高層建筑風(fēng)荷載計(jì)算是確保結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵步驟。通過計(jì)算結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)來評估建筑物在風(fēng)力作用下的穩(wěn)定性。風(fēng)振系數(shù)考慮了建筑物的形狀、尺寸及周圍環(huán)境因素對風(fēng)荷載的影響。等效靜態(tài)風(fēng)荷載的計(jì)算為簡化過程提供了方法，它通過將動態(tài)風(fēng)荷載轉(zhuǎn)換為一個(gè)等效的靜態(tài)荷載，從而簡化了計(jì)算過程。慣性力的計(jì)算涉及分析建筑物及其構(gòu)件的質(zhì)量分布和運(yùn)動情況，以計(jì)算由于風(fēng)力引起的慣性力。這些計(jì)算方法共同作用，確保高層建筑能夠抵抗各種風(fēng)力條件下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，保障人員安全和建筑穩(wěn)定。

一、基于規(guī)范的計(jì)算方法

• 遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
  • 風(fēng)荷載的計(jì)算一般遵循國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009 - 2012)對風(fēng)荷載的計(jì)算方法進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定。計(jì)算時(shí)需要考慮建筑物的高度、形狀、風(fēng)速等因素，采用不同的計(jì)算方法和系數(shù)進(jìn)行綜合計(jì)算。
• 計(jì)算步驟
  1. 確定設(shè)計(jì)基本風(fēng)速：根據(jù)所在地的氣象條件和地理位置確定。例如，基本風(fēng)壓值$w_0$w0?系以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上離地$10m$10m高統(tǒng)計(jì)所得的50年一遇$10min$10min平均最大風(fēng)速$v_0$v0?為標(biāo)準(zhǔn)，按$w_0 = \frac{1}{2}\rho v_0^{2}$w0?=21?ρv02?確定的風(fēng)壓值。對于特別重要或?qū)︼L(fēng)荷載比較敏感的高層建筑，其基本風(fēng)壓值應(yīng)按年重現(xiàn)期的風(fēng)壓值采用。
  2. 考慮風(fēng)場因素：要考慮建筑物所處的風(fēng)場情況，包括地形、建筑物等因素。比如山地建筑應(yīng)考慮地形條件的修正，對于山峰和山坡，修正系數(shù)應(yīng)按相關(guān)公式計(jì)算；對于山間盆地、谷地等閉塞地形，修正系數(shù)可在$0.75 - 0.85$0.75?0.85選取；對于與風(fēng)向一致的谷口、山口，修正系數(shù)可在$1.20 - 1.50$1.20?1.50選取。
  3. 確定結(jié)構(gòu)體型系數(shù)
     • 對于普通的高層結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)體型系數(shù)一般按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009 - 2012)表8.3.1和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3 - 2010)第4.2.3條取包絡(luò)值。
     • 需要更細(xì)致進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算的建筑可由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。風(fēng)洞試驗(yàn)中各點(diǎn)的風(fēng)壓系數(shù)的計(jì)算公式為$C_p=\frac{p - p_0}{\frac{1}{2}\rho v_0^{2}}$Cp?=21?ρv02?p?p0??（其中$C_p$Cp?為風(fēng)壓系數(shù)，$p$p為測點(diǎn)壓力，$p_0$p0?為參考點(diǎn)靜壓，$\rho$ρ為空氣密度，$v_0$v0?為參考點(diǎn)風(fēng)速），風(fēng)載體型系數(shù)$\mu_{si}$μsi?與風(fēng)壓系數(shù)$C_p$Cp?有關(guān)系$\mu_{si}=C_p\frac{h_i}{h_0}$μsi?=Cp?h0?hi??（其中$h_i$hi?為$i$i點(diǎn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，$h_0$h0?根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009 - 2012)8.2取值）。
  4. 計(jì)算結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)
     • 對于普通的建筑結(jié)構(gòu)，風(fēng)振系數(shù)可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009 - 2012)式(8.4.3)計(jì)算。
     • 對平面形狀或立面形狀復(fù)雜，立面開洞或連體建筑的風(fēng)振系數(shù)可按風(fēng)洞試驗(yàn)確定。時(shí)域法的步驟包括通過風(fēng)洞試驗(yàn)或模擬獲得結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓時(shí)程，利用有限元軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，將風(fēng)壓荷載力時(shí)程$F_i$Fi?作用在表面節(jié)點(diǎn)上，然后進(jìn)行時(shí)程計(jì)算分析，可得結(jié)構(gòu)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的位移時(shí)程響應(yīng)，結(jié)構(gòu)風(fēng)振系數(shù)計(jì)算公式為$\beta = R_a/R_d$β=Ra?/Rd? 。

二、考慮風(fēng)組成部分的計(jì)算方法

• 等效靜態(tài)風(fēng)荷載計(jì)算
  • 慣性力計(jì)算：根據(jù)高頻動態(tài)天平試驗(yàn)結(jié)果，求出高層建筑底部的平均風(fēng)力（包含力矩和剪力）和脈動風(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)，由共振加速度進(jìn)一步求出慣性力。慣性力沿高度分布慣性力均方根$\sigma_{af}(z)$σaf?(z)表達(dá)式為與沿高度的質(zhì)量$m(z)$m(z)和沿高度的加速度有關(guān)（具體公式根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)參數(shù)確定），慣性力由振動產(chǎn)生，由加速度和質(zhì)量決定。
  • 平均風(fēng)力和脈動風(fēng)力計(jì)算
    • 空氣來流沿高層建筑高度分布的風(fēng)力可通過$F=\frac{1}{2}$