土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)

前言

　　有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料表明，在所有自然災(zāi)害中，風(fēng)災(zāi)造成的損失為各種災(zāi)害之首。因此，土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究和設(shè)計(jì)已成為防災(zāi)與減災(zāi)中的熱點(diǎn)問(wèn)題。土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究的重要基礎(chǔ)是風(fēng)工程，而風(fēng)工程正是南京航空航天大學(xué)的優(yōu)勢(shì)學(xué)科。南京航空航天大學(xué)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室是我國(guó)最早建成的風(fēng)工程實(shí)驗(yàn)室之一，在國(guó)內(nèi)外享有盛譽(yù)，完成了大量土木工程風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)，在建筑物風(fēng)場(chǎng)模擬技術(shù)、建筑物的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)風(fēng)載測(cè)量技術(shù)、大型橋梁的振動(dòng)及抗風(fēng)穩(wěn)定性以及高層建筑的風(fēng)阻特性方面已形成自己的特色和優(yōu)勢(shì)。另外，國(guó)防重點(diǎn)學(xué)科——流體力學(xué)也為土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)研究和教學(xué)提供了重要的學(xué)科資源。南京航空航天大學(xué)土木工程專業(yè)把結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)作為人才培養(yǎng)的特色之一，在本科生中開(kāi)設(shè)“土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)”課程，作為專業(yè)拓展課，該課程已被評(píng)為校級(jí)精品課程。為配合精品課程建設(shè)，我們編寫(xiě)本書(shū)作為該課程教材?！　”緯?shū)在編寫(xiě)過(guò)程中，充分吸取了近幾年來(lái)該課程改革的經(jīng)驗(yàn)，力求體現(xiàn)研究型大學(xué)本科教學(xué)的要求。本教材有以下特點(diǎn)：　　1.著重講清基本概念和基本理論，體現(xiàn)專業(yè)拓展課的要求?！　?.與其他相關(guān)課程如建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、橋梁工程等教學(xué)內(nèi)容相配合和銜接，避免重復(fù)?！　?.教材內(nèi)容、例題和習(xí)題的選擇及編排，體現(xiàn)以學(xué)生為中心、以學(xué)習(xí)為中心，便于學(xué)生開(kāi)展自主研究型學(xué)習(xí)，力求體現(xiàn)研究型大學(xué)課程建設(shè)的要求?！　”緯?shū)主要內(nèi)容包括緒論、結(jié)構(gòu)上的靜力風(fēng)、結(jié)構(gòu)上的脈動(dòng)風(fēng)、高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)、高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)、大型屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)、橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制等。參加本書(shū)編寫(xiě)的有吳瑾（第一章、第二章、第六章）、夏逸鳴（第三章、第四章、第五章）、張麗芳（第七章、第八章、附錄）?！　”緯?shū)引用了大量國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)，在此向相關(guān)作者表示衷心感謝?！　∠抻诰幷咚剑瑫?shū)中難免有不足之處，殷切希望讀者提出批評(píng)意見(jiàn)。

內(nèi)容概要

　　《土木工程結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)》共分八章，主要內(nèi)容包括緒論、結(jié)構(gòu)上的靜力風(fēng)、結(jié)構(gòu)上的脈動(dòng)風(fēng)、高層建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制等?！　　锻聊竟こ探Y(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)》可作為高等學(xué)校土木工程專業(yè)本科教材，也可作為土木工程專業(yè)研究生參考教材或工程技術(shù)人員參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第一章 緒論1.1 風(fēng)的特性1.1.1 氣象特性1.1.2 風(fēng)的基本概念1.1.3 風(fēng)強(qiáng)度的表示方法1.1.4 風(fēng)速風(fēng)壓關(guān)系1.2 土木工程結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)1.2.1 臺(tái)風(fēng)災(zāi)害1.2.2 大風(fēng)及颶風(fēng)災(zāi)害1.2.3 龍卷風(fēng)災(zāi)害1.2.4 重要結(jié)構(gòu)物風(fēng)毀典型事例1.3 風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用及設(shè)計(jì)要求1.3.1 風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用1.3.2 抗風(fēng)設(shè)計(jì)的兩類極限狀態(tài)1.3.3 -抗風(fēng)設(shè)計(jì)要求思考題第二章 結(jié)構(gòu)上的靜力風(fēng)2.1 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓2.2 結(jié)構(gòu)上的靜力風(fēng)荷載思考題第三章 結(jié)構(gòu)上的脈動(dòng)風(fēng)荷載3.1 概述3.2 隨機(jī)振動(dòng)中的幾個(gè)基本概念3.2.1 隨機(jī)過(guò)程的概念3.2.2 隨機(jī)過(guò)程的類型3.2.3 相關(guān)系數(shù)和相關(guān)函數(shù)3.2.4 譜密度函數(shù)3.3 單自由度線性體系的隨機(jī)振動(dòng)3.4 多自由度線性體系的隨機(jī)振動(dòng)3.5 順風(fēng)向風(fēng)荷載3.5.1 脈動(dòng)風(fēng)的概率分布3.5.2 脈動(dòng)風(fēng)速功率譜函數(shù)3.5.3 脈動(dòng)風(fēng)壓功率譜函數(shù)3.5.4 紊流度和脈動(dòng)系數(shù)3.5.5 脈動(dòng)風(fēng)的頻域空間的相關(guān)性3.5.6 結(jié)構(gòu)順風(fēng)向的風(fēng)振響應(yīng)3.5.7 結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向的風(fēng)振響應(yīng)3.5.8 風(fēng)力作用下結(jié)構(gòu)的總響應(yīng)3.5.9 風(fēng)力下空氣動(dòng)力失穩(wěn)3.5.1 0橫風(fēng)向彎曲馳振第四章 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)4.1 高層建筑的動(dòng)力特性4.1.1 高層建筑的振型和頻率4.1.2 高層建筑自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式4.2 高層建筑的順風(fēng)向響應(yīng)4.2.1 高層建筑的順風(fēng)向靜力位移計(jì)算4.2.2 高層建筑的順風(fēng)向動(dòng)力響應(yīng)與風(fēng)振系數(shù)4.3 高層建筑的橫風(fēng)向響應(yīng)4.4 高層建筑的扭轉(zhuǎn)風(fēng)振響應(yīng)4.5 高層建筑風(fēng)載下的舒適度驗(yàn)算4.5.1 順風(fēng)向最大加速度計(jì)算4.5.2 橫風(fēng)向最大加速度計(jì)算4.5.3 扭轉(zhuǎn)加速度響應(yīng)的計(jì)算4.5.4 順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)向最大加速度的向量疊加4.5.5 人體舒適度限值標(biāo)準(zhǔn)第五章 高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)5.1 高聳結(jié)構(gòu)的自振周期5.1.1 按無(wú)限自由度體系計(jì)算自振周期5.1.2 按有限自由度體系計(jì)算自振周期5.1.3 自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式5.2 高聳結(jié)構(gòu)順風(fēng)向彎曲響應(yīng)5.2.1 順風(fēng)向平均風(fēng)作用下的彎曲響應(yīng)5.2.2 順風(fēng)向脈動(dòng)風(fēng)作用下的彎曲響應(yīng)5.3 高聳結(jié)構(gòu)的橫風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)5.4 高聳結(jié)構(gòu)安全度、適用度與極限風(fēng)荷載5.4.1 高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)控制條件5.4.2 幾種主要結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)控制條件第六章 大跨屋蓋結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)6.1 屋蓋結(jié)構(gòu)自振周期6.1.1 解析法6.1.2 能量法6.1.3 其他近似方法6.2 屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)6.2.1 水平風(fēng)力6.2.2 豎向風(fēng)力6.2.3 水平和豎向風(fēng)力的總響應(yīng)思考題第七章 橋梁結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)7.1 概述7.2 橋梁結(jié)構(gòu)自振周期7.2.1 按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算7.2.2 按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算7.2.3 橋梁的阻尼7.3 橋梁順風(fēng)向（橫橋向）風(fēng)荷載7.4 橋梁風(fēng)致靜力失穩(wěn)7.4.1 三分力系數(shù)7.4.2 風(fēng)致靜力失穩(wěn)7.5 風(fēng)對(duì)橋梁的動(dòng)力作用7.5.1 抖振7.5.2 渦振7.5.3 顫振7.5.4 馳振失穩(wěn)思考題第八章 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制8.1 概述8.1.1 結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)8.1.2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制類型8.1.3 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制裝置設(shè)置位置的選擇8.1.4 最優(yōu)控制理論基礎(chǔ)8.2 主動(dòng)控制8.2.1 實(shí)時(shí)最優(yōu)振型控制算法8.2.2 隨機(jī)最優(yōu)控制算法8.3 被動(dòng)控制8.3.1 準(zhǔn)最優(yōu)控制算法8.3.2 傳遞函數(shù)算法8.4 結(jié)構(gòu)風(fēng)振控制的計(jì)算機(jī)模擬8.4.1 控制力增量△ui（j=1，……，P）的計(jì)算8.4.2 廣義脈動(dòng)風(fēng)荷載增量△F1的計(jì)算思考題附錄l全國(guó)各城市50年一遇的基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值附錄2風(fēng)荷載體型系數(shù)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　荷載盡量接近結(jié)構(gòu)的實(shí)際風(fēng)荷載。目前，隨機(jī)過(guò)程的模擬方法一般分為兩類，即諧波疊加法和線性濾波器法。由于諧波疊加法在進(jìn)行多變量模擬時(shí)，需要在每個(gè)頻率上進(jìn)行大量運(yùn)算，因此比較費(fèi)機(jī)時(shí)，運(yùn)算效率低，而線性濾波器法則占用內(nèi)存少，計(jì)算快捷?！　⊙芯勘砻鳎Y(jié)構(gòu)周期、風(fēng)壓、受風(fēng)面積等參數(shù)對(duì)脈動(dòng)風(fēng)荷載的大小有直接影響。這些參數(shù)愈大，影響也愈大，兼之結(jié)構(gòu)上還有平均風(fēng)作用，因而對(duì)于高、柔、大跨等結(jié)構(gòu)，風(fēng)的影響起著很大甚至決定性的作用?！　?.1.3風(fēng)強(qiáng)度的表示方法　　不同的風(fēng)有不同的特征，但它的強(qiáng)度常用風(fēng)速來(lái)表達(dá)。最常用的有兩種。　　1.范圍風(fēng)速　　將風(fēng)的強(qiáng)度劃分為不同等級(jí)，一般用風(fēng)速范圍來(lái)表達(dá)。常用的有：　?。?）蒲福風(fēng)速表　　英國(guó)人蒲福（F.Beaufort）于1805年擬定了風(fēng)級(jí)，根據(jù)風(fēng)對(duì)地面（或海面）物體影響程度而定出的，稱為蒲氏風(fēng)級(jí)。蒲氏風(fēng)級(jí)自0至12共分13個(gè)等級(jí)。自1946年以來(lái)，風(fēng)力等級(jí)又作了某些修改，并增加到18個(gè)等級(jí)，如表1.1所示。風(fēng)力等級(jí)的判斷常常根據(jù)地方的海面狀況、海岸漁船征象、陸地面物征象、距地10m高處相當(dāng)風(fēng)速等條件來(lái)判斷。其中前13個(gè)等級(jí)就是我們?cè)跉庀髲V播中所聽(tīng)到的風(fēng)的等級(jí)?！　釒庑前l(fā)生在熱帶海洋上的大氣漩渦，是熱帶低壓、熱帶風(fēng)暴、臺(tái)風(fēng)或颶風(fēng)的總稱。直徑一般幾百公里，最大可達(dá)1000km。熱帶氣旋區(qū)域內(nèi)的風(fēng)速，以近中心為最大。　　按蒲福劃分的風(fēng)力等級(jí)，各類風(fēng)相對(duì)應(yīng)的等級(jí)為：　　1）低壓區(qū)平均最大風(fēng)力小于8級(jí)?！　?）熱帶低壓區(qū)為熱帶氣旋中心位置能確定，且中心附近的平均最大風(fēng)力小于8級(jí)的風(fēng)區(qū)?！　?）熱帶風(fēng)暴為熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為8～9級(jí)?！　?）強(qiáng)熱帶風(fēng)暴為熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為10～11級(jí)?！　?）熱帶氣旋中心附近的平均最大風(fēng)力為12級(jí)或12級(jí)以上的，在東亞稱為臺(tái)風(fēng)，在西印度群島和大西洋一帶稱為颶風(fēng)?！　∨_(tái)風(fēng)中心稱臺(tái)風(fēng)眼，半徑多為5～30km，氣壓很低，風(fēng)小浪高，云層裂開(kāi)變薄，有時(shí)可見(jiàn)日月星光，其四周附近則是高聳的云壁?？耧L(fēng)暴雨均發(fā)生在臺(tái)風(fēng)眼之外。臺(tái)風(fēng)形成后，它一邊沿逆時(shí)針?lè)较蚩焖傩D(zhuǎn)，同時(shí)又受其他天氣系統(tǒng)（如副熱帶高壓等）氣流引導(dǎo)或靠本身內(nèi)力朝某一方向移動(dòng)，從而形成臺(tái)風(fēng)移動(dòng)的路徑或軌跡。通常自東向西或西北方向移動(dòng)，速度一般為10～20km／h，當(dāng)進(jìn)入中緯度的西風(fēng)帶后，即折向東或東北移動(dòng)，這稱為臺(tái)風(fēng)轉(zhuǎn)向。襲擊我國(guó)的臺(tái)風(fēng)，常發(fā)生在5～10月，以7～9月最為頻繁。臺(tái)風(fēng)的破壞力很大，它不但可以吹倒或損害陸上各種工程結(jié)構(gòu)，而且還大量損害海上物體。臺(tái)風(fēng)襲擊的地區(qū)常有狂風(fēng)暴雨，沿海岸則多有高潮、巨浪。

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