动调频质量阻尼器 TMD调频液体阻尼器 TLD 阻尼器按耗能方式的不同，又可分为：粘弹性阻尼器粘滞阻尼器金属阻尼器磨擦阻尼器,粘弹性阻尼器首次应用于 纽约世界贸易中心大厦,哥伦比亚Seafirst大厦 The Bank of America Tower以前被命名为哥伦比亚Seafirst中心，是西雅图市区地平线上最高的摩天大楼，高度为967英尺也就是295米，它建成之时是密西西比河以西最高、美国西海岸第二高、全美第12高的大楼。安装了260个粘弹性阻尼器,安东锦町大厦 采用主动型双重动力减震器,黑龙江电视塔采用悬挂水箱阻尼器和粘弹性阻尼器,北京银泰中心采用油阻尼器,3.混合控制技术混合控制技术的研究：混合质量阻尼器系统 HMD抗风混合基础隔震系统,4.半主动控制技术 半主动控制系统结合了主动控制系统和被动控制系统的优点，既有被动控制的可靠性，又有主动控制系统的强适应性。分为三类：主动变刚度AVS控制系统主动变阻尼AVD控制系统主动变刚度阻尼AVSD控制系统5.4.3 反向变形,风荷载的大小与基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振系数有关。荷载规范规定，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：（1）当计算主要承重结构时（2）当计算围护结构时式中 k-风荷载标准值，kN/m2；z-z高度处的风振系数；s-风荷载体型系数；z-风压高度变化系数；0-基本风压值，kN/m2。,5.5 结构抗风设计,5.5.1 风荷载标准值,5.5.2 基本风压,基本风压是风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式=v02/1600 确定的风压值，但不得小于0.3KN/m2。基本风压可从荷载规范附录中查得。风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4、0。,5.5.2 风压高度变化系数,风速是随距地面的高度增加而增加的，故风压也是随离地面高度增加而增加的。风速随高度的变化规律主要取决于地面的粗糙程度。但当离地面300500m以上时，风速即不受地面粗糙程度的影响，风压高度变化系数为常数。,地面粗糙度是指风在到达结构物以前吹越过2km范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的等级。规范将地面粗糙度分为A、B、C、D四类。A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。,风速通常随离地面高度增大而增加。增加程度主要与地面粗糙度和温度梯度有关。达到一定高度后，地面的摩擦影响可忽略不计，该高度称为梯度风高度。,5.5.4 风荷载体型系数,风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。对尺度很大的工程结构及建筑物，有可能并非全部迎风面同时承受最大风压。对一个建筑物而言，从风载体型系数得到的反映是：迎风面为压力；背风面及顺风向的侧面为吸力；顶面则随坡角大小可能为压力或吸力。几种常见体型建筑物的风荷载体型系数。,表常见建筑物的风荷载体型系数s,5.5.5 顺风向风振、风振系数及振风系数,风振 风的脉动部分对高耸结构所引起的动态作用。一般结构对风力的动态作用并不敏感，可仅考虑静态作用。但对于高耸结构（如塔架、烟囱、水塔）和高层建筑，除考虑静态作用外，还需考虑动态作用。动态作用与结构自振周期、结构振型，结构阻尼和结构高度等因素有关，可将脉动风压假定为各态历经随机过程按随机振动理论的基本原理导出。为方便起见，动态作用常用等效静态放大系数，即风振系数的方式与静态作用一并考虑。,荷载规范规定，以风振系数z来描述动力反应的影响。规定对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。应采用风振系数来描述风压脉动的影响，风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。具体计算方法见规范。对于高度低于30m或高宽比小于1.5的房屋以及自振周期T10.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，取z=1.0。,对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构,以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式通过风振系数来计算，结构在z高度处的风振系数z可按下式计算:式中脉动增大系数；脉动影响系数；振型系数；z风压高度变化系数。,5.5.6 横风向风振 气流绕过圆形截面的结构而发生漩涡脱落的现象也经常在工程中出现。气流在BC间表面某点S由于受摩擦而速度停滞，产生漩涡，并在外部气流的作用下，以一定的周期脱落，形成Karman涡街。当脱落频率与结构横向自振周期接近时，结构会产生严重的共振。设计时可根据风速所属的临界范围，按Strouhal数控制临界风速，或计算结构的风振响应。横风向风振（across-wind sympathetic vibration）指在建筑物背风侧产生的旋涡脱落频率较稳定且与结构自振频率相等时，产生的横风向的共振现象。,1.结构尾流干扰的基本机理在什么条件下需要考虑结构的横风向风振的效应？如何利用雷诺数进行判断？,横风向风振是由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤振、扰振等空气动力现象。对于圆形截面的细高结构来说，其背风向的旋涡脱落与来流的雷诺数有密切的关系。横风向风振与结构截面形状和雷诺数Re有关。雷诺数表示作用于流体的惯性力与粘性力之比。分为三个临界范围：当300 Re310 时（亚临界范围）；当310 Re3.510 时（超临界范围）；当Re3.510 时且结构顶部风速大于vcr时（跨临界范围）。,对于圆形截面的结构，应根据雷诺数Re。的不同情况按下述规定进行横风向风振（漩涡脱落）的校核。当300 Re310 时（亚临界），或Re3.510（跨临界）时，即当流过圆形截面结构的气流的雷诺数位于亚临界和跨临界范围时，尾流的旋涡会产生周期性的不对称脱落，其频率为：当310 Re310 时，当流过圆形截面结构的气流的雷诺数位于超临界范围时，尾流的旋涡产生凌乱和不规则的脱落。,圆筒式结构三个临界范围为：亚临界范围：微风共振,基本恢复到周期脱落振动超临界范围：呈随机性不规则振动跨临界范围：强风共振引起周期脱落振动,2.圆形截面和矩形截面结构的尾流旋涡干扰 圆形截面结构：雷诺数位于亚临界范围：,当圆形截面结构的雷诺数处于跨临界范围时，周期性的不对称脱落对结构横风向产生一种周期性的干扰力：跨临界强风共振引起在z高处振型j的等效风荷载可由下列公式确定：,式中 计算系数，按表 确定；在z 高处结构的j 振型系数，由计算确定或参考附录F；j第j 振型的阻尼比；对第1 振型，钢结构取0.01，钢结构取0.02，混凝土结构取0.05；对高振型的阻尼比，若无实测资料，可近似按第1 振型的值取用。,当雷诺数位于超临界范围时的圆截面结构，其横风向随机干扰的规格化功率普密度函数：对于雷诺数位于超临界范围时的矩型截面结构，其横风向随机干扰的规格化功率谱密度函数可表示成,3.校核横风向风振时，风的荷载总效应可将横风向风荷载效应Sc 与顺风向风荷载效应SA 按下式组合后确定：,结构功能的表达,S 作用效应 Action Effect 结构上的作用是使结构产生内力、变形和裂缝的原因的总称，分为直接作用和间接作用，作用效应即为作用引起的构件内力。,R 结构抗力 Resistant 结构抵抗作用效应的能力，如受弯承载力Mu、受剪承载力Vu、容许挠度f、容许裂缝宽度w。,S R 失效,5.5.7 荷载效应组合,荷载,荷载效应(Load effect),永久荷载(Dead Load),可变荷载(Live Load),偶然荷载(Accidental Load),荷载效应的基本概念,如何衡量荷载大小？,采用荷载代表值来描述荷载的大小 对于永久荷载，其代表值就是标准值，即结构自重；对于可变荷载，其代表值分别为标准值、组合值和准 永久值。,荷载效应与荷载的关系,如何衡量荷载效应？,荷载分项系数：考虑荷载超过标准值的可能性，是一个变量,荷载分项系数分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,材料分项系数分为砼分项系数和钢筋分项系数,结构抗力,材料强度,结构抗力的基本概念,如何衡量材料强度的大小？,结构抗力与材料强度的关系？,如何衡量结构抗力的大小？,材料强度标准值,材料分项系数：是一个大于1.0的系数，考虑材料强度低于标准值的可能性。,作用效应设计值，gS作用效应分项系数，分为恒荷载分项系数和活荷载分项系数,结构抗力设计值，gR结构抗力分项系数,实用设计表达式,按承载力极限状态计算,g0 结构重要性系数,根据建筑结构的重要性将结构分为三个安全等级，采用结构重要性系数来体现。,一级 g01.1二级 g01.0三级 g00.9,规范设计表达式,可变荷载控制组合时,永久荷载控制组合时,按正常使用极限状态计算,短期荷载作用下，考虑采用荷载的标准组合,长期荷载作用下，考虑采用荷载的准永久组合,5.5.8 高层建筑和高耸结构的抗风设计要求高规4.6水平位移限值和舒适度要求高规4.6.3条按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比/h宜符合以下规定：1 高度不大于150m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h不宜大于表4.6.3的限值；2高度等于或大于250m的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h不宜大于1/500；,3高度在150m250m之间的高层建筑，其楼层层间最大位移与层高之比/h的限值按本条第一款和第二款的限值线性插入取用。表4.3.6 楼层层间最大位移与层高之比的限值；结构类型/h限值框架 1/550框架-剪力墙、框架-核心筒、板柱-剪力墙 1/800筒中筒、剪力墙 1/1000框支层 1/1000多.高层钢结构 1/300（1/250）注：楼层层间最大位移以楼层最大的水平位移差计算，不扣除整体弯曲变形。抗震设计时，本条规定的楼层位移计算不考虑偶然偏心的影响。,(1)为实现我国规范所制定的多遇地震作用下的设防目标（小震不坏）,2001规范确定的弹性层间位移角限值为：框架结构1/550，框架抗震墙结构、板柱抗震墙结构、框架核芯筒结构1/800，抗震墙结构、筒中筒结构和框支层1/1000，多高层钢结构1/300。高层钢结构1/250(2)为实现大震不倒的设防目标，各类结构的弹塑性位移角限值为：单层钢筋混凝土柱排架1/30，框芯筒结构1/100，抗震墙结构、筒中筒结构1/120，多高层钢结构1/50。(3)由于层间位移并不能完全反映一个楼层中所有构件的弹塑性变形状态，即使层间位移满足规范限值要求，也可能因楼层中个别构件的变形能力不足而发生局部破坏。因此，罕遇地震作用下结构的抗震性能评价，不应仅仅局限于弹塑性层间位移角的验算，还应该对构件塑性铰的转动能力进行验算，以避免个别构件的塑性铰过大而引起结构局部倒塌的情况。在大型复杂结构中，对关键受力构件的局部变形能力验算尤为必要。,高规4.6.6条高度超过150m的高层建筑结构应具有良好的使用条件，满足舒适度要求，按现行国家标准建筑结构荷载规范GB50009规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向结构顶点最大加速度max不应超过表4.6.6的限值。必要时，可通过专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大加速度max，且不应超过表4.6.6的限值。表4.6.6结构顶点最大加速度限值max（指风荷载作用下）使用功能max（m/s2）住宅、公寓0.15（0.20）办公、旅馆0.25（0.28）注：括号中为高层钢结构 计算公式可按高层民用建筑钢结构技术规程第5.5.1条,