房屋建筑和桥梁工程的气动抗风措施综述
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摘要：随着科学技术的进步，现代超高层房屋建筑向高柔方向发展，缆索体系桥梁向超大跨径发展，其横风向荷载和响应越来越显著，成为结构设计中必须重点关注的问题。通过对大量文献资料的查阅及研究，总结了工程实际运用中和理论研究阶段的各种气动抗风措施。对以后的设计及施工有一定的参考作用。
关键词：超高层房屋建筑；缆索体系桥梁；气动抗风措施
中图分类号：TU208文献标识码： A
气流绕过房屋或桥梁截面时，发生相互作用而产生空气作用力，而截面气动外形的改变势必会影响到空气力，因此，改善气动稳定性的途径之一是通过改善断面的外形来减小气动力，即气动措施抗风，也称空气动力学措施。
1. 超高层房屋建筑的气动抗风措施
1.1 选择合理的建筑截面形状
不同截面形状的高层建筑有不同的气动特性。方形截面高层建筑的横风向荷载最大；矩形截面高层建筑随着厚宽比的增大扭转向风荷载变得不容忽视；随着正多边形截面边数的增多，结构的荷载变小；应关注不规则复杂截面的扭转风荷载；当建筑的初步设计方案不能满足结构抗风要求时，可以和建筑设计协调，通过对基本建筑截面采取适当的气动措施处理，使建筑结构满足抗风设计要求。
1.2 矩形截面角部处理措施
在建筑角部设置扰流板的气动措施一般能够减小建筑的横风向荷载和响应，但是由于设置扰流板增大了建筑顺风向的迎风面积，可能导致建筑物顺风向荷载增大，所以该类气动措施要谨慎使用。切角、凹角、圆角等角部修正措施能够有效地减小结构横风向风致效应。10%的角部修正率可能是较好的选择，5%的角部修正率能够有效地防止高层建筑的气动不稳定性。
1.3 建筑截面沿高改变
1.3.1 锥度化与阶梯缩进
对矩形截面高层建筑采取沿高度阶梯收缩的抗风措施时，只有当阶梯收缩的总高度大于未收缩的高度时，阶梯收缩才能显著地减小结构的风荷载。锥度化措施延长了来流在建筑物侧风面漩涡脱落的卓越频率，导致横风向力系数功率谱峰值小幅下降；随着建筑物锥度比的增加，横风向气动力谱峰值下降，功率谱带宽增大，力系数根方差减小。锥度化与阶梯缩进使侧面的风压谱带变宽，峰值频率随着高度而变化，使风谱沿高度的相关性降低；但随着锥度比的增大，由于建筑顶部刚度逐渐变小，建筑顶部横风向的风振响应可能增大。锥度化与阶梯缩进气动措施能够有效地减小高层建筑的横风向荷载，但由于刚度缩减，有时可能会导致顶部的加速度响应不能满足舒适度的要求。
1.3.2 截面沿高度旋转
横截面沿高度旋转能减小建筑结构的阻力，能够降低横风向振动，显著地改善三角形截面高层建筑的平均、脉动及峰值风压系数以及三分力系数，使建筑结构旋涡脱落沿高度变得不规则，减小了结构的横风向响应的横风向风力。截面沿高度旋转气动措施能够减小横风向的气动力，但可能增大建筑表面的局部风压。
1.4 建筑立面开洞
建筑立面开洞通过破坏漩涡脱落强度以及规律性，同时减小建筑迎风面面积，能够同时减小高层建筑横风向与顺风向的风荷载。开洞方式有迎风面单向开洞，侧风面单向开洞与四面双向开洞三种方式。其中四面双向开洞效果最优，在建筑上部开洞效果较好，而在建筑下部开洞效果较差。开洞处局部风压可能增大。
1.5 大跨悬挑建筑面开槽
对大跨度悬挑平屋面结构，屋面用一个有悬挑部分的正方形屋盖结构进行模拟，在模拟结构上开槽，在风洞实验室进行试验，结果显示该气动抗风措施可以有效地干扰锥形涡的形成，从而使屋盖相应区域的平均风荷载值大大降低。
2.1 加劲梁采用流线型扁平箱型截面形式
这种截面形式具有良好的气动外形，抗力系数大大减小，从而显著减小了风荷载；另外，箱型截面抗扭刚度大，加大了扭转振动频率和弯曲振动频率的比值，提高了弯扭耦合振动的发振风速，和非流线型截面不同的是这种流线型截面可以求出相当精确的风力，这种流线型箱型截面已成为目前桥梁抗风设计的主要措施之一。
2.2 加劲梁采用接近流线型的箱型截面形式
这种截面形式可以显著减小风荷载，风颤振的性能也较好，两个箱梁间留有空隙，能调节截面周围的气流状态，提高抗颤振的能力。
2.3 加劲梁采用桁架截面形式
该截面形式的发振风速可超过基准值，涡流激振动也较轻微，但与流线型截面相比迎风面积大，抗力系数较大，风荷载大。当攻角较大时，仍有发生涡流激振的可能。
2.4 边缘风嘴措施
在加劲梁截面两端设置风嘴，可以改善气流绕流的流态，减小涡脱，使截面趋向流线型。这种措施能有效提高悬索桥的颤振稳定性，而且风嘴的尖端角度越小，对颤振稳定性的改善越大；而在尖端角度相同的情况下，尖端长度较大的风嘴的气动性能就越好。
2.5 分离箱梁方案
分离式箱梁设计，实际上是箱梁中心开槽思想的拓展，即通过分离箱梁间的开放空间增加透风率，减小加劲梁顶底面的空气压力差从而增加气动稳定性。同时这一方案保持了传统闭口箱梁结构的优点，如空气阻力系数小、涡振性能好等。这种方案对提高超大跨径悬索桥的抗风稳定性是卓有成效的。随着箱梁间距离的增大，颤振临界风速随之明显上升。
3. 结语
本文从房屋建筑和桥梁工程两个领域较系统地总结了降低结构物横风向荷载和响应的主要气动抗风措施，对各种措施的控制原理和特点进行了简要的评述；本文是对大量的文献资料进行查阅并对气动抗风措施进行汇总，为类似的超高层房屋建筑和超大跨径桥梁工程建设中的抗风设计及施工提供参考。
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