03第三章 风荷载(new)
工程中风压-风荷载理论定义和计算方法
第一章风、风速、风压和风荷载第一节风的基本概念风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
气流一遇到结构的阻塞，就形成高压气幕。
风速愈大，对结构产生的压力也愈大，从而使结构产生大的变形和振动。
结构物如果抗风设计不当，或者产生过大的变形会使结构不能正常地工作，或者使结构产生局部破坏，甚至整体破坏。
风引起对结构作用的风荷载，是各种工程结构的重要设计荷载。
风荷载对于高耸结构(如塔、烟囱、桅杆等)、高层房屋、桥梁、起重机、冷却塔、输电线塔、屋盖等高、细、长、大结构，常常起着主要的作用。
因而，风力的研究，对工程结构，特别对上述工程结构，是设计计算中必不可少的一部分。
对结构安全产生影响的是强风，可分为热带低压、热带风暴、台风或飓风、寒潮风暴、飑风、龙卷风等。
不同的季节和时日，町以有不同的风向，给结构带来不同的影响。
每年强度最大的风对结构影响最大，此时的风向常称为主导风向，可从该城市(地区)的风玫瑰图得出。
由于风玫瑰图是由气象台得出的，建筑所在地的实际风向可能与此不同，因而在结构风丁程上，除了某些参数需考虑风向外，一般都可假定最大风速出现在各个方向上的概率相同，以较偏于安全地进行结构设计。
关于需考虑风向的参数将在下面有关章节中加以说明。
风可以有一定的倾角，相对于水平一般最大可在±10°到—10°内变化。
这样，结构上除水平分风力外，还存在上下作用的竖向分风力。
竖向分风力对细长的竖向结构，例如烟囱等，一般只引起竖向轴力的变化，对这类工程来讲并不重要，因而只有像大跨度屋盖和桥梁结构，竖向分风力才应该引起我们的注意。
但其值也较水平风力为小，但属于同一数量级。
根据大量风的实测资料可以看出，在风的时程曲线中，瞬时风速。
包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10min以上；另一种是短周期部分，常只有几秒左右。
图1—1是风从开始缓慢上升至稳定值后的一个时程曲线示意图。
根据上述两种成分，实用上常把风分为平均风(即稳定风)和脉动风(即阵风脉动)来加以分析。
03荷载与结构设计方法-风荷载.ppt
第3章 风荷载
风压高度变化系数
表3-5 风压高度 0 变化系数
1.20
第3章 风荷载
风压高度变化系数
山坡和山峰的其他部位如图3.3所示，取A、C处的修正 系数 、 为1，AB间和BC间的修正系数按 的线性插值确定。
图3.3 山坡和山峰示意图 1.21
第3章 风荷载
风压高度变化系数
(2) 山间盆地、谷地等闭塞地形 η =0.75～0.85；对于与 风向一致的谷口、山口， η=1.20～1.50。
10.0 汽船航行困难
9.0
12.5 汽船航行颇危险
11.5
16.0 汽船遇之极危险
全树摇动，迎风步行感觉不便
微枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大
烟囱顶部及平瓦移动，小屋有损 陆上少见，有时可使树木拔起或将建筑物吹 毁 陆上很少，有时必有重大损毁
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
1～5
6～11
12～19 20～28 29～38 39～49 50～61 62～74 75～88 89～102 103～117 118～133
图3.4 封闭式双坡屋面风荷载体型系数
1.23
第3章 风荷载
风荷载体型系数
二、 群体风压体型系数
当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近 时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，使得房屋某些部位的 局部风压显著增大。设计时可将单体建筑物的体型系数 乘以 相互干扰增大系数，该系数参考类似条件的试验资料确定； 必要时宜通过风洞试验得出。
10s
5s
1.12
时距换算系数
0.940
1.00
1.07
1.16
1.20
1.26
第五讲：风荷载-基本知识、风压(2014)
3.1 风的有关知识 一、风的形成： 1、成因：风是空气从气压高的地方向气压低的 地方流动而形成的。
北 极
赤道
二、两类性质的大风： 分类：热带气旋 台风 飓风 季风 龙卷风
我国建、构筑物设计中主要考虑：
台风
季风
三、我国风气候总况
我国风气候总体情况如下（ 风大小排序）： 台湾、海南和南海诸岛（台风直接影响）最 东南沿海地区（受台风直接影响）大 东北、华北、西北（寒潮、季风影响）次大 青藏高原（海拔高）较大 长江中下游、黄河中下游 小 云贵高原、四川盆地 最小
确定的基本风速，然后依据风速与风压的
关系所定义的。
3.2.3 非标准条件下的风速或风压的换算
风压换算：当实际情况与规范规定的标准条件不 同时，均应进行非标准条件下的风压换算，换算 结果就是实际地点的风荷载标准值。换算包括：
⑴非标准高度换算：
根据风速或风压沿高度的变换规律进行换算，常
用指数律和对数律来进行模拟：
325~375 （350）
375~425 （450）
425~500 （550）
⑶风压高度变化系数
地面粗糙度可分为A、B、C、D四类（其中B类就是标准地貌的情况）： A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
*对桥梁结构，标准高度为20m ,μz需重新进行换 算；
*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确定μz ，还应考虑地形条 件的修正，修正系数η分别按下述规定采用： ① 对于山峰和山坡， ηA=1, ηC=1, ηB=[1+κtgα(1-z/2.5H)]2 (κ=2.2 山峰 1.4 山坡）
任卫国风荷载设计书完整版
第三章 风荷载作用下的框架计算§3.1 风荷载计算和侧移验算 §3.1.1风荷载计算为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似用作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载代替。
作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中荷载标准值：式中，0ω——基本风压，应按《荷载规范》给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3kN/㎡。
对于洛阳地区，0ω=0.40kN/㎡；z μ——风压高度变化系数，地面粗糙度为B 类；s μ——风荷载体型系数，根据建筑物体型，查得其值为1.3；z β——风振系数，基本周期对于钢筋混凝土框架结构可用T 1=0.08n（n 是建筑层数）估算，大约为0.64s>0.25s ，应考虑风压脉动对于结构发生的顺风向风振的影响，zzz μνξϕβ+=1； h i ——下层柱高；h j ——上层柱高，对于顶层为女儿墙高度的2倍； B ——迎风面的宽度，B=6m 。
风振系数zzz μνξϕβ+=1： ξ——脉动增大系数； υ——脉动影响系数； z ϕ——第一振型系数。
对于框架结构可按下式计算其基本自振周期：T 1=0.25+0.53×10-3H ²/3B =0.25+0.53×10-3×17.85²/36=0.30s ，计算z ϕ时，2/)(0B h h j i z s z k +=ωμμβω取H=17.85m 。
查表得，42.0,164.1==υξ。
对低层建筑物，以剪切变形为主 则)2(s Hzin z πϕ=计算过程见下表3-1。
表3-1 集中风荷载标准值离地高度/m μz βz μs0ω/(kN/㎡) h i /mh j /m k ω/kN17.85 1.20 1.2746 1.3 0.4 4.2 2.2 15.22 13.65 1.10 1.2382 1.3 0.4 4.2 4.2 17.87 9.45 1.00 1.1866 1.3 0.4 4.2 4.2 15.60 5.25 1.001.10551.30.45.254.216.30§3.1.2风荷载作用下的侧移刚度1、侧移刚度见表3-2、表3-3.表3-2 横向2~4层D 值的计算构件名称∑∑=cb ii iii c +=2α)//(122m kN h c c i D α=A 轴柱7.0107.72104.5244=⋅⨯⨯⋅⨯⨯mkN mkN 0.25913567B 轴柱 0.396 20743C 轴柱0.396 20743D 轴柱4.1107.72104.5444=⋅⨯⨯⋅⨯⨯mkN mkN 0.412 215813.1107.72)107.4104.5(2444=⋅⨯⨯⋅⨯+⋅⨯⨯mkN m kN m kN 3.1107.72)107.4104.5(2444=⋅⨯⨯⋅⨯+⋅⨯⨯mkN m kN m kNE 轴柱4.1107.72104.5444=⋅⨯⨯⋅⨯⨯m kN mkN 0.412 21581F 轴柱 7.0107.72104.5244=⋅⨯⨯⋅⨯⨯mkN mkN0.259 13567=∑D 2×13567kN/m+2×20743kN/m+2×21581kN/m=111780kN/m表3-3 横向底层D 值的计算构件名称∑∑=cb ii iii c +=2α)//(122m kN h c c i D α= A 轴柱96.0106.5104.544=⋅⨯⋅⨯mkN mkN0.4949868B 轴柱 8.1106.5107.4104.5444=⋅⨯⋅⨯+⋅⨯m kN mkN m kN 0.606 12098C 轴柱 8.1106.5107.4104.5444=⋅⨯⋅⨯+⋅⨯m kN mkN m kN0.606 12098D 轴柱 93.1106.5104.5244=⋅⨯⋅⨯⨯m kN mkN 0.618 12349E 轴柱 93.1106.5104.5244=⋅⨯⋅⨯⨯m kN mkN 0.618 12349F 轴柱 96.0106.5104.544=⋅⨯⋅⨯m kN mkN0.494 9868=∑D 2×9868kN/m+2×12098kN/m+2×12349kN/m=68630kN/m§3.1.3风荷载作用下框架侧移计算水平荷载作用下框架的层间侧移可按下式计算：∑=∆ij jj D V u式中，V j ——第j 层的总剪力； ∑ijD——第j 层所有柱的抗侧移刚度之和；j u ∆——第j 层的层间位移。
第三章 风荷载
速度压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律。 11.当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，漩某 些部位的局部风压会显著增大，这种增大效应可通过将单体建筑的体型系数 s 乘以 来确定。 12.《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012 规定，验算檐口、雨篷等围护构件时，其局部风荷 载体型系数取为_ 13.顺风向的风效应分解为 _ 14. _ _。 和 _来分析。 _
二、单项选择题 1.在结构横向风振分析中，锁住区域所对应的风速区间为 共振风速） 。 A．(0.7~1.0) vcr C．(1.3~1.6) vcr B．(1.0~1.3) vcr D．(1.0~1.5) vcr ） 。 （注：vcr 为
2.在相同基本风压和高度的前提下，哪一种地理环境下的风压最大？（ A C 中小城市 城市郊区 B 海岸、湖岸、海岛地区 D 大城市市中
影响，但应考虑脉动
18.实验研究表明，当横风向风力作用力频率 f s 与结构横向自振基本频率 f1 接近时，结构横 向产生 _ 。 _。 _。
19.一般而言，高度超过 30m 且高宽比大于 4 的细长圆形截面构筑物，需要考虑 20.风荷载作用下同时发生的顺风向和横风向的风振时，结构的风荷载效应应按
四、计算题 1.一幢矩形平面的 17 层办公楼，钢筋混凝土高层剪力墙结构，其平面尺寸为 20 m 50m，房 屋的高度 H=50m，T1 = 0.08n ，如图 2。基本风压 w0 0.45KN / m 2 。地面粗糙度属 D 类，求 结构顶点顺风向风荷载标准值。注：可忽略扭转的影响。 2.某房屋修建在山坡高处,山麓附近的基本风压为0.35KN/m2， 高差H=30m，在坡顶B处有一高度为25m的房屋，地面粗糙度类 别为B类。 求：（1）房屋顶部的风压地形条件修正系数 B 。见图； （2）若该房屋位于D点，D点距离 B点180m，求该建筑物地面
第3章风荷载
第3章风荷载wind load1997年第11号台风近中心最大风速54m/s，远远超过12级风36.9m/s的风速，8级以上大风风圈半径5003.1 风的有关知识3.1.1风的形成由于地球表面各处的温度、气压变化，气流就会从压力高处向压力低处运动，把热量从热带向两极输送，因此形成不同方向的风，并伴随不同的气象变化。
台风Typhoon夏季，当东北风和西南风在热带海洋上交汇，就会形成一个小的漩涡，这个漩涡形成后，不断吸收热带地区海洋的大气热量，形成热带气旋。
它一边吸收水蒸气，一边飞速地旋转，强度也不断加强，形成热带风暴、强热带风暴乃至台风。
多个台风生成，台风一般生成在热带洋面上，它属于热带气旋的一个种类。
季风seasonal wind主要是因海陆间热力环流的季节变化。
夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋海向大陆，形成了与高空方向相反气流，构成了夏季的季风环流。
冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的风力等级风力等级名称海面大概的波高（米）海面和渔船征象陆上地物征象相当于平地十米高处的风速(米/秒)一般最高范围中数0无风--海面平静静、烟直上0.0-0.201软风0.10.1微波鱼磷状,没有浪花.一般渔船正好能使舵.烟能表示风向,树叶略有摇动。
0.3-1.512轻风0.20.3小波,波长尚短,但波形显著,波峰光亮但不破裂.人面感觉有风,树叶微响,旗子开始飘动。
1.6-3.323微风0.6 1.0小波加大,波峰开始破裂;浪沫光亮,有时有散见的白浪花树叶及小枝摇动不息,旗子展开,高的草摇动不息。
3.4-5.444和风 1.0 1.5小浪,波长变长;白浪成群出现.能吹起地面灰尘和纸张,树枝摇动,高的草呈波浪起伏5.5-7.975清劲风 2.0 2.5中浪,具有较显著的长波形状;许多白浪形成.有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波,高的草波浪起伏明显8.0-10.796强风 3.0 4.0轻度大浪开始形成,到处都有更大的白沫峰.有时有飞沫.大树枝摇动,电线呼呼有声,高的草不时倾伏于地.10.8-13.8127疾风 4.0 5.5轻度大浪,碎浪而成白浪沫沿风向呈条状全树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便.13.9-17.1168大风 5.57.5有中度的大浪,波长较长,波峰边缘开始破碎成飞沫片.可折毁小树枝,人迎风前行感觉阻力甚大.17.2-20.7199烈风7.010.0狂浪,沿风向白沫呈浓密的条带状,波峰开始翻滚.草房遭受破坏,屋瓦被掀起,大树枝可折断.20.8-24.42310狂风9.012.5狂涛,波峰长而翻卷;白沫成片出现,整个海面呈白色.树木可被吹倒,一般建造物遭破坏.24.5-28.42611暴风11.516.0异常狂涛,海面完全被白沫片所掩盖,波浪到处破成泡沫.大树可被吹倒,一般建造物遭严重破坏.28.5-32.63112飓风14.0-空中充满了白色的浪花和飞沫,海面完全变白.陆地少见,其摧毁力很大.>32.6333.2 风压(1)风压：气流遇到建筑物的阻碍产生压力气幕，即风压。
第3章 风荷载
风作用在建筑物表面上所引起的实际压力与来流风的 速度压的比值——风荷载体型系数
• 建筑物表面任一点的净风压力除以建筑物来流风压，再加权
平均
风洞试验
风载体型系数ms
• 描述了房屋表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律 ，主要与房屋的体型和尺度有关。
设计时采用各个表面风作用力的平均值
《高层混凝土规程》的补充规定
荷载与结构设计方法
第3章：风荷载
风的基本概念与类型
风 是大气层中空气的流动。由于地球表 面不同地区的大气层所吸收的太阳能量不同， 造成了各地空气温度的差异，产生的气压差驱 动空气从气压高的地方向气压低的地方流动， 即形成了风
常见的自然灾害风类型：
热带气旋、季风和龙卷风
3
1.1
热带气旋
1) 概念
发生在热带海洋上的大气漩涡，是热带低压、热带风暴、 台风和飓风的总称。
Ⅱ类场地，基本风压
，已知结构基本自振周期1.9s。
(墙厚300mm)
求：在横向风荷载作用下一层底的剪力及倾覆力矩
解：1、求风荷载标准值 wk = Z ms mZ w0
(1)基本风压值
(2)风荷载体形系数 (3)风压高度变化系数
为简化计算，将建筑物分为5段，每段顶标高取在楼层处， 每段中点距地面的距离作为计算风压高度，地面粗糙度，位于 城市郊区为B类，
多层房屋的风荷载
• 考虑风振的情形 (1) H＞30m、H/B(窄边宽度)＞1.5同时满足
(2) 自振周期T1＞0.25s的高耸结构
(3) 跨度＞36m的屋盖
高层建筑自振周期的确定
《荷载规范》
总风荷载的确定
风荷载的等效换算
例题
例∶已知剪力墙结构如图所示，38层，123.5m高，位于城市郊区
结构力学第三章 风荷载
09年8月9日迫近中国的台风莫拉克，18时30分由霞浦进入福建，登陆时中心附近 最大风力有12级（33米/秒）。随着莫拉克迫近，浙江同福建两省共疏散接近100万人，
7万多艘船回港避风。浙江苍南县的降雨量超过 250毫米。
· 在8月10日05时30分，中央气象局解除台风警报并在10分钟后发布豪雨特报。 · 在8月11日凌晨减弱为热带低气压。
静 寻常鱼船略摇动 鱼船张帆时可随风移行2-3km/h 鱼船渐觉簸动,随风移行5-6km/h 鱼船满帆时倾于一方 鱼船缩帆(即收去帆之一部) 鱼船加倍缩帆,捕鱼需注意风险 鱼船停息港中,在海上下锚 近港鱼船皆停留不出 汽船航行困难 汽船航行颇危险 汽船遇之极危险 海浪滔天
静、烟直上 烟能表示风向,但风向标不能转动 人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动 树叶及微枝摇动不息,旌旗展开 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝摇动 有叶的小树摇摆,内陆水面有波 大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难 全树摇动,迎风步行感觉不便 微枝折毁,人向前行感觉阻力甚大 烟囱顶部及平瓦移动,小屋有损
名称
浪高(m) 一般 最高
— 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 —
m/s
0-0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8～10.7
静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风
— 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0
热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级
名称 台风 （Typhoon） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 热带风暴 (Tropical storm) 热带低压 (Tropical depression) 属性 最大风速出现＞32．6 米/秒，也即 12 级以上（64 海里 /小时或以上） 最大风速出现 24．5-32．6 米/秒，也即风力 10-11 级 （48-63 海里/小时） 最大风速出现 17． 2-24． 米/秒， 4 也即风力 8-9 级 （34-47 海里/小时） 最大风速出现＜17． 米/秒， 2 也即风力为 6-7 级 （22-33 海里/小时）
第三章 风荷载
z ( z)
a ( z ) H TS 2 H Ta 2 Z 2 ( ) ( ) ( ) 0 ZS Z sa Z sa
S a
a
μ z综合反映了地貌、高度对风压的影响《建筑结构荷载规范》 为方便设计人员使用，将μ z制成表，见表3-5 任意粗糙度地区、任意高度Z处的风压:
a (Z ) z ( z)0
(３) 顺风向总风效应
考虑顺风向平均风效应、顺风向脉动风效应。垂直作用于建筑 物表面的风荷载标准值按下式计算：
k z s z0
式中ω0—基本风压 μz—风压高度变化系数 μs—风荷载体型系数 βz—风振系数
基本自振周期T1大于0.25s的工程结构以及H＞30m 且H/B＞1.5的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发 生顺风向风振的影响 H≤30m,H/B≤1.5多层建筑，取风振系数βz＝１
第三章 风荷载
基本内容: 1 风的基础知识 一 风的基础知识
1风的形成
由于太阳对地球大气加热和温度上升的不均衡性，在地球相同高度的 两点间产生了压力差，压力差促使空气从气压高的地方向气压低地方 流动便形成了风，如盛行风向一年内呈季节性近乎反向递转的季风等
2 风压 3 风荷载对结构的影响 4 风荷载的计算
例3-3 某矩形高层建筑，高H=150m，宽B=40m，沿高度不变。 顶层层高4m，地面粗糙度B类，基本风压ω0=0.45kN/m2 结构基本周期T1=2s，求作用于结构顶层的风力
解: 风荷载体型系数
风压高度变化系数 振型系数 风振系数
s 1.3
z 2.38
4 150
148 0.7 1 ( z ) tan[ ( ) ] 0.9854
(2) 横风向结构风效应 Ⅰ旋涡脱落现象
第3章 风荷载
3.2 风压
对于山区的建筑物，风压高度变化系数除由表确定外， 对于山区的建筑物，风压高度变化系数除由表确定外， 还应考虑地形的修正 考虑地形的修正， 分别按下述规定采用： 还应考虑地形的修正，修正系数 分别按下述规定采用： (1) 对于山峰和山坡，其顶部 处修正系数： 对于山峰和山坡，其顶部B处修正系数 处修正系数： z 1 η B = [1 + κ tan α (1 − )]2 2.5 H tgα—山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当tgα>0.3 时， 山峰或山坡在迎风面一侧的坡度； 山峰或山坡在迎风面一侧的坡度 取tgα=0.3； ； k—系数，对山峰取 ，对山坡取 ； 系数， 系数 对山峰取3.2，对山坡取1.4； H—山顶或山坡全高 山顶或山坡全高(m)； ； 山顶或山坡全高 z—建筑物计算位置离建筑物地面的高度，m； 建筑物计算位置离建筑物地面的高度， ； 建筑物计算位置离建筑物地面的高度 当z>2.5H 时，取z=2.5H
风力 等级 海面状况 浪高/m 浪高 名称 一 般 0.1 最 高 静 海岸渔船征象 陆地地面物征象 km/h 静、烟直上 烟能表示风向， 烟能表示风向，但风向标 不能转动 mile/h m/s 0～0.2 ～ 0.3～1.5 ～ 距地10m高处相当风速 高处相当风速 距地
0 1
静风 软风
<1 1～5 ～
第3章 风荷载
本章内容
3.1风的有关知识 风的有关知识 3.2风压 风压 3.3结构抗风计算的几个重要概念 结构抗风计算的几个重要概念 3.4顺风向结构风效应 顺风向结构风效应 3.5横风向结构风效应 横风向结构风效应
3.1 风的有关知识
1、风的形成 、
风是空气相对于地面的运动。 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处 辐射程度和大气升温的不均衡性， 辐射程度和大气升温的不均衡性，在地球上的不同 地区产生大气压力差， 地区产生大气压力差，空气从气压大的地方向气压 小的地方流动就形成了风。 小的地方流动就形成了风。
荷载与作用3 风荷载
-0.7
【例2】封闭式房屋和构筑物(正多边形)
-0.7
+0.8
-0.5
+0.8
-0.5
-0.7
-0.7
2、风压高度变化系数z
在大气边界层内，风速随离地面高度而增大 当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主 要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度 在离地面高度为300m 500m时，风速不再受地面粗 糙 度的影响，达到“梯度风速”，该高度称为梯度风高度. 风压高度变化系数z (z)
=任意高度处的风压wa(z)/基本风压w0
GB50009-2001地面的粗糙度类别 A类—近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B类—田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀疏的乡
镇城市郊区 C类—有密集建筑群的城市市区 D类—有密集建筑群且房屋较高的城市市区
3、平均风下结构的静力风载
wz= s z(z) w0
t
平均风速 动风速vf —短周期成分，周期一般只有几秒钟
顺风向的风效应
平均风 → 忽略其对结构的动力影响 → 等效为静力作用 （∵风的长周期 结构的自振周期）
脉动风 → 引起结构动力响应 （∵风的短周期接近结构自振周期）
第四节 顺风向结构风效应
13个等级（0级12级)
0级 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级12级 静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风飓风
第二节 风 压
1、风压与风速的关系
流向 小股气流
高压气幕
建筑物
风压的形成
w1dA
dl
压力线
(w1+dw1)dA
w=v2/2 风压：w v2 (kN/m2)
风荷载介绍
风荷载介绍风荷载风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。
风荷载ш与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关。
中国的地理位置和气候条件造成的大风为：夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴及雹线大风；冬季北部地区多寒潮大风，其中沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。
台风造成的风灾事故较多，影响范围也较大。
雷暴大风可能引起小范围内的风灾事故。
基本风压中国规定的基本风压w0 以一般空旷平坦地面、离地面10米高、风速时距为10分钟平均的最大风速为标准，按结构类别考虑重现期(一般结构重现期为30年，高层建筑和高耸结构为50年,特别重要的结构为100年),统计得最大风速v（即年最大风速分布的96.67%分位值，并按w0=ρv2/2确定。
式中ρ为空气质量密度；v为风速）。
根据统计，认为离地面10米高、时距为10分钟平均的年最大风压，统计分布可按极值I型考虑。
基本风压因地而异，在中国的分布情况是：台湾和海南岛等沿海岛屿、东南沿海是最大风压区，由台风造成。
东北、华北、西北的北部是风压次大区，主要与强冷气活动相联系。
青藏高原为风压较大区，主要由海拔高度较高所造成。
其他内陆地区风压都较小。
风速风速随时间不断变化（图1）,在一定的时距Δt内将风速分解为两部分：一部分是平均风速的稳定部分；另一部分是指风速的脉动部分。
为了对变化的风速确定其代表值作为基本风压，一般用规定时距内风速的稳定部分作为取值标准。
平均时距按风速记录为确定最大平均风速而规定的时间间隔（图1）。
规定的时距愈短，所得的最大平均风速愈大，也即基本风压愈大。
当前世界各国所采用的平均时距标准并不一致，例如，中国时距取10分钟,苏联取2分钟，英国根据建筑物或构件的尺寸不同，分别取3秒、5秒和15秒，日本取瞬时。
美国以风程1609.3米（1英里）作为确定平均风速的标准，这相当于对不同风速取不同的平均时距。
因而各国基本风压值的标准也有差别。
荷载课件-风荷载
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
脉动影响系数 1、结构迎风面宽度远小于其高度的情况（如高耸结构等） • 若外形、质量沿高度比较均匀； • 若结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变
化，而质量沿高度按连续规律变化时。 2、结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性
§ 3 - 2 风荷载的计算
波动风压对建筑产生的动力效应与建筑高度和刚度有 关。对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生 一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象。设计时采 用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以 风振系数。
对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高层房屋结构， 以及基本自振周期 大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸 结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的 风载。当超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体 型系数用2，即
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
例题2
例题2
例题3
例题3
例题3
例题3
作业题
1、风的有关知识 2、风荷载计算
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 1 风的形成 不同压力差的地区产生了趋向于压力平衡的空气
流动，便形成了风。
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 2 两类性质的大风 1. 台风
§ 3 - 1 风的有关知识
2. 季风
§ 3 - 1 风的有关知识
的情况（如高层建筑等）
§ 3 - 2 风荷载的计算
振型系数 应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按
第三章-风荷载
g重力加速度m/s2
v0 平均风速m/s
• 不全 同国 的地不理同位的置地，理大位气置条，件大是气不的 同的/ g，的γ和值g均 值不 也相 不同 相， 同风 。速v0与离地
• 为了比较不同地区风压的大小，必须对测量高度、地貌环境进
行统一规定。
2021/6/7
10
全国各城市的基本风压值
全国672个地点的基本气象台（站）
3 、 合 力 F w :F w F 1 F 2
z s1zw 0 L h z s2zw 0 L h
单 层 房 屋 取 风 振 系 数 z 1 .0 ,令 L h A (垂 直 于 风 向 的 屋 盖 斜 坡 的 投 影 面 积 ） ， 则 上 式 变 为 ：
F w 202z1/6/7s1s2w 0 A
侧 如图，风流经房屋时对房屋的作用，迎风
风
迎
背
面为压力（用“+”号表示），侧风面及背
风面为吸力（用“-”号表示），由于存在
侧
涡流，各个面上的风压分布并非均匀。
风对房屋表面的作用力有压力和吸力；风对房屋表面的作用力并非均匀；
且随房屋的体型及尺度而改变。
2021/6/7
26
侧
风
迎
背
侧
风荷载的体形系数μs涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题，对 于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验 确定，鉴于原型实测方法对结构设计的不现实性，目前只能采用相似原理，对拟 建的建筑物模型进行测试。
0.3kN／m2。 对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比空较气敏单 感位 的体积重
其他结构（自重较轻的钢木主体结构） ，这类结构g风荷载重 很力 重加 要，速计度m
第三章 风荷载
第二十六页，共26页。
规范中，给出的一些风载体型系数：
第五页，共26页。
4、风振系数βz
荷载规范规定，对高度大于30m，高宽比大 于1.5的房屋结构均需考虑风振系数。
z
1 z z
第六页，共26页。
z ——振型系数，对于质量和刚度沿高度分布比较
均匀的弯剪型结构，可近似取z/H；
——脉动增大系数。
第七页，共26页。
2.6.3 抗震结构延性要求和抗震等级
一、延性结构 1、结构的延性 延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力 不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力 的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性 变形能力的大小。 塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震 结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。
第二十一页，共26页。
2、相关因素
风载大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；
和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；
同时和建筑物本身的高度、形状及表面状况有关。
第一页，共26页。
二、单位面积上的风荷载标准值ωK
KZZS0
1、基本风压值ω0 是用各地区空旷地面上离地10m高，统计50
年（或100年）重现期的10分钟平均最大风速计 算得到的。
ω0分别乘以1.1(一般高层建筑)和1.2(特别重 要的高层建筑)。 2、风压高度变化系数μz
在10m以上，随着高度增加，风速加快，风
压值也就加大。
第二页，共26页。
第三页，共26页。
3、风载体型系数μs 一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个
第三章 风荷载
5.1m
5.1m
6.5m
在高度Z=5.1m、1o.3m、15.3m和20.4m处风压高度系数 μz=1、 1.01、 1.15 和1.26 风振系数：房屋总高度未超过30m，βz=1.0 一榀框架上各楼层处作用的风荷载标准值： Fω4k=(1×1.3×1.26×0.4)×6×(5.1/2)=10.02kN Fω3k=(1×1.3×1.15×0.4)×6×5.1 =18.30kN Fω2k=(1×1.3×1.01×0.4)×6×5.1 =16.07kN Fω1k=(1×1.3×1×0.4)×6×5.1 =15.91kN
HTa
HTS vT
vT
H Ta a HTs s vT vT ( ) ( ) v0 a Z sa v0 Zs
Zs
v0
Zsa
v0a
v0 a v0 (
H TS s H Ta a ) ( ) Zs Z sa
标准地貌α s 非标准地貌α
a
H Ts 2 s H Ta 2 a 1 2 0 a v0 a 0 ( ) ( ) 2 Zs Z sa
( z) z
式中ξ—脉动增大系数 ν—脉动影响系数 φ(z)—振型系数
● 脉动增大系ξ数按以下公式计算,为方便使用制成表3-10
x2
1
● 脉动影响系数υ:
6
4 2 3
(1 x )
如果结构迎风面宽度远小于其高度 ①若外形、质量沿高度比较均匀时，可按表3-11确定 ②当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线 变化时，可按表3-11查得系数再乘以修正系数θB、θυ (θB为构筑物迎风面在高度z处的宽度与底部宽度Bo 的比 值， θυ可按表3-12确定) 如果结构迎风面宽度较大，且外形、质量沿高度比较均匀 时，可根据H/B按表3-13确定 ● 振型系数φ(z)应根据结构动力计算确定，也可近似按教材 式3-31式3-32和式3-33计算，或沿高度比较均匀的高层建筑 可按《建筑结构荷载规范》附录F确定
风荷载计算方法与步骤
欢迎共阅1 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值（KN/m2）按下式计算：1.1.1基本风压按当地空旷平坦地面上50年一遇按公式 其中的单位为，kN/m 2。
也可以用公式1.1.2 风压高度变化系数风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以粗糙度类别场地确定之后上式前两项为常数，于是计算时变成下式：1.1.3风荷载体形系数1）单体风压体形系数（1）圆形平面；（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数；（3）高宽比的矩形、方形、十字形平面；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比的矩形、鼓形平面（5）未述事项详见相应规范。
23檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于1.1.4米且高宽比的房屋，以及自振周期虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。
且可忽略扭转的结构在高度处的风振系数○1g为○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取；为地面粗糙修正系数，取值如下：为结构第一阶自振频率（Hz）；高层建筑的基本自振周期可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用），B为房屋宽度（m）。
○3对于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，、为系数，按下表取值：为结构第一阶振型系数，可由结构动力学确定，对于迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均其主要作用时，振型系数查下表，其中H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
为脉动风荷载水平、竖直方向相关系数，分别按下式计算:B。
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一、风的有关知识
造成50人死亡 100亿美元损失
一、风的有关知识
受台风“苏拉”、“达维”、“海葵”影响，河北、辽宁、上 海、江苏、浙江、安徽、福建、江西、山东、河南、湖北、湖 南12省(直辖市)3084.8万人次受灾，51人死亡，21人失踪， 406.1万人次紧急转移；8.8万间房屋倒塌，50万间不同程度受 损；农作物受灾面积2298千公顷，其中绝收263.4千公顷；直 接经济损失655.7亿元。
z (z)=任意高度处的风压wa(z)/基本风压w0
~ 根据离地面或海平面高度、地面粗糙度类别由GB50009—2012确定。 地面粗糙度类别 粗糙度指数 A类 B类 C类 D类 0.12 0.15 0.22 0.30
梯度风高度HT 风压高度变化系数z
300m 350m 450m 550m
（1）平均风速值。10min平均风速越小，该比值越大。 （2）天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风最大、台风次之，而 寒潮大风（冷空气）最小。
不同重现期换算
重现期不同，最大风速的超越概率也不同，风敏感结构、重要结构要考虑 不同重现期的基本风压。
不同重现期的基本风压与重现期50年的基本风压按下表换算。
（在纬度 45 度处，海平面上的重力加速度） 单位体积的重力） ；g=9.8m/s2，
二、风压
（二）基本风压w0
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压 1. 标准高度：10米高为标准高度 【我国的气象记录仪大都安装在8~12m】 2. 地貌（地面粗糙度）：空旷平坦地貌 3. 公称风速时距： =10min
重现期（年） 重现期换算系数 100 1.1 60 1.03 50 1.00 40 0.97 30 0.93 20 0.87 1化系数
v——任一高度z处的平均风速 v0——标准高度处的平均风速
∴
（3-1） （3-2）
z——离地面任一高度（m） z0——离地面标准高度，通常取10m α ——地面粗糙度指数 Wα(z) ——任一地貌高度z处的风压 W0α——任一地貌标准高度处的风压
风 级
名称 Wind name
Strong breeze 强风 Moderate gale 疾风 Fresh gale大风 Strong gale烈风
km/h 39-49 50-61 62-74 75-88
（m/s） 10.8-13.8 13.9-17.1 17.2-20.7 20.8-24.4
风压 W0=V2/16 （kg/m2)， 10N/m2 7.29-11.9 12.08-18.28 18.49-26.78 27.04-37.21
wm （气流冲击结构物后其截面中心点产生的最大气流压强）
风压：w
wb （气流原先压力强度） 1 wb v 2 wm 2 2 1 v w wb wm v 2 2 2g 2
v ，kN/m2 1630
=0.012018kN/m3（在气压为 101.325kPa、常温 15℃和绝对干燥的情况下，空气
1.284(z/10)0.24 1.000(z/10)0.30 0.544(z/10)0.44 0.262(z/10)0.60
三、顺风向结构风效应
风 级
陆地地面物体征象
海面状态
0 1 2 3 4 5
静，烟直上 烟能表示方向，但风向 标不动 人面感觉有风，风向标 转动
静 微波 小波 小波 轻浪 中浪
树叶及微枝摇动不息， 旌旗展开
能吹起地面纸张与灰尘 有叶的小树摇摆
一、风的有关知识
（四）风级
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考） Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed) 风速 wind speed
F3
F4 F5
71-92
93-116 117-142
二、风压
（一）风压与风速的关系
风压：当风 以一定速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物产生压力
流向
速度为ν
高压气幕 建筑物
小股气流
压力强度为ωb
最大气流压强ωm
压力线
w=v2/2
风压计算公式：
1 2 w m b v 2
二、风压
每年不超过基本风压的概率或保证率p0=1-1/T0（图中影形面积） GB50009-2012规定：
以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min 内最大风速v0为标准，按w 0= v02/1600确定。
二、风压
（三）非标准条件下的风压或风速的换算
不同高度换算
根据不同高度风速观测资料确定，缺乏观测资料时，可按下表换算。 实测风速高度 高度换算系数 4 6 8 10 12 14 16 18 20
一、风的有关知识
（二）两类性质的大风
2、季风(Seasonal Wind)
形成根本原因：地球表面性质不同，热力反映有所差异引起的。 冬季:大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低 风从大陆吹向海洋 夏季:大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高
风从海洋吹向大陆
一、风的有关知识
公称风速 v0
v t dt , 即一定时间间隔内的平均风速
o
1
4. 最大风速的样本时间 ：一年 5. 基本风速的重现期T0 基本风速出现一次所需要的时间
二、风压
（二）基本风压w0
p
最大风速 --随机变量
面积 p0=1-1/T0
年平均最大风速 基本风速 年最大风速概率密度分布
年最大风速
高温高湿空气辐合到弱涡旋中心 形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降） 低涡增强 辐合加强
。。。。。（循环）
台风
一、风的有关知识
（二）两类性质的大风
1、台风(Typhoon)
热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级
名称 台风 （Typhoon） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 热带风暴 (Tropical storm) 热带低压 (Tropical depression) 属性 最大风速出现＞32．6 米/秒，也即 12 级以上（64 海里 /小时或以上） 最大风速出现 24．5-32．6 米/秒，也即风力 10-11 级 （48-63 海里/小时） 最大风速出现 17． 2-24． 4 米/秒， 也即风力 8-9 级 （34-47 海里/小时） 最大风速出现＜17． 2 米/秒， 也即风力为 6-7 级 （22-33 海里/小时）
1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895
二、风压
不同地貌换算 梯度风速：离地表300~550m以上的高度时，风速不再受地表粗糙度的影响。 梯度风高度（大气边界层高度）HT：大气以梯度风速流动的起点高度
距地面高度 ， 风速 , 局限在大气层内。 地面粗糙度等级低的地区，梯度风高度低。
（3-3）
不同地貌在梯度风高处的风压相等条件（当然风速也相同） （3-4） （3-5）
HT0——标准地貌下梯度风高度 α0 ——标准地貌下地面粗糙度指数 w0 ——标准地貌下基本风压值 HTa——任一地貌下梯度风高度
∴
任一地貌条件下，高度z处的风压：
（3-6）
三、顺风向结构风效应
（一）风压高度变化系数
风压 w
1 2 v 推导 2 dw1dA Ma dAdl dv dt 合力
dw1 dl dv dt
dw1 vdv
w1dA
dl
(w1+dw1)dA
(因为 dl vdt )
边界条件：
1 w1 v 2 c 2
当 v 0 时， w1
当 v 时， w1
0级 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级 12级 暴风 飓风
静风 软风 轻风 微风 和风 劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风
根据风力及破坏程度 龙卷风分为 F0, F1, F2, ...F5 共六个等级
一、风的有关知识
（四）风级
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考） Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed) 风速 wind speed 距地面10m高 名称 Wind name km/h Calm无风 light air 软风 light breeze轻风 Gentle breeze微风 Moderate breeze和风 Fresh breeze清风 <1 1-5 6-11 12-19 20-28 29-38 （m/s） 0-0.2 0.3-1.5 1.6-3.3 3.4-5.4 5.5-7.9 8.0-10.7 风压 W0=V2/16 （kg/m2)， 10N/m2 0-0.0025 0.0056-0.014 0.016-0.68 0.72-1.82 1.89-3.9 4-7.16
大气热力学环流模型
赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、气压 小,且大气因加热膨胀，由表面向高空上升 极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、 气压 大 ，且大气因冷却收缩由高空向地表下沉
一、风的有关知识
（二）两类性质的大风
1、台风(Typhoon)
弱的热带气旋性涡旋
第三章 风荷载
内容提要
3.1 风的有关知识
3.2 风压
3.3 顺风向结构风效应 3.4 横风向结构风效应 3.5 结构的总风效应 3.6 风荷载作用下结构的自激振动
一、风的有关知识
一、风的有关知识
（一）风的形成
-- 空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成 地表上存在气压差或压力梯度