摘要：通过对风荷载的定义、标准值计算阐述，分析风荷载影响高层建筑结构设计的因素，总结了高层建筑抗风的设计要点。
关键词：高层建筑结构；风荷载；标准值计算；设计要点
1引言
按作用方向分类，建筑结构除了抵抗竖向作用力之外，还要承受水平作用，最主要的就是承受风荷载和水平地震荷载。高层建筑结构设计往往水平荷载起着决定性作用，随着建筑层数的增加，高度的增加，体型复杂性系数加大，风荷载更是成为高层建筑结构设计的控制要素。本文仅对风荷载的定义和结构设计要点做如下浅析：
2风荷载的含义
2.1风荷载定义
风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。风荷载标准值w与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关。
2.2风荷载标准值计算
当计算主要围护结构时，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
Wk=βz?s?zW0
式中Wk为风荷载标准值（KN/m2），βz为高度处的风振系数，?s为风荷载体型系数，?z为风压高度变化系数，W0为基本风压。
2.1.1基本风压
基本风压是指某一地区，风力在迎风表面产生的标准值，是某一地区风荷载的设计标准。基本风压是以当地比较空旷平坦的地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min平均最大风速为标准，按基本风压=最大风速的平方/1600确定的风压值（《建筑荷载规范》附录）。基本风压对高层建筑物的经济、适用、耐久性有密切关系。
基本风压按照《建筑结构荷载规范》附表中给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3KN/m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，承载力计算时候基本风压均须提高。一般情况下，高度在60m以上的高层建筑可按100年一遇风压值采用。
2.1.2风压高度变化系数
风压高度变化系数是反映风压随不同场地、地貌和高度变化规律的系数。以规定离地面高度的风压为依据，为不同高度风压与规定离地面高度风压的比值。该系数按照地面粗糙度确定，可分为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。下图为加拿大某研究机构多次观测资料整理出来的不同地貌下平均风压沿建筑物高度的变化规律，可以看出，由于地表摩擦的结果，使得接近地面的风速随着离地面的高度降低而减低。
图1不同地貌下平均风压沿建筑物高度的变化规律
2.1.3风荷载体形系数
风，经过建筑物，往往正面为压力，侧面和背面为吸力。可见各面上的风压力其实是不均匀的，有正有负。风荷载体形系数其实就是这个各面上的风压力平均值和基本风压的比值，它描述的是建筑物表面在风荷载在稳定风压作用下的静压力的分布情况，主要和建筑物的体型和尺度有关，也和周围环境和地面粗糙度有关。对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应有风洞实验确定。
图2不同建筑平面的体型系数
2.1.4风振系数
风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
3 风荷载作用下的高层建筑结构设计要点
3.1风荷载作用下结构特征
在高层建筑中，竖向荷载对结构设计产生重要影响，但水平荷载却起着决定性作用。对一些较柔的高层建筑，风荷载是结构设计的控制因素，随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。高层建筑所受风荷载承倒三角形分布，剪力呈正三角形分布，因此抵抗风荷载的结构刚度宜下大上小分布（见图3）。
3.1.1建筑结构变形控制
对高层建筑结构在风荷载作用下的变形要控制两方面：一是限制结构顶端水平位移与总高度的比值，二是限制相邻楼盖间的相对水平位移与层高的比值，目的是防止填充墙、装饰构件的损坏，避免电梯轨道和管道设施等产生较大的变形，保证在正常使用情况下，建筑物处于弹性状态并保持足够的刚度，避免产生较大的唯一而影响结构承载力和稳定性。
3.2建筑结构抗风设计 抗风设计主要是基于承载力的设计，对于高度较高的高层建筑，还要保证2～10年重现期的风荷载作用下人处于舒适状态，因而需要计算风作用下的加速度，当建筑物加速度小于0.005g时人是没有感觉的，当大于0.015g时居住者就会感觉不舒适，在其间值时人轻微有感；按照10年一遇的风荷载取值计算或专门风洞实验研究确定的结构顶点最大加速度不应超过限值，对住宅、公寓最大加速度不大于0.15m/s2。对办公楼、旅馆则不大于0.25m/s2.，采用钢筋混凝土结构的主要原因是为满足人的舒适度要求，一般情况下混凝土结构阻尼比取0.02时才能满足人们的舒适度要求。当大风引起建筑物的加速度较大时，容易引起维护结构的疲劳破坏，只能通过安装阻尼器或增加纵向结构来提高其在水平力作用下的刚度。 3.3建筑结构体型设计
高层建筑不仅需要较大的承载力，而且需要较大的刚度，使水平荷载产生的侧向变形通过楼层层间最大水平位移与层高的比值限制在一定范围内，因为过大的侧向变形会使人不舒服，影响使用。另外过大的侧向变形会使主体结构出现裂缝，甚至损坏。因此需要根据结构高度选择合理的结构体系外，还要恰当地设计和选择建筑物的平面形状、剖面和总体型。一般应将结构的高宽比h/b控制在一定数值内比如剪力墙最大高宽比在5～7，抗震设防烈度9度时最大高宽比为4。 当结构高宽比较大、结构顶点风速大于临界风速时，可能引起较明显的结构横风向振动，甚至出现横风向振动效应大于顺风向作用效应的情况。对抗风有利的平面形状是简单规则的凸平面，如圆形、正多边形，椭圆形、鼓形等平面。对抗风不利的平面是有较多凹凸的复杂形状平面，如v形、y形、h形、弧形等平面。当结构体型复杂时，宜通过空气弹性模型的风洞试验确定横风向振动的等效风荷载。 4结论 风荷载对于高层建筑结构安全可靠性有着重要的影响。在高层建筑结构设计时，应严格测算风荷载，把控设计要点，结合地域地貌，科学合理的进行高度体型设计，采用有效的防风构造措施，控制水平荷载作用，打造安全、舒适的高层居住环境。
参考文献
[1]包世华.新编高层建筑结构[m].北京：中国水利水电出版社，2003年
[2]gb50009-2001.建筑结构荷载规范[s].2002年
[3]布正伟现代建筑的结构构思与设计技巧[m].天津：天津科技出版社，1984年