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编辑推荐

适读人群 ：结构风工程相关专业研究生和专家、工程师
十余年来，以东京工艺大学田村幸雄教授为首的学术团队组织37位世界的专家学者开设了一系列的国际高等风工程学习课程，《高等结构风工程》是根据该系列课程的讲义整理而成的教学参考书。该书内容包括风气候，设计风速估计，刚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，建筑振动下的可居住性，建筑阻尼，风致振动的抑制。该书填补了该专业培训的空白，是有志于深入学习和研究结构风工程的学者、工程师和学生的一部重要参考文献。

内容简介

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。

作者简介

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。

目录

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

前言/序言

在建筑和结构工程领域，风的影响是一个非常重要的问题。据说世界上因为自然灾害产生的经济损失有70%~80%是因为极端风和相关的水害而导致的。随着人口向都市中心转移以及因为潜在的气候变化而推测灾害的强度和频率的增长，未来灾害的风险持续升级。城市化已经导致地区和全球环境质量的恶化，对公共健康造成深远的影响。不仅是极端强风事件或者其他短期自然危害，而且严重的环境问题应该被看作人类社会长期持续的危险，会导致严重的灾害。这就使得人们呼唤一个强调减少能源消费和改善环境质量的可持续发展的社会。
东京工艺大学风工程团队（TPU-WEG）的首要目标是建立一个可持续发展的都市环境，遇到风相关的事件时可恢复，与区域的局部气候相和谐。它致力于发展一个集成的教育和研究项目，能够覆盖广泛的问题，以应对亚洲和更大区域的都市面临的前沿的风相关的挑战。
为了创造有效而舒适的环境，满足人们对城市标志性象征的基本需求，建筑变得越来越高、越来越细，桥梁和屋盖结构变得越来越长、越来越轻，使得它们对风越来越脆弱。风工程的重要性显著提高，但是很少有大学开设这方面的课程。
从2006年7月开始，TPU-WEG组建了风工程的国际高等学校（IAS），目的是填补相关的专业培训的空白。
37位世界著名的教授和研究者受邀在以往的9期IAS讲课：Chris Baker、Shuyang Cao、Qingyan Chen、Chiiming Cheng、Tadeusz Chmielewski、Richard de Dear、David Etheridge、Richard Flay、Yaojun Ge、Jamie Hernandez、John Holmes、Ahsan Kareem、Michael Kasperski、Shinsuke Kato、Youngduk Kim、Greg Kopp、Prem Krishna、Takashi Kurabuchi、Kenny Kwok、Sangjoon Lee、Chris Letchford、Xiaofeng Li、Rheo Lim、Masaru Matsumoto、Robert Meroney、Akashi Mochida、William Nazaroff、Siva Parameswaran、Michael Reyes、Matthew Santamouris、Partha Sarkar、Michael Schatzmann、Giovanni Solari、Ted Stathopoulos、Charles Weschler、Youlin Xu和Lingmi Zhang。他们和TPU-WEG的3位讲师Masaaki Ohba、Ryuichiro Yoshie还有我合作，使IAS有成果而且成功。
IAS的课程包括风气候、风致灾害、结构空气动力学、风荷载和多种风环境问题。课程提供必要的基本知识和前沿信息。IAS也提供了一个信息交流和共享的平台，通过世界领先的研究者和本领域年轻人的讨论，使得由于强风、都市空气污染和环境负荷增长引起的风灾风险的严重问题能够在未来被年轻的领导者所解决。代表TPU-WEG和东京工艺大学全球卓越中心（COE）项目成员，我感谢所有的讲师和参与者作出的巨大贡献和成绩。
本书重新安排和出版了以往的IAS所做的14次结构风工程讲义。而基于IAS在环境风工程领域的讲义，一本名为《高等环境风工程》（Advanced Environmental Wind Engineering）的教材也计划出版。
我相信这两本书将对相关科学研究或者设计领域的学生、工程师和研究者有用，将使他们能够对可持续都市环境的发展和建设作出贡献，从而实现对风灾害可恢复的城市。
最后，我要感谢所有各章的作者，由于他们的合作而创造了本书，为实现结构和环境风工程的共同目标提供了有价值的贡献。
Y.Tamura日本，神奈川
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