高等结构风工程

　　本书作为高级课程的教科书，介绍了结构风工程领域新技术水平的信息和新的研究成果。主题包括风气候、设计风速估计、钝体空气动力学和应用、风致建筑响应、风、阵风系数方法、构件和外墙上的风荷载、碎片冲击、风荷载规范和标准、计算工具和计算流体动力学技术、建筑物振动下的可居住性、建筑阻尼以及风致振动的抑制。

　　田村幸雄（Y. Tamura），国际风工程专家、国际风工程协会现任主席、我国“外专千人计划”专家、国家风灾减灾组织主席、日本风工程协会前主席、日本学术会议联络委员、日本建筑学会抗风设计委员会主审人。田村幸雄教授毕业于日本早稻田大学，现为日本东京工艺大学教授，是日本多项重大科研项目负责人、日本COE（2003~2007年）计划负责人、Global COE项目风工程专题的负责人（2008~2012年），并受聘为《国际风工程与空气动力学》《结构工程进展》《风与结构》《高层与特殊建筑的结构设计》等国际期刊编委，获美国土木工程师协会ASCE Cermak奖章、日本风工程协会奖章、日本建筑学会奖章。 Ahsan Kareem教授，美国工程院院士、国际风工程协会主席（2007~2015年）、美国Notre Dame大学土木环境工程和地质科学系教授、东京大学客座教授。Kareem教授是国际的空气动力学、海浪动力学和随机振动专家。发表高质量期刊论文 200多篇。曾在1984年获得过由美国政府授予的表彰青年研究人员的总统奖，还获得了包括A. G. Davenport Medal（2007）、Robert H. Scanlan Medal（2005）、Jack E. Cermak Medal（2002）在内的国际风工程领域的高学术荣誉。担任Journal of Engineering Mechanics、Journal of Structural Engineering、Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics、Structural Safety等十余本刊物的首席编辑、副编辑和编委等职务。Ahsan Kareem教授在结构工程学、随机动力学、风工程学等领域获得了令人瞩目的成就，并先后培养了大批中国博士、硕士留学生。 Enrica Bernardini美国，印第安纳州，圣母，圣母大学，自然灾害建模实验室。

译者序
原书前言
本书作者
第1章强风及其特性1
1.1简介1
1.2强风和流体力学1
1.2.1强风气候1
1.2.2强风流体动力学2
1.3风速的统计描述4
1.3.1平均风速5
1.3.2风速波动9
1.4地形影响16
参考文献18
第2章设计风速的估计19
2.1简介19
2.1.1术语19
2.1.2基本可靠性要求20
2.2数据基础21
2.2.1国家气象局提供的基本信息21
2.2.2质量控制和修正22
2.2.3母体分布23
2.2.4极值总体抽样24
2.3基本统计27
2.3.1组合规则27
2.3.2广义极值分布27
2.3.3广义帕雷托分布29
2.3.4概率分布的描述参数的识别29
2.3.5被识别参数的统计稳定性33
2.4设计风速的最佳估计34
2.4.1基本方法34
2.4.2应用举例35
2.5方向性37
2.5.1简介37
2.5.2每次风暴的最大风速38
2.5.3风暴持续时间和额外风暴小时数的相对强度39
2.5.4额外风暴小时中的方向变化40
参考文献41
第3章钝体空气动力学43
3.1简介43
3.2阻力和升力43
3.2.1阻力43
3.2.2流动分离45
3.3钝体上的压力47
3.3.1流过流线形体的平稳流47
3.3.2流过流线形体的平稳均匀流47
3.3.3湍流，三维钝体48
3.4雷诺数对钝体力和压力分布的影响50
3.5湍流对钝体力的影响53
3.5.1湍流对阻力的影响54
3.5.2湍流对升力的影响55
3.6圆角半径的影响56
3.7顺风和横风激励以及涡旋脱落57
3.8澳大利亚和新西兰风荷载标准AS/NZS 1170.2怎样处理钝体空气动力学59
3.9小结60
参考文献61
第4章大跨桥梁空气动力学62
4.1简介62
4.1.1第一个转折点：平均风荷载62
4.1.2第二个转折点：阵风荷载63
4.1.3第三个转折点：动态风荷载63
4.2气动力公式65
4.2.1静力分量65
4.2.2准平稳空气动力学65
4.2.3非平稳空气动力系数67
4.2.4瞬态力68
4.3气动不稳定性69
4.3.1气动不稳定性的概念69
4.3.2翼面颤振的二维条带理论69
4.3.3颤振理论的应用70
4.3.4非平稳升力的实验71
4.3.5三维颤振分析72
4.3.6驰振74
4.3.7扭转颤振76
4.4抖振分析76
4.4.1随机振动分析76
4.4.2在单自由度系统的应用78
4.4.3在阻力激励下的水平线状结构79
4.4.4在升力激励下的水平线状结构80
4.5涡激振动81
4.5.1涡旋脱落的概念81
4.5.2数学公式81
4.5.3桥面板的涡激振动82
参考文献84
第5章结构的风致振动：主要针对高层建筑的空气动力学86
5.1简介86
5.2建筑和结构的顺风向激励和响应87
5.2.1钝体上的脉动阻力88
5.2.2阵风响应系数89
5.2.3气动阻尼91
5.3建筑和结构的横风激励和响应93
5.3.1入射湍流导致的激励93
5.3.2尾流激励94
5.3.3横风运动导致的激励96
5.4其他脉动力和响应现象99
5.4.1扭转振动99
5.4.2涡旋脱落引起的顺风和椭圆振动99
5.5高层建筑的风致干扰激励100
5.5.1高层建筑在干扰激励下的顺风和横风响应101
5.5.2高层建筑干扰激励下的扭转响应102
5.5.3设计要素102
5.6减少建筑和结构的风致响应的空气动力措施104
5.6.1建筑形状的空气动力修正对高层建筑风致响应的影响104
5.6.2开洞和底部排气的优点105
5.6.3建筑物顶部、锥度、扭曲、逆流和其他组合建筑形状的影响105
5.6.4设计要素105
5.7小结106
致谢107
参考文献107
第6章评估结构在风激励下顺风向响应的阵风系数法110
6.1时域内点状结构的风作用110
6.2频域内点状结构的风作用111
6.3气动导纳112
6.4单自由度(SDF)系统的动力响应综述112
6.5位移谱116
6.6位移谱积分117
6.7峰值响应的估算118
6.8顺风向加速度估算120
6.9小结121
致谢121
参考文献121
第7章建筑组件和覆盖层上的风荷载122
7.1简介122
7.2建筑物上的风荷载124
7.2.1建筑物的空间变化和几何形状对压力的影响125
7.2.2风荷载的时间变化127
7.2.3内部压力和压力均衡128
7.2.4设计风荷载的确定130
7.3组件和覆盖层系统对风荷载的响应130
7.3.1从属面积和荷载分配131
7.3.2低循环疲劳131
7.3.3静疲劳和玻璃132
7.4建筑物组件和覆盖层的测试方法133
7.5小结134
参考文献135
第8章水平风致飞射物及其碰撞试验137
8.1简介137
8.2之前已出版的研究137
8.3飞射物碰撞和碰撞测试标准138
8.4飞射物类型和运动方程139
8.4.1一般的飞射物类型139
8.4.2运动方程139
8.4.3无量纲形式141
8.4.4早期轨迹解141
8.4.5数值解142
8.5实验和数值研究142
8.5.1块状飞射物的轨迹143
8.5.2杆状飞射物的轨迹145
8.5.3片状飞射物的轨迹146
8.6应用147
8.7讨论149
致谢149
参考文献149
第9章风荷载规范和标准的理解：规定背后的基本原理151
9.1简介151
9.2风速152
9.2.1地貌153
9.2.2风速和湍流模型157
9.2.3地形影响165
9.2.4风气候165
9.3风压系数167
9.3.1面积平均压力168
9.3.2规范化过程中的折减系数171
9.3.3低层建筑中的附加风荷载172
9.3.4低层建筑中屋顶形状和几何的影响174
9.4内部压力175
9.5数据库辅助设计（DAD）177
9.6风荷载的计算估计177
9.6.1计算机辅助风工程178
9.7结论和小结180
致谢180
参考文献181
第10章风效应的数值模拟185
10.1简介185
10.2基于波叠加（谱）的方案186
10.2.1谱方法186
10.3基于数字滤波（时间序列方法）的