单选题
某36层钢筋混凝土框架一核心筒高层办公楼建筑，建于非地震区，如图1-58-1所示；圆形平面，直径为30m；房屋地面以上高度为150m，质量和刚度沿竖向分布均匀，可忽略扭转影响。按50年重现期的基本风压为0.6kN/m2，按100年重现期的基本风压为0.66kN/m2。地面粗糙度为B类；结构基本自振周期T1=2.78s。
单选题
试问，120m高度处的遮阳板(小于1m2)承载力设计时，所采用的风荷载标准值(kN/m2)，与下列何项数值最为接近?
【正确答案】
C
【答案解析】[解析] 根据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2001)(以下简称《荷载规范》)第7.1.1条第2款当计算围护结构时，风荷载标准值按《荷载规定》第7.1.1条式(7.1.1-2)计算ωk=βgzβgzμs1μzω0。
取ω0=0.6kN/m2，地面粗糙度B类，查表7.2.1，(120-100)=2.206。
由《荷载规范》第7.5.1条，取βgz=1.0。
根据《荷载规范》第7.3.3条，取μs1=-2.0。
所以 ωk=1.0×(-2.0)×2.206×0.6kN/m2=-2.647kN/m2
故选项C为正确答案。
[点评] (1)虽然《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010(以下简称《高程》)第4.2.2条规定：基本风压应按照现行国家标准《荷载规范》的规定采用。对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。但这仅是对主体结构的规定。对遮阳板等围护结构，其重要性与主体结构相比要低一些，可仍取《荷载规范》规定的不放大1.1倍的基本风压值。因此，本题ω0=0.60kN/m2而不是0.66kN/m2。这里，题给的“100年重现期的基本风压为0.66kN/m2”，是一个陷阱。
(2)《荷载规范》表7.2.1没有直接给出120m高度处的风压高度变化系数μ，故应由100m处(μs=2.09)和150m处(μs=2.38)线性插值求得。
取ω0=0.6kN/m2，地面粗糙度B类，查表7.2.1，(120-100)=2.206。
由《荷载规范》第7.5.1条，取βgz=1.0。
根据《荷载规范》第7.3.3条，取μs1=-2.0。
所以 ωk=1.0×(-2.0)×2.206×0.6kN/m2=-2.647kN/m2
故选项C为正确答案。
[点评] (1)虽然《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2010(以下简称《高程》)第4.2.2条规定：基本风压应按照现行国家标准《荷载规范》的规定采用。对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。但这仅是对主体结构的规定。对遮阳板等围护结构，其重要性与主体结构相比要低一些，可仍取《荷载规范》规定的不放大1.1倍的基本风压值。因此，本题ω0=0.60kN/m2而不是0.66kN/m2。这里，题给的“100年重现期的基本风压为0.66kN/m2”，是一个陷阱。
(2)《荷载规范》表7.2.1没有直接给出120m高度处的风压高度变化系数μ，故应由100m处(μs=2.09)和150m处(μs=2.38)线性插值求得。
单选题
该建筑物底部6层的层高均为5m，其余各层层高均为4m。当校核第一振型横风向风振时，试问，其临界风速起始点高度位于下列何项楼层范围内?
提示：空气密度ρ=1.25kg/m3。
提示：空气密度ρ=1.25kg/m3。
【正确答案】
B
【答案解析】[解析] 根据《荷载规范》第7.6.1条第4款，雷诺数Re可按式(7.6.1-1)计算。根据《荷载规范》第7.6.1条第5款，临界风速vcr和结构顶部风速VH可分别按式(7.6.1-2)、式(7.6.1-3)计算。
由式(7.6.1-2)[*]
查表7.2.1，高度150m处μH=2.38
由式(7.6.1-3)[*]
由式(7.6.1-1) Re=69000vD=69000vcrD=69000×53.96×30=111.70×106＞3.5×106
且1.2vcr=1.2×50.13=60.156＞vcr。故应考虑横风向风荷载引起的共振效应。
根据《荷载规范》第7.6.2条式(7.6.2-2)，发生跨临界强风共振时，第一振型临界，风起始点高度为：
地面粗糙度为B类，取α=0.16
[*]
按层高计算层数：[*]
因而起始层在18层范围，故选项B为正确答案。
[点评] (1)《高规》第4.2.5条规定：横风向振动效应或扭转风振动效应明显的高层建筑，应考虑横风向风振或扭转风振的影响。横风向风振或扭转风振的计算范围、方法及顺风向与横风向效应组合方法应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定。
结构高宽比较大，顶点风速大于临界风速，可能引起较明显横风向振动，甚至出现横风向振动效应大于顺风向效应。结构横风向振动问题比较复杂，与结构形状、刚度和风速等有关。2010版《高规》新增此条，意在提醒设计人员注意考虑结构横风向振动效应或扭转风振动效应对高层建筑尤其是超高层建筑的影响。
(2)《荷载规范》规定：对圆形截面的结构，应按下列规定对不同雷诺数Re的情况进行横风向风振(旋涡脱落)的校核：
①当Re＜3×105且结构顶部风速vH大于vcr时，可发生亚临界的微风共振。此时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速vcr不小于15m/s。
②当Re≥3.5×106且结构顶部风速vH的1.2倍大于vcr时，可发生跨临界的强风共振，此时应按第7.6.2条考虑横风向风荷载引起的共振效应。
③当雷诺数为3×105≤Re＜3.5×106时，则发生超临界范围的风振，可不作处理。
④雷诺数Re可按下列公式确定：
Re=69000vD (1-59-1)
式中v-计算所用风速，可取vcr值；
D-结构截面的直径(m)。
⑤临界风速vcr和结构顶部风速vH可按下列公式确定：
[*]
式中Ti-结构振型i的自振周期，验算亚临界微风共振时取基本自振周期T1；
St-斯脱罗哈数，对圆截面结构取0.2；
μH-结构顶部风压高度变化系数；
ω0-基本风压(kN/m2)；
ρ-空气密度(kg/m3)。
⑥当结构沿高度截面缩小时(倾斜度不大于0.02)，可近似取2/3结构高度处的直径。
(3)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λj-计算系数，按《荷载规范》表7.6.2确定；
φzj-在z高处结构的j振型系数，由计算确定或参考附录F；
ξj--第j振型的阻尼比；对第1振型，钢结构取0.01，房屋钢结构取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。
《荷载规范》表7.6.2中的临界风速起始点高度H1，可按下式确定：
[*]
式中α-地面粗糙度指数，对A、B、C和D四类分别取0.12、0.16、0.22和0.30；
vH-结构顶部风速(m/s)。
注：校核横风向风振时所考虑的高振型序号不大于4，对一般悬臂型结构，可只取第1或第2个振型。
(4)上述计算仅适用于圆形平面(截面)的结构。
由式(7.6.1-2)[*]
查表7.2.1，高度150m处μH=2.38
由式(7.6.1-3)[*]
由式(7.6.1-1) Re=69000vD=69000vcrD=69000×53.96×30=111.70×106＞3.5×106
且1.2vcr=1.2×50.13=60.156＞vcr。故应考虑横风向风荷载引起的共振效应。
根据《荷载规范》第7.6.2条式(7.6.2-2)，发生跨临界强风共振时，第一振型临界，风起始点高度为：
地面粗糙度为B类，取α=0.16
[*]
按层高计算层数：[*]
因而起始层在18层范围，故选项B为正确答案。
[点评] (1)《高规》第4.2.5条规定：横风向振动效应或扭转风振动效应明显的高层建筑，应考虑横风向风振或扭转风振的影响。横风向风振或扭转风振的计算范围、方法及顺风向与横风向效应组合方法应符合现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定。
结构高宽比较大，顶点风速大于临界风速，可能引起较明显横风向振动，甚至出现横风向振动效应大于顺风向效应。结构横风向振动问题比较复杂，与结构形状、刚度和风速等有关。2010版《高规》新增此条，意在提醒设计人员注意考虑结构横风向振动效应或扭转风振动效应对高层建筑尤其是超高层建筑的影响。
(2)《荷载规范》规定：对圆形截面的结构，应按下列规定对不同雷诺数Re的情况进行横风向风振(旋涡脱落)的校核：
①当Re＜3×105且结构顶部风速vH大于vcr时，可发生亚临界的微风共振。此时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速vcr不小于15m/s。
②当Re≥3.5×106且结构顶部风速vH的1.2倍大于vcr时，可发生跨临界的强风共振，此时应按第7.6.2条考虑横风向风荷载引起的共振效应。
③当雷诺数为3×105≤Re＜3.5×106时，则发生超临界范围的风振，可不作处理。
④雷诺数Re可按下列公式确定：
Re=69000vD (1-59-1)
式中v-计算所用风速，可取vcr值；
D-结构截面的直径(m)。
⑤临界风速vcr和结构顶部风速vH可按下列公式确定：
[*]
式中Ti-结构振型i的自振周期，验算亚临界微风共振时取基本自振周期T1；
St-斯脱罗哈数，对圆截面结构取0.2；
μH-结构顶部风压高度变化系数；
ω0-基本风压(kN/m2)；
ρ-空气密度(kg/m3)。
⑥当结构沿高度截面缩小时(倾斜度不大于0.02)，可近似取2/3结构高度处的直径。
(3)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λj-计算系数，按《荷载规范》表7.6.2确定；
φzj-在z高处结构的j振型系数，由计算确定或参考附录F；
ξj--第j振型的阻尼比；对第1振型，钢结构取0.01，房屋钢结构取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。
《荷载规范》表7.6.2中的临界风速起始点高度H1，可按下式确定：
[*]
式中α-地面粗糙度指数，对A、B、C和D四类分别取0.12、0.16、0.22和0.30；
vH-结构顶部风速(m/s)。
注：校核横风向风振时所考虑的高振型序号不大于4，对一般悬臂型结构，可只取第1或第2个振型。
(4)上述计算仅适用于圆形平面(截面)的结构。
单选题
假如在该建筑物A处拟建一同样的建筑物B，如图1-60-1所示，不考虑其他因素的影响，试确定在图示风向作用时，下列何组布置方案对建筑物A的风力干扰最大?
【正确答案】
D
【答案解析】[解析] 根据《荷载规范》第7.3.2条及条文说明：
θ=90°(房屋连线与风向垂直)时，不增大；
θ=0°(房屋连线与风向一致)时，取小值；
d≥7.5D=225m时，不考虑；
d=100m＜3.5D=105m，且在θ=45°左右时，风力干扰最大，故选项D为正确答案。
[点评] (1)《高规》第4.2.4条规定：当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单栋建筑的体型系数μs乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验确定。
(2)增大系数的取值根据《荷载规范》第7.3.2条条文说明：当与邻近房屋的间距小于3.5倍的迎风面宽度且两栋房屋中心连线与风向成45°时，可取大值：当房屋连线与风向一致时，可取小值；当与风向垂直时不考虑；当间距大于7.5倍的迎风面宽度时也可不考虑。
θ=90°(房屋连线与风向垂直)时，不增大；
θ=0°(房屋连线与风向一致)时，取小值；
d≥7.5D=225m时，不考虑；
d=100m＜3.5D=105m，且在θ=45°左右时，风力干扰最大，故选项D为正确答案。
[点评] (1)《高规》第4.2.4条规定：当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单栋建筑的体型系数μs乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定；必要时宜通过风洞试验确定。
(2)增大系数的取值根据《荷载规范》第7.3.2条条文说明：当与邻近房屋的间距小于3.5倍的迎风面宽度且两栋房屋中心连线与风向成45°时，可取大值：当房屋连线与风向一致时，可取小值；当与风向垂直时不考虑；当间距大于7.5倍的迎风面宽度时也可不考虑。
单选题
该建筑物拟建于山区平坦地A处，或建于高度为50m的山坡顶B处，如图1-61-1所示。在两地的楼高距地面100m处的顺风向风荷载标准值分别为ωA与ωB，试确定其比值(ωB/ωA)最接近于下列何项数值?
提示：为方便计算取ξ·v·φz≈1。
提示：为方便计算取ξ·v·φz≈1。
【正确答案】
C
【答案解析】[解析] 由《荷载规范》第7.1.1条式(7.1.1-1)，因是同一建筑物，则μs相同，ω0也相同，故有
[*]
由《荷载规范》第7.2.2条式(7.2.2)，[*]
其中[*]，取0.3，z=100m＜2.5H=125m，取k=1.4，故有
[*]
由7.4.2条式(7.4.2)，查表7.2.1，μzB=2.09。
[*]
[*]故选项C为正确答案。
[点评] (1)《荷载规范》第7.2.2条规定：对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，由表7.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正。并对各种情况下的修正系数叩作了具体规定。
(2)本题的提示取ξvφz≈1很重要，否则，此题就相当繁琐了。
[*]
由《荷载规范》第7.2.2条式(7.2.2)，[*]
其中[*]，取0.3，z=100m＜2.5H=125m，取k=1.4，故有
[*]
由7.4.2条式(7.4.2)，查表7.2.1，μzB=2.09。
[*]
[*]故选项C为正确答案。
[点评] (1)《荷载规范》第7.2.2条规定：对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗糙度类别，由表7.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正。并对各种情况下的修正系数叩作了具体规定。
(2)本题的提示取ξvφz≈1很重要，否则，此题就相当繁琐了。