董 銳， 梁斯宇， 邱凌煜， 羅元隆， 劉國(guó)買

（1. 福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108；2. 廈門大學(xué) 建筑與土木工程學(xué)院，福建 廈門 361005；3. 臺(tái)北科技大學(xué)，臺(tái)灣 臺(tái)北 106344；4. 福建工程學(xué)院 管理學(xué)院，福建 福州 350118；5. 福建省土木建筑學(xué)會(huì)，福建 福州 350001）

臺(tái)灣海峽兩岸的臺(tái)灣和福建在氣候條件和地形地貌方面高度相似，且均受西北太平洋熱帶氣旋和亞熱帶季風(fēng)氣候的影響，是世界上風(fēng)致災(zāi)害最嚴(yán)重的區(qū)域之一［1］。隨著閩臺(tái)兩岸經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量高層建筑在此興建。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)作為工程師進(jìn)行高層建筑抗風(fēng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，其取值大小直接影響結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。由于多種原因，閩臺(tái)兩岸現(xiàn)行建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)存在諸多不同，福建主要依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009—2012）［2］（以下簡(jiǎn)稱大陸標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)，而臺(tái)灣則主要依據(jù)2015 版《建筑物耐風(fēng)設(shè)計(jì)規(guī)范與解說》［3］（以下簡(jiǎn)稱臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)）。盡管兩岸經(jīng)濟(jì)文化和技術(shù)交流在不斷發(fā)展，但是，關(guān)于海峽兩岸建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)、完整的比較研究還很不完善。Ge 等［4-5］和金新陽［6］在對(duì)亞太地區(qū)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)的比較中，對(duì)臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)有提及，但內(nèi)容僅限于部分設(shè)計(jì)參數(shù)和計(jì)算結(jié)果的對(duì)標(biāo)。董銳等［1］對(duì)海峽兩岸建筑基本風(fēng)速的合理取值進(jìn)行了系統(tǒng)研究，但沒有涉及風(fēng)荷載。此外，國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用單因素分析法對(duì)世界主要風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量的比較研究［7-12］，但均未涉及臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)，也沒有將各因素對(duì)風(fēng)荷載系統(tǒng)的貢獻(xiàn)進(jìn)行量化，無法準(zhǔn)確評(píng)估單個(gè)因素對(duì)系統(tǒng)的影響程度。鑒于此，本文以海峽兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載比較為研究對(duì)象，在兩岸建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，將高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載視為一個(gè)系統(tǒng)，采用均勻設(shè)計(jì)方法對(duì)各因素的影響程度進(jìn)行量化評(píng)估，相關(guān)結(jié)論對(duì)于兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載合理取值的確定和福建探索實(shí)施風(fēng)荷載“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)共通”建設(shè)的區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略都具有重要意義。

1 海峽兩岸建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)分析

海峽兩岸建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)分析包括設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)、建筑物主體結(jié)構(gòu)和維護(hù)結(jié)構(gòu)三部分。

1.1 設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)

基本風(fēng)速、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、湍流強(qiáng)度、湍流積分尺度、不同重現(xiàn)期基本風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)等參數(shù)是確定建筑結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的關(guān)鍵參數(shù)。下面將對(duì)上述海峽兩岸設(shè)計(jì)風(fēng)參數(shù)進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析。

1.1.1 基本風(fēng)速

臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)將地面粗糙度類別分為A、B、C三類，大陸標(biāo)準(zhǔn)分為A、B、C、D 四類。兩者在梯度風(fēng)高度zG、平均風(fēng)剖面指數(shù)α、計(jì)算設(shè)計(jì)風(fēng)速截?cái)喔叨鹊膶?duì)應(yīng)情況見表1。

表1 地面粗糙度類別Tab. 1 Types of ground roughness

基本風(fēng)速的確定與標(biāo)準(zhǔn)地貌類別、平均風(fēng)速時(shí)距、標(biāo)準(zhǔn)高度、重現(xiàn)期、風(fēng)速樣本取樣方法和風(fēng)速分布概率模型等6個(gè)因素有關(guān)。兩岸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于基本風(fēng)速的規(guī)定基本相同，均為平坦開闊地貌、10 m高度、10 min 時(shí)距、采用極值I 型概率模型獲得的50 年重現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)值。但風(fēng)速樣本取樣方法存在差異，大陸標(biāo)準(zhǔn)取樣采用年最大值法，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)采用臺(tái)風(fēng)風(fēng)速法［3］。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)的原始統(tǒng)計(jì)資料為臺(tái)灣島24個(gè)測(cè)站1947—1991 年間發(fā)生的128 個(gè)侵臺(tái)臺(tái)風(fēng)最大10 min平均風(fēng)速資料，大陸標(biāo)準(zhǔn)的原始統(tǒng)計(jì)資料為大陸地區(qū)672個(gè)氣象站1949—2008年的年最大10 min平均風(fēng)速資料。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)的基本風(fēng)速將臺(tái)灣島劃分為47.5、42.5、37.5、32.5、27.5 和22.5 m·s-1六個(gè)區(qū)，周圍外島地區(qū)單獨(dú)給出，大陸標(biāo)準(zhǔn)按照全國(guó)行政區(qū)劃以基本風(fēng)壓的形式分別給出。此外，兩岸標(biāo)準(zhǔn)采用極值I 型概率分布時(shí)分布參數(shù)的取值方法存在區(qū)別，大陸標(biāo)準(zhǔn)中分布參數(shù)取值與樣本容量n有關(guān)，而臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)不受樣本容量的影響［1］。上述因素使得臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出的基本風(fēng)速大部分情況下要高于大陸標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)應(yīng)值。關(guān)于兩岸基本風(fēng)速比較的詳細(xì)內(nèi)容，參見文獻(xiàn)［1］。

1.1.2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

兩岸標(biāo)準(zhǔn)均采用指數(shù)律表示平均風(fēng)速隨高度的變化規(guī)律，進(jìn)而得到風(fēng)壓隨高度的變化規(guī)律。對(duì)于不同地面粗糙度類別，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz（臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)稱風(fēng)速壓地況系數(shù)Kz）隨高度z的變化曲線匯總于圖1。

圖1 不同地面粗糙度類型時(shí)的μz-z曲線Fig. 1 μz-z curves for different types of ground roughness

圖1 中TW 表示臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)，GB 表示大陸標(biāo)準(zhǔn)。觀察圖1可以發(fā)現(xiàn)，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中C類地貌的風(fēng)壓高度變化系數(shù)與大陸標(biāo)準(zhǔn)中B 類時(shí)的分布完全相同，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中的A、B 類地貌分別與大陸標(biāo)準(zhǔn)中的D、C類地貌大致相當(dāng)。與大陸標(biāo)準(zhǔn)不同，2015 版臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)將湖岸與海岸地區(qū)統(tǒng)一采用C 類地貌描述，使得該類地貌下的設(shè)計(jì)風(fēng)壓計(jì)算值要明顯小于大陸標(biāo)準(zhǔn)A類地貌的對(duì)應(yīng)值。

1.1.3 湍流強(qiáng)度和湍流積分尺度

兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)給出的高度z處湍流強(qiáng)度I（z）和湍流積分尺度L（z）計(jì)算公式匯總于表2。表中，c為與地面粗糙度類別有關(guān)的系數(shù)，對(duì)于臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)A、B、C 類地面粗糙度類別分別取0.45、0.30、0.20；I10為10 m 高度處的名義湍流度，對(duì)于大陸標(biāo)準(zhǔn)A、B、C、D 類地面粗糙度類別分別取0.12、0.14、0.23、0.39；α為地面粗糙度指數(shù)。c′和-ε為計(jì)算湍流積分尺度的參數(shù)，對(duì)于臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)A、B、C類地面粗糙度類別，c′分別取55、98、152 m，-ε分別取0.5、0.33、0.20。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中，湍流強(qiáng)度和湍流積分尺度的截?cái)喔叨仍贏、B、C類地面粗糙度時(shí)分別為18、9、4.5 m。

表2 湍流強(qiáng)度和湍流積分尺度Tab. 2 Turbulence intensity and turbulence integral

圖2為湍流度隨高度的變化規(guī)律。由圖2可知，兩岸標(biāo)準(zhǔn)給出的順風(fēng)向湍流度表達(dá)式形式相同，但對(duì)于相同的地貌類別，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出的同高度處的湍流度明顯大于大陸標(biāo)準(zhǔn)。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)C類地面粗糙度（平坦開闊地面）的湍流度與大陸標(biāo)準(zhǔn)C 類地況（密集建筑群的城市市區(qū)）的對(duì)應(yīng)值大致相當(dāng)。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)在計(jì)算陣風(fēng)反應(yīng)因子時(shí)考慮了湍流積分尺度，不同地面粗糙度類別時(shí)湍流積分尺度隨高度的變化規(guī)律如圖3 所示，大陸標(biāo)準(zhǔn)暫未考慮湍流積分尺度的影響。

圖2 不同地面粗糙度類型時(shí)的I（z）-z曲線Fig. 2 I(z)-z curves for different types of ground roughness

圖3 不同地面粗糙度類型時(shí)的L（z）-z曲線Fig. 3 L(z)-z curves for different types of ground roughness

1.1.4 不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)

設(shè)計(jì)風(fēng)速與統(tǒng)計(jì)時(shí)采用的重現(xiàn)期有很大關(guān)系，對(duì)于重要程度不同的建筑物，可以采用不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)風(fēng)速。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中重現(xiàn)期為R的設(shè)計(jì)風(fēng)速UR與基本風(fēng)速U10（C）之間的關(guān)系為

式中：γR為不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速的換算系數(shù)。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于固定的重現(xiàn)期R，系數(shù)γR是固定值，不隨地理位置而改變。

大陸標(biāo)準(zhǔn)給出了重現(xiàn)期為R的設(shè)計(jì)風(fēng)壓wR計(jì)算公式，如式（2）所示。式中w10和w100分別表示重現(xiàn)期為10 年與100 年的設(shè)計(jì)風(fēng)壓，該公式實(shí)際上主要推算R∈[10，100]時(shí)的設(shè)計(jì)風(fēng)壓，對(duì)于R＞100 年和R＜10年的設(shè)計(jì)風(fēng)壓，推算結(jié)果可能存在誤差。

根據(jù)伯努利方程，風(fēng)壓之比等于風(fēng)速平方之比，可得不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速的比值。由于大陸標(biāo)準(zhǔn)給出的各地50年重現(xiàn)期基本設(shè)計(jì)風(fēng)壓和100年重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)壓間不存在固定的比例關(guān)系，故設(shè)計(jì)風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)γR不存在固定值，與地理位置有關(guān)。表3 和圖3給出了兩岸標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期分別為5、10、25、50、100年時(shí)的轉(zhuǎn)換系數(shù)γR的分布。其中大陸標(biāo)準(zhǔn)中的轉(zhuǎn)換系數(shù)是根據(jù)大陸標(biāo)準(zhǔn)中臺(tái)灣11 個(gè)城市的設(shè)計(jì)風(fēng)壓換算得出。由表3和圖4可知，大陸標(biāo)準(zhǔn)給出的臺(tái)灣11 個(gè)城市不同重現(xiàn)期風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)均值與臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)值基本相當(dāng)，標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于7.1 %。對(duì)于臺(tái)北市，大陸標(biāo)準(zhǔn)在5、10年重現(xiàn)期時(shí)給出的轉(zhuǎn)換系數(shù)小于臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 不同重現(xiàn)期的設(shè)計(jì)風(fēng)速換算系數(shù)比較Fig. 4 Comparison of design wind speed conversion coefficient for different return periods

1.2 建筑物主體結(jié)構(gòu)

兩岸標(biāo)準(zhǔn)均將建筑物抗風(fēng)設(shè)計(jì)分為主體結(jié)構(gòu)和圍護(hù)結(jié)構(gòu)兩部分，并采用不同的公式分別進(jìn)行計(jì)算。兩岸標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)適用于建筑物和地上獨(dú)立結(jié)構(gòu)物，以下討論中除特殊說明外不再區(qū)分，統(tǒng)稱建筑物。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑物的封閉程度分為封閉式、部分封閉式與開放式三類；根據(jù)建筑物基頻大小分為普通和柔性兩類，其中基頻大于1 Hz的為普通建筑物，小于等于1 Hz的為柔性建筑物，建筑物女兒墻風(fēng)荷載的規(guī)定單獨(dú)給出。大陸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)主體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算采用統(tǒng)一表達(dá)式，不區(qū)分建筑物的類型。兩岸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)建筑物主體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的計(jì)算規(guī)定見表4。表中，Cpn為凈風(fēng)壓系數(shù)，Cf為開放建筑的風(fēng)力系數(shù)，Gr為柔性建筑的陣風(fēng)反應(yīng)因子，ZAC為風(fēng)荷載作用面積AC的形心高度。

表4 建筑物主體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算公式Tab. 4 Wind load calculation formula for main wind-force resisting system of buildings

表4中，P為主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)風(fēng)壓，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中采用的單位為kgf·m-2， 取g= 9.81 N·kg-1， 則有：1 kgf·m-2= 9.81 N·m-2；q為外風(fēng)速壓，對(duì)于迎風(fēng)面墻q=q（z），q（z）為離地面z米高度處的風(fēng)速壓；對(duì)于背風(fēng)面墻、側(cè)墻與屋頂，q=q（h），h為建筑物的平均屋頂高度；G為普通建筑物的陣風(fēng)反應(yīng)因子；Cp為外風(fēng)壓系數(shù)；（GCpi）為內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)；qi為內(nèi)風(fēng)速壓，取負(fù)值時(shí)取為q（h），取正值時(shí)取為q（h）或q(Zh0)，Zh0為影響正值內(nèi)風(fēng)壓之最高開口高度。wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，kN·m-2，βz為高度z處的風(fēng)振系數(shù)，μs為風(fēng)荷載體形系數(shù)，μz為風(fēng)壓高度變化系數(shù)，w0為基本風(fēng)壓，kN·m-2。

對(duì)于建筑物主體結(jié)構(gòu)的風(fēng)壓計(jì)算，兩岸標(biāo)準(zhǔn)的主要區(qū)別如表5 所示。需要注意的是，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)(GCpi)以極值的形式給出，并且在不同方向墻面的取值相同，即同時(shí)取正值或負(fù)值。因此，對(duì)于建筑物整體而言，內(nèi)風(fēng)壓產(chǎn)生的風(fēng)力是相互抵消的，即內(nèi)風(fēng)壓對(duì)建筑物的整體風(fēng)荷載為零。但對(duì)于每一面單獨(dú)的墻體而言，考慮內(nèi)風(fēng)壓會(huì)顯著改變?cè)搲w所承受的風(fēng)荷載。

1.2.1 順風(fēng)向風(fēng)荷載

表5 建筑物主體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算規(guī)定比較Tab. 5 Comparison of wind load calculation rules for main wind-force resisting system of buildings

表6 建筑物主體結(jié)構(gòu)順風(fēng)向風(fēng)荷載計(jì)算規(guī)定比較Tab. 6 Comparison of calculation rules for along wind load of main wind-force system of buildings

從表6 中可知，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中沒有體現(xiàn)脈動(dòng)風(fēng)荷載的空間相關(guān)性，主要是由其等效靜風(fēng)荷載的獲得方式?jīng)Q定的。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中，通過高頻天平測(cè)力試驗(yàn)獲得高層建筑的整體風(fēng)荷載，然后假設(shè)風(fēng)荷載的分布模式與高層建筑的一階振型相同，進(jìn)而獲得規(guī)范中的等效靜風(fēng)荷載分布。因此，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)荷載分布實(shí)際上已經(jīng)間接考慮了脈動(dòng)風(fēng)的空間相關(guān)性。

大陸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于普通和柔性建筑物均同時(shí)考慮共振響應(yīng)和背景響應(yīng)。此外，兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于結(jié)構(gòu)阻尼比的取值也存在較大區(qū)別，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)阻尼比建議取值整體低于大陸標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)建筑物，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)建議取0.01，大陸標(biāo)準(zhǔn)取0.01 和0.02；對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)建筑物，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)0.02 的建議值遠(yuǎn)小于大陸標(biāo)準(zhǔn)0.05的建議值。

由于建筑物橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向風(fēng)荷載的機(jī)理比較復(fù)雜，與建筑物的外形、流經(jīng)建筑物的渦脫頻率、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量分布等因素有關(guān)，兩岸標(biāo)準(zhǔn)均根據(jù)建筑物的幾何形狀分類給出幾種簡(jiǎn)單的情況，此處不做詳細(xì)比較。此外，對(duì)于高度小于18 m并滿足一定條件的低矮建筑物，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出了簡(jiǎn)化的順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向等效靜力風(fēng)荷載表達(dá)式。

1.2.2 風(fēng)荷載組合

由于建筑物所受的最大順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向風(fēng)荷載不會(huì)同時(shí)發(fā)生在相同的風(fēng)向上，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出了兩種設(shè)計(jì)用風(fēng)荷載組合模式：①考慮x風(fēng)向（與建筑物長(zhǎng)邊平行的風(fēng)向）時(shí)的順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)風(fēng)荷載；②考慮y風(fēng)向（與建筑物短邊平行的風(fēng)向）時(shí)的順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)風(fēng)荷載。此處的設(shè)計(jì)風(fēng)荷載相當(dāng)于大陸標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。工程設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)荷載取上述兩種組合模式中的最不利值。大陸標(biāo)準(zhǔn)給出了三種荷載組合模式：①僅考慮最不利風(fēng)向的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；②考慮橫風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值和0.6倍的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；③僅考慮扭轉(zhuǎn)向的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。

1.3 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)

與建筑物主體結(jié)構(gòu)的計(jì)算類似，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)建筑的類型分別計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載，大陸標(biāo)準(zhǔn)仍然是采用統(tǒng)一表達(dá)式。對(duì)于圍護(hù)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，兩者均考慮建筑物內(nèi)壓。與主體結(jié)構(gòu)的計(jì)算不同，大陸標(biāo)準(zhǔn)在圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)采用的是陣風(fēng)系數(shù)βgz（高度z處）。該系數(shù)沒有考慮結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)中的共振分量，僅考慮脈動(dòng)風(fēng)的瞬時(shí)增大作用對(duì)基本設(shè)計(jì)風(fēng)壓的影響。臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)直接給出了外風(fēng)壓系數(shù)(GCp)和內(nèi)風(fēng)壓系數(shù)(GCpi)的整體取值，此處的風(fēng)壓系數(shù)均為極值，即該系數(shù)綜合考慮了結(jié)構(gòu)動(dòng)力效應(yīng)中的共振分量和背景分量。兩岸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的比較如表7所示。

表7 建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算公式Tab. 7 Wind load calculation formula for components and cladding of buildings

2 高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載多因素分析

由第1 節(jié)可知，高層建筑順風(fēng)向等效風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)，兩岸標(biāo)準(zhǔn)均采用多參數(shù)表達(dá)式，且參數(shù)之間存在較大差異。為探究?jī)砂陡邔咏ㄖ橈L(fēng)向風(fēng)荷載的主要影響因素，本節(jié)將順風(fēng)向風(fēng)荷載視為一個(gè)系統(tǒng)，首先對(duì)其計(jì)算公式做標(biāo)準(zhǔn)化處理，并分別以基底剪力和基底彎矩作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，采用均勻設(shè)計(jì)法對(duì)各影響因素的顯著性進(jìn)行分析。

2.1 均勻設(shè)計(jì)方法

本文選用均勻設(shè)計(jì)對(duì)海峽兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載展開多因素分析。均勻設(shè)計(jì)法的基本思想是以回歸分析為統(tǒng)計(jì)模型，利用均勻性選出具有代表性的水平組合，在減少試驗(yàn)次數(shù)和計(jì)算量的同時(shí)，也能通過分析得出可靠結(jié)論。均勻設(shè)計(jì)主要包括均勻設(shè)計(jì)表設(shè)計(jì)和回歸分析兩大步驟。

東魏興和(539～542)年間，韓子熙、賈思同并為侍講，為孝靜帝講授《杜氏春秋》。韓子熙“少孤，為叔顯宗所撫養(yǎng)”。上文提到韓顯宗成長(zhǎng)于齊州，其學(xué)術(shù)有青齊色彩，韓子熙為其撫養(yǎng)，《杜氏春秋》當(dāng)即所傳家學(xué)。賈思同之兄賈思伯，曾為孝明帝講授《杜氏春秋》?！段簳肪砥叨顿Z思同傳》:

2.1.1 均勻設(shè)計(jì)表

均勻設(shè)計(jì)是通過均勻設(shè)計(jì)表Un（qm）進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)，其中，U表示均勻設(shè)計(jì)，n表示試驗(yàn)次數(shù)，m表示因素的個(gè)數(shù)，q表示每個(gè)因素的水平數(shù)。通常n遠(yuǎn)小于qm，試驗(yàn)工作量會(huì)得到極大改善。均勻設(shè)計(jì)表需要滿足“任意一個(gè)因素的各水平均進(jìn)行相同數(shù)目的試驗(yàn)，任意兩個(gè)因素的所有可能的水平組合有相同的重復(fù)數(shù)”，使各因素水平搭配均勻，在減少試驗(yàn)次數(shù)的同時(shí)，可以準(zhǔn)確判定每個(gè)因素對(duì)響應(yīng)的影響是否顯著。

2.1.2 回歸分析

通過均勻設(shè)計(jì)表獲得試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本后，需采用回歸分析法對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析?；貧w分析包括5步。

第一步，確定回歸模型。本文采用多元線性回歸分析法，其模型可表示為

式中：y為因變量（響應(yīng)值）；x1， …，xm為自變量（因素）；β0， …，βm為回歸系數(shù)；ε為隨機(jī)誤差，ε～N（0，σ2）。

第二步，獲取回歸系數(shù)。本文采用最小二乘法獲取回歸系數(shù)。

第三步，回歸方程顯著性檢驗(yàn)。獲得回歸系數(shù)后，需要考察因素x1，x2， …，xm對(duì)響應(yīng)yi是否有顯著性影響。首先給出檢驗(yàn)假設(shè)如下：

H0：β1=…=βm=0，H1：β1，…，βm不全等于0。

其中H0為零假設(shè)，表示所有因素對(duì)響應(yīng)yi無顯著性影響，否則拒絕H0假設(shè)，表明至少有一個(gè)因素對(duì)響應(yīng)yi存在顯著性影響。實(shí)際操作中采用F檢驗(yàn)對(duì)上述假設(shè)做出判斷，統(tǒng)計(jì)量F的計(jì)算公式為

式中：SST為總離差平方和（sum of squares total，SST），SSR為回歸平方和（sum of squares regression，SSR），SSE殘差平方和（sum of squares error，SSE）；MST、MSR、MSE分別為總離差平方和、回歸平方和、殘差平方和的均方。給定顯著性水平α，查F分布表得到Fα(m，n-m-1)。若F＞Fα(m，n-m-1)，則拒絕假設(shè)H0，認(rèn)為x1， …，xm中至少有一個(gè)對(duì)y有顯著影響，回歸方程顯著；若F＜Fα(m，n-m-1)，則接受假設(shè)H0，回歸方程不顯著。

第四步，擬合優(yōu)度檢驗(yàn)。擬合優(yōu)度檢驗(yàn)的目標(biāo)是對(duì)回歸方程的擬合效果進(jìn)行檢驗(yàn)。本文采用的指標(biāo)為決定系數(shù)R2，其計(jì)算公式為

R2的取值在［0，1］之間，越接近1，表明回歸方程擬合的效果越好；越接近0，表明回歸方程擬合的效果越差。

第五步，檢驗(yàn)因素xj（j=1，…，m）對(duì)響應(yīng)y是否有顯著性影響，即檢驗(yàn)假設(shè)：H0：βj=0， H1：βj≠0，j=1，...，m。檢驗(yàn)方法為t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量為

式中：cjj為矩陣(XTX)-1對(duì)角線上第j個(gè)元素。給定顯著性水平α，查t 分布表找出雙側(cè)檢驗(yàn)的臨界值tα/2(m，n-m-1)。若|tj|＞tα/2(m，n-m-1)，則拒絕假設(shè)H0，表明因素xj對(duì)響應(yīng)y影響顯著；若|tj|＜tα/2(m，n-m-1)，則接受假設(shè)H0，表明因素xj對(duì)響應(yīng)y影響不顯著。

2.2 順風(fēng)向風(fēng)荷載計(jì)算公式標(biāo)準(zhǔn)化

兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)均采用平均風(fēng)荷載與動(dòng)力放大系數(shù)乘積的形式表達(dá)等效風(fēng)荷載。為了便于對(duì)高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷進(jìn)行多因素分析，本文首先對(duì)兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)中順風(fēng)向風(fēng)荷載表達(dá)式做標(biāo)準(zhǔn)化處理，如式（8）所示：

式中：W為順風(fēng)向等效風(fēng)荷載，kN·m-2；q0為基本風(fēng)壓，kN·m-2；Ce為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；Cp為風(fēng)荷載體型系數(shù)；Cg為脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)，分別對(duì)應(yīng)大陸標(biāo)準(zhǔn)中的風(fēng)振系數(shù)βz和臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)中的陣風(fēng)反應(yīng)因子G。

2.3 基于均勻設(shè)計(jì)的順風(fēng)向風(fēng)荷載多因素分析

本文算例中的建筑物位于臺(tái)北，為無女兒墻封閉式平屋頂鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)L=30 m，寬B=30 m，層高3.0 m，通過改變層數(shù)改變其高寬比。由于阻尼比對(duì)高層建筑風(fēng)荷載的計(jì)算具有重要影響，且兩岸標(biāo)準(zhǔn)對(duì)阻尼比均無強(qiáng)制性規(guī)定，為消除阻尼比的影響，本文分析中統(tǒng)一采用臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出的建議值ξ=0.02。

2.3.1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

由式（8）可知，基本風(fēng)壓q0、風(fēng)壓高度變化系數(shù)Ce、風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp和脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg是影響高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載W的4個(gè)因素。基本風(fēng)壓由基本風(fēng)速確定，本文暫不考慮該因素的影響，計(jì)算中統(tǒng)一按照臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)給出的臺(tái)北市50 年重現(xiàn)期基本風(fēng)速42.5 m·s-1取值。由于風(fēng)壓高度變化系數(shù)主要受地面粗糙度類型的影響，風(fēng)荷載體型系數(shù)主要受高層建筑外形的影響，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)主要受等效風(fēng)荷載計(jì)算方法和湍流強(qiáng)度的影響，故本文在進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)時(shí)，主要考慮高寬比、地面粗糙度系數(shù)α、風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp、脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg、湍流強(qiáng)度Iz五個(gè)因素。各因素及對(duì)應(yīng)水平取值如表8所示。

表8 順風(fēng)向風(fēng)荷載均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平匯總Tab. 8 Summary of factors and levels of uniform design experimentation of along-wind loads

本文利用擬水平法，以等水平均勻設(shè)計(jì)表為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)混合水平的均勻設(shè)計(jì)。選取中國(guó)數(shù)學(xué)會(huì)均勻設(shè)計(jì)分會(huì)提供的等水平均勻設(shè)計(jì)表U18（65）［14-15］，并將該表中任意三列的水平進(jìn)行合并：{1，2，3}?1，{4，5，6}?2。采用中心化L2-偏差CD2度量其均勻性，比較發(fā)現(xiàn)，當(dāng)U18（65）的第二、三、五列的6個(gè)水平合并成二個(gè)水平時(shí)，偏差最小，均勻性最好，此時(shí)，CD2為0.322。

2.3.2 順風(fēng)向基底剪力均勻設(shè)計(jì)回歸分析

回歸分析中，高寬比、地面粗糙度指數(shù)和風(fēng)荷載體型系數(shù)為數(shù)值變量，直接代入模型（3）即可；脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)和湍流強(qiáng)度為定性變量，需要采取0-1化方法將其轉(zhuǎn)換成虛擬變量后才能進(jìn)行回歸分析，即：

分別采用向前篩選法、向后篩選法和逐步回歸法進(jìn)行回歸分析，結(jié)果表明三種篩選變量方法的分析結(jié)果相同。表9給出了高層建筑順風(fēng)向基底剪力回歸方程在顯著性水平α=0.05時(shí)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過自變量篩選后最終有三個(gè)自變量進(jìn)入方程，m=3，n=18，臨界值F0.05(3，14)=3.34 ＜44.852，且p值遠(yuǎn)小于0.05，檢驗(yàn)結(jié)果高度顯著，回歸方程有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)回歸方程進(jìn)行擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，決定系數(shù)R2=SSR/SST=0.906，接近1，表明回歸方程擬合效果良好。

表9 順風(fēng)向基底剪力回歸方程顯著性檢驗(yàn)結(jié)果Tab. 9 Result of significance test of regression equation of base shear force of along-wind

進(jìn)一步對(duì)回歸系數(shù)做t值統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)，檢驗(yàn)每個(gè)因素對(duì)順風(fēng)向基底剪力計(jì)算影響的顯著性。在顯著性水平α=0.05 時(shí)，回歸系數(shù)的檢驗(yàn)結(jié)果如表10所示。由表10可知，高寬比、地面粗糙度系數(shù)α和脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg是影響海峽兩岸高層建筑順風(fēng)向基底剪力的主要因素。這三個(gè)因素的檢驗(yàn)p值均遠(yuǎn)小于0.05，說明對(duì)順風(fēng)向基底剪力的計(jì)算有顯著性影響。風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp和湍流強(qiáng)度Iz在回歸分析中檢驗(yàn)p值大于0.05，檢驗(yàn)不顯著，說明這兩個(gè)因素的水平變化對(duì)順風(fēng)向基底剪力影響較小，不是順風(fēng)向基底剪力的主要影響因素。將高層建筑順風(fēng)向基底剪力視為一個(gè)系統(tǒng)，比較每個(gè)因素的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值，可以獲得各因素對(duì)系統(tǒng)影響程度的大小依次為：。

表10 順風(fēng)向基底剪力回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Tab. 10 Result of significance test of regression coefficient of base shear force of along-wind

2.3.3 順風(fēng)向基底彎矩均勻設(shè)計(jì)回歸分析

以高層建筑順風(fēng)向基底彎矩為評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別采用向前篩選法、向后篩選法和逐步回歸法進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)回歸分析，結(jié)果表明三種篩選變量方法的分析結(jié)果一致。表11給出了順風(fēng)向基底彎矩回歸方程在顯著性水平α=0.05時(shí)的顯著性檢驗(yàn)結(jié)果。經(jīng)過自變量篩選后最終有兩個(gè)自變量進(jìn)入方程，m=2，n=18， 臨界值F0.05(2，15)=3.68 ＜80.602F0.05(2，15)=3.68 ＜80.602，p值也遠(yuǎn)小于0.05，回歸方程高度顯著，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)回歸方程做擬合優(yōu)度檢驗(yàn)，決定系數(shù)R2=SSR/SST=0.915，接近1，表明回歸方程擬合效果良好。

表11 順風(fēng)向基底彎矩回歸方程顯著性檢驗(yàn)Tab. 11 Result of significance test of regression equation of base moment of along-wind

進(jìn)一步對(duì)回歸系數(shù)做t值統(tǒng)計(jì)量檢驗(yàn)，獲得顯著性水平α=0.05時(shí)各因素的檢驗(yàn)結(jié)果如表12所示。由表12 可知，高寬比和地面粗糙度指數(shù)α的檢驗(yàn)p值均遠(yuǎn)小于0.05，表明對(duì)順風(fēng)向基底彎矩有顯著影響，是海峽兩岸高層建筑順風(fēng)向基底彎矩的主要影響因素。脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg、風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp和湍流強(qiáng)度Iz在回歸分析中檢驗(yàn)p值大于0.05，檢驗(yàn)不顯著，因此沒有包含在最終的回歸方程中。將高層建筑順風(fēng)向基底彎矩視為一個(gè)系統(tǒng)，比較每個(gè)因素的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值可以獲得各因素對(duì)系統(tǒng)影響程度的大小排序依次為：高寬比地面粗糙度指數(shù)α＞脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg＞風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp＞湍流強(qiáng)度Iz。

表12 順風(fēng)向基底彎矩回歸系數(shù)顯著性檢驗(yàn)Tab. 12 Result of the significance test of regression coefficient of base moment of along-wind

2.4 不同高寬比的順風(fēng)向風(fēng)荷載多因素分析

高寬比是衡量結(jié)構(gòu)剛度大小的主要指標(biāo)。由2.3節(jié)可以發(fā)現(xiàn)，高寬比是兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載的最重要影響因素。為進(jìn)一步研究各因素對(duì)高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載影響隨高寬比的變化規(guī)律，本節(jié)將在2.3 節(jié)的基礎(chǔ)上，開展不同高寬比的高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載多因素分析，著重考察地面粗糙度系數(shù)α、風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp、脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg、湍流強(qiáng)度Iz對(duì)兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載的影響。

2.4.1 均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本節(jié)分析采用均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，不同高寬比的順風(fēng)向風(fēng)荷載均勻設(shè)計(jì)影響因素和對(duì)應(yīng)水平的取值如表13所示。風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp、脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg、湍流強(qiáng)度Iz的取值水平與2.2節(jié)完全相同。地面粗糙度指數(shù)α的取值水平僅考慮對(duì)應(yīng)地貌，對(duì)于海岸地貌，αTW和αGB分別為0.15 和0.12；對(duì)于平坦開闊地貌，αTW和αGB均為0.15；對(duì)于城市地貌，αTW和αGB分別為0.25 和0.22；對(duì)于大城市中心地貌，αTW和αGB分別為0.32和0.30。表13中水平1對(duì)應(yīng)該因素在臺(tái)灣風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)中的取值，水平2 對(duì)應(yīng)該因素在大陸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)中的取值。

表13 不同高寬比順風(fēng)向風(fēng)荷載均勻設(shè)計(jì)因素和水平Tab. 13 Summary of factors and levels of uniform design experimentation of along-wind loads with different aspect ratios

由表13 可知，本節(jié)分析為4 因素2 水平的均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)，此處選用文獻(xiàn)《正交與均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)》［16］給出的均勻設(shè)計(jì)表U8（24）進(jìn)行分析。表U8（24）同時(shí)也是正交表，具有“均勻分散”和“整齊可比”的特點(diǎn)，其中心化L2-偏差CD2為0.342 3。根據(jù)U8（24）進(jìn)行均勻設(shè)計(jì)，將地面粗糙度系數(shù)α、風(fēng)荷載體型系數(shù)Cp、脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)Cg、湍流強(qiáng)度Iz依次安排在1～4列中。本節(jié)分別對(duì)6 種高寬比的矩形高層建筑在4 種地貌下的順風(fēng)向響應(yīng)進(jìn)行均勻試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共完成了24 次均勻設(shè)計(jì)，計(jì)算結(jié)果詳見文獻(xiàn)［15］附錄1。為保證每個(gè)因素都能同時(shí)進(jìn)入回歸方程進(jìn)行篩選并計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，本節(jié)采用向后篩選法進(jìn)行回歸分析。

2.4.2 不同高寬比的順風(fēng)向基底剪力均勻設(shè)計(jì)回歸分析

當(dāng)顯著性水平α=0.05 時(shí)，不同高寬比的矩形高層建筑在不同地貌下的順風(fēng)向基底剪力均勻設(shè)計(jì)回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值如圖5所示。

圖5 不同高寬比順風(fēng)向基底剪力均勻設(shè)計(jì)回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值Fig. 5 Value p of regression coefficient for uniform design of base shear force of along-wind with different aspect ratios

由圖5可以發(fā)現(xiàn)矩形高層建筑高寬比在3～8的常用范圍內(nèi)，無論對(duì)于何種地貌類型，地面粗糙度指數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和湍流強(qiáng)度的回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值均大于0.05，表明這3 個(gè)因素對(duì)順風(fēng)向基底剪力的影響均不顯著，不是引起兩岸標(biāo)準(zhǔn)中順風(fēng)向基底剪力計(jì)算差異性的主要影響因素。

當(dāng)高寬比較小時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度相對(duì)較大，兩岸標(biāo)準(zhǔn)給出的順風(fēng)向基底剪力計(jì)算值相近，同時(shí)所有4 個(gè)因素的回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值均大于0.05，檢驗(yàn)不顯著。隨著高寬比的增大，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底剪力的影響逐漸顯著，成為主導(dǎo)兩岸標(biāo)準(zhǔn)順風(fēng)向基底剪力計(jì)算差異的主要影響因素。

為直觀比較各因素對(duì)順風(fēng)向基底剪力的影響程度，圖6 給出地面粗糙度指數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)、脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)和湍流強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)的絕對(duì)值|β*|。當(dāng)β*為正值時(shí)，表明該參數(shù)按照臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)取值獲得的順風(fēng)向基底剪力要大于按照大陸標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的對(duì)應(yīng)值，為負(fù)值則正好相反，且|β*|越大，其影響程度越大。

圖6 不同高寬比順風(fēng)向基底剪力影響因素標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值|β*|Fig. 6 |β*| of factors for base shear force of alongwind with different aspect ratios

由圖6可知，隨著高寬比的增大，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值逐漸增大，其他3因素則逐漸減??；高寬比越大，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底剪力的影響程度越大；結(jié)合圖5和圖6可知，當(dāng)高寬比較大時(shí)，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)是導(dǎo)致兩岸標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算矩形高層建筑順風(fēng)向基底剪力差異性的主要因素，采用臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)陣風(fēng)反應(yīng)因子計(jì)算得到的順風(fēng)向基底剪力要顯著大于采用大陸標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)振系數(shù)計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)值。

觀察圖6還可以發(fā)現(xiàn)，除平坦開闊地貌外（兩岸標(biāo)準(zhǔn)的地面粗糙度指數(shù)均為0.15），地面粗糙度指數(shù)對(duì)高寬比較小的矩形高層建筑順風(fēng)向基底剪力的影響要大于風(fēng)荷載體型系數(shù)和湍流強(qiáng)度。隨著高寬比的增大，地面粗糙度指數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底剪力的影響逐漸下降，當(dāng)高寬比增大到一定程度時(shí)，地面粗糙度指數(shù)的影響小于風(fēng)荷載體型系數(shù)和湍流強(qiáng)度。風(fēng)荷載體型系數(shù)對(duì)兩岸高層建筑順風(fēng)向基底剪力的影響程度基本上隨結(jié)構(gòu)高寬比的增大而逐漸減小。

2.4.3 不同高寬比的順風(fēng)向基底彎矩均勻設(shè)計(jì)回歸分析

當(dāng)顯著性水平α=0.05 時(shí)，不同高寬比的矩形高層建筑在不同地貌下的順風(fēng)向基底彎矩均勻設(shè)計(jì)回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值如圖7所示。

圖7 不同高寬比順風(fēng)向基底彎矩均勻設(shè)計(jì)回歸系數(shù)檢驗(yàn)p值Fig. 7 Value p of regression coefficient for uniform design of base moment of along-wind with different aspect ratios

由圖7可知，除大城市中心地貌高寬比為5的矩形高層建筑外，高寬比在3～8的常用范圍內(nèi)，無論對(duì)于何種地貌類型，地面粗糙度指數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和湍流強(qiáng)度的回歸系數(shù)檢驗(yàn)p 值均大于0.05，表明這三個(gè)因素對(duì)順風(fēng)向基底彎矩的影響均不顯著，對(duì)順風(fēng)向基底彎矩影響較小。對(duì)于海岸地貌，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底彎矩的影響隨結(jié)構(gòu)高寬比的增大而增大，當(dāng)高寬比不小于6 時(shí)脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)為主要影響因素。對(duì)于平坦開闊地貌，兩岸地面粗糙度指數(shù)的取值相同，不引起高層建筑順風(fēng)向基底彎矩計(jì)算值的差異；脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)的影響同樣隨結(jié)構(gòu)高寬比的增大而增大，當(dāng)高寬比大于等于5 時(shí)成為主要影響因素。對(duì)于城市和大城市中心地貌，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底彎矩的影響均表現(xiàn)出隨結(jié)構(gòu)高寬比的增大而先減小后增大的趨勢(shì)。對(duì)于城市地貌，當(dāng)高寬比大于等于6時(shí)，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)是影響高層建筑順風(fēng)向基底彎矩的主要因素；對(duì)于大城市中心地貌，除高寬比為5、6的情況，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)均為高層建筑順風(fēng)向基底彎矩的主要影響因素。

圖8為不同高寬比順風(fēng)向基底彎矩影響因素標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值|β*|。由圖8可知，對(duì)于海岸和平坦開闊地貌，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)為正值，表明按照臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)取陣風(fēng)反應(yīng)因子G時(shí)，高層建筑順風(fēng)向基底彎矩的計(jì)算值要大于采用大陸標(biāo)準(zhǔn)取風(fēng)振系數(shù)βz時(shí)的對(duì)應(yīng)值。對(duì)于城市和大城市中心地貌，脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)的數(shù)值受高寬比的影響明顯。此外，除平坦開闊和大城市中心地貌外，隨著高寬比的增大，地面粗糙度指數(shù)對(duì)順風(fēng)向基底彎矩的影響逐漸減小，當(dāng)高寬比增大到一定程度時(shí)，地面粗糙度指數(shù)的影響小于風(fēng)荷載體型系數(shù)和湍流強(qiáng)度。

圖8 不同高寬比順風(fēng)向基底彎矩影響因素標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)絕對(duì)值|β*|Fig. 8 |β*| of factors for base moment of along-wind with different aspect ratios

3 結(jié)論

本文以海峽兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載為研究對(duì)象，在兩岸建筑風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)分析的基礎(chǔ)上，采用均勻設(shè)計(jì)方法對(duì)兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載進(jìn)行了多因素分析，主要結(jié)論為：（1） 兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)基本風(fēng)速的定義和計(jì)算方法基本相同，但風(fēng)速樣本取樣方法和分布參數(shù)取值方法存在明顯區(qū)別；對(duì)于大致相當(dāng)?shù)牡孛娲植诙阮愋?，兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)給出的風(fēng)壓高度變化系數(shù)分布大致相同；對(duì)于相同高度處的湍流強(qiáng)度，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)取值明顯大于大陸標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于不同重現(xiàn)期設(shè)計(jì)風(fēng)速轉(zhuǎn)換系數(shù)，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)取固定值，大陸標(biāo)準(zhǔn)隨地理位置不同而異。（2） 建筑物主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)壓的計(jì)算，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)采用同時(shí)考慮外壓和內(nèi)壓影響的分類計(jì)算方法，大陸標(biāo)準(zhǔn)采用不考慮內(nèi)壓影響且不區(qū)分建筑物類型的統(tǒng)一表達(dá)式；兩岸風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)順風(fēng)向、橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)風(fēng)荷載的組合方式存在明顯不同；建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)風(fēng)壓計(jì)算，臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)采用分類計(jì)算方法，大陸標(biāo)準(zhǔn)采用統(tǒng)一表達(dá)式，兩且均考慮內(nèi)壓和外壓的影響。（3）無論對(duì)于基底剪力還是基底彎矩，和α都是兩岸高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載的主要影響因素。同時(shí)，、α、Cg、Cp和Iz等對(duì)順風(fēng)向風(fēng)荷載的影響程度逐漸減小。（4） 不同高寬比的順風(fēng)向風(fēng)荷載多因素分析表明，Cg對(duì)高層建筑順風(fēng)向風(fēng)荷載的影響基本上隨結(jié)構(gòu)高寬比的增大而增大；當(dāng)高寬比增大到一定程度時(shí)，成為主導(dǎo)兩岸標(biāo)準(zhǔn)順風(fēng)向風(fēng)荷載的主要影響因素。當(dāng)高寬比較大時(shí)，采用臺(tái)灣標(biāo)準(zhǔn)陣風(fēng)反應(yīng)因子計(jì)算得到的順風(fēng)向基底響應(yīng)要顯著大于采用大陸標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)振系數(shù)計(jì)算得到的對(duì)應(yīng)值。

作者貢獻(xiàn)聲明：

董 銳：命題提出與構(gòu)思、主要內(nèi)容撰寫與修訂。

梁斯宇：數(shù)值計(jì)算、部分內(nèi)容撰寫。

邱凌煜：均勻設(shè)計(jì)多因素分析計(jì)算。

羅元?。簝砂讹L(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo)分析。

劉國(guó)買：均勻設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)與指導(dǎo)。