荷载与结构设计方法第4章 风荷载
第4章风荷载
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
当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等阻碍物时，将对这些阻碍 物产生压力。
风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，
它不仅对结构物产生水平风压作用，还会引 起多种类型的振动效应。
风灾实例 1926年9月，美国迈阿密17层高的 Meyer-Kiser大楼在一次飓风袭击下， 维护结构受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在风暴中严 重摇晃，顶部残留位移达0.61m。
第4章 风荷载
风致桥梁破坏 1940 年 11 月 7 日 ， 美 国 华 盛 顿 州 塔 科 马 桥 （ Tacoma Bridge ）因风振致毁，这一严重的桥梁事故，开始促使人 们对桥梁的风致振动问题进行系统深入的研究。该桥主跨 长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通 过两年时间的施工，于 1940 年 7 月 1 日建成通车。但由于当
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆 amax (m/s2) 0.15 0.25
第4章 风荷载
抗风减振措施
台北 101 大楼（高 508 米），在 92楼 层悬挂设置重达 800 吨的悬浮阻尼 球，通过吸收振动能量，避免大楼 在强风下大幅晃动
第4章 风荷载
抗风减振措施
上海环球金融中心（高492米），在395 米的第 90 层安装两台重达 150 吨、长宽 各 9 米的风阻器，中间桔红色的是用钢 索悬吊的重 100 多吨的配重物，其下安 装了驱动装置。
第4章 风荷载
第4章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 风的有关知识 风压
风荷载
内容提要
结构抗风计算的几个重要概念 顺风向结构风效应 横风向结构风效应
建筑幕墙设计(第四章)荷载及其组合
横向验算风荷载单独作用下挠度。
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 风荷载是作用于幕墙的一种主要直接作用，它垂 直作用于幕墙面板表面。 设计要求：(1)既需考虑长期使用过程中，在一定时距平
均最大风速的风荷载作用下保证 正常使用功 能不受影响。 (2)在阵风袭击下不受损坏，避免事故发生。
风荷载计算公式:
w w（主体结构） w w（外围护 幕墙）
k Z s z o k gz s z o
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 1 基本风压Wo
当风以一定速度向前运动遇到幕墙阻碍时，幕墙承受风 压，幕墙所在地区不同，它们的基本风压不同。
Vo / 2 wo
A：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀疏的乡镇 C：密集建筑群的城市市区（一般城市) D：密集建筑群且房屋较高城市（北京、上海等）
4 荷载及荷载组合
A z c z
1.379( z /10) 0.616( z /10)
0.24
0.44
B z D z
4 荷载及荷载组合
4 阵风系数 gz 第二节 风荷载
瞬时风压峰值与10min平均风压（基本风压）的比值， 取决于场地粗糙度类别和建筑物高度。 K (1 2 ) 玻璃幕墙 石材金属幕墙取2.25 gz f K-地区粗糙度调整系数 A取0.92 B取0.89
A f
C取0.85 D取0.8
4 荷载及荷载组合
第一节 概述 2 幕墙的荷载组合 承载Hale Waihona Puke 极限状态G G w w w
第4章风荷载
重现期/年 重现期换算系数 100 1.10 60 1.03 50 1.00 40 0.97 30 0.93 20 0.87 10 0.77 5 0.66
4.1.4 山区的基本风压
对于山区的建筑物，基本风压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B处的修正系数可按下述 公式采用：
1 2 2 w v v 2 2g
式中，w——单位面积上的风压力(kN/m2)； ρ——空气密度(kg/m3)； γ——空气单位体积重力(kN/m3)； g——重力加速度(m/s2)； v——风速(m/s)。
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
实测风速时距 时距换算系数 60min 0.940 10min 1.00 5min 1.07 2min 1.16 1min 1.20 0.5min 1.26 20s 1.28 10s 1.35 5s 1.39 瞬时 1.50
应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比 值，其中最重要的有： (1) 平均风速值。实测表明，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)则最小。
4.1.3 风速或风压的换算 1. 不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测 风速高度不足10m标准高度时，应由气象台站根据不同高 度风速的对比观测资料，并考虑风速大小的影响，给出非 标准高度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏观测 资料时，实测风速高度换算系数也可按表4.1取值。
z B [1 tan (1 )]2 2.5H
工程结构中的风荷载分析与设计
工程结构中的风荷载分析与设计在工程结构设计中，风荷载是一个重要的考虑因素。
它对建筑物、桥梁、塔吊等结构物的稳定性和安全性有着重要影响。
风荷载分析与设计是工程师必须要掌握的一项技术。
首先，风荷载的分析是建立在风力的基础上的。
风力是空气流动引起的力量，它与气压差、空气密度、流体力学等因素密切相关。
在风荷载分析中，工程师需要考虑到风力的大小、方向和变化规律。
这对于结构的设计和材料的选择都有着重要的影响。
其次，风荷载的分析需要考虑到结构的形状和几何特征。
不同形状的结构在风力作用下会产生不同的应力和变形。
例如，高层建筑在风力作用下容易出现摆振现象，而桥梁则需要考虑到横风对桥面的冲击力。
因此，在风荷载分析中，工程师需要根据结构的形状和几何特征来确定合适的风荷载模型。
此外，风荷载的分析还需要考虑到结构的材料特性和强度。
不同材料的抗风性能各不相同，因此在设计过程中需要选择合适的材料。
同时，工程师还需要根据结构的强度和刚度来确定合理的安全系数。
这样可以保证结构在风力作用下不会发生过度变形和破坏。
在风荷载分析的过程中，工程师可以采用多种方法和工具来辅助计算和模拟。
例如，可以利用计算机软件进行数值模拟和风荷载计算。
同时，还可以通过实验室测试和风洞试验来验证分析结果的准确性。
这些方法和工具的应用可以提高风荷载分析的精度和可靠性。
最后，风荷载分析与设计不仅仅是为了满足建筑物的安全要求，还可以为结构的优化设计提供参考。
通过合理的风荷载分析，可以发现结构的薄弱环节和设计缺陷，并采取相应的措施进行改进。
这样可以提高结构的抗风能力，延长其使用寿命。
综上所述，风荷载分析与设计是工程结构设计中的重要环节。
它需要考虑到风力的大小、方向和变化规律，结构的形状和几何特征，材料的特性和强度等因素。
通过合理的分析和设计，可以保证结构在风力作用下的稳定性和安全性，同时还可以为结构的优化设计提供参考。
因此，工程师在进行结构设计时必须要掌握风荷载分析与设计的技术。
章4 风荷载 (2)
不同重现期与常规50年时风压比值：
r 0.336lg T0 0.429
重现期
/年 比值 1.114 1.0 0.916 0.734 0.353 0.239
100
50
30
10
1
0.5
荷载规范2012规定了考虑地形的修正系数
4.2 风压
4.2.4 山区的基本风压 山峰与山坡顶部B点 其他位置线性插值
当v
1 2 w1 v c 2
0 时， w1 wm （气流冲击结构物后其截面中心点产生的最大气流压强） 当v 时， w1 wb （气流原先压力强度） 1 2 wb v wm 2 2 1 2 v 风工程风压 w wm wb v 2 2g v2 风压： w (kN/m2) 1630
4.3.1 风荷载体型系数
【例1】 封闭式双坡屋面
s
150
-0.6
300
0
600
+0.8 +0.8
s
-0.5 -0.5
注：中间值按插入法计算
【例2】封闭式房屋和构筑物(正多边形)
-0.7
+0.8
-0.7
-0.5
4.3.1 风荷载体型系数
群体建筑(漩涡相互干扰)
• 群体效应=单体建筑体型系数×相互干扰增大系数
脉动风荷载的共振分量因子：
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
4.2 风压
4.2.1 风压与风速的关系
流向 高压气幕 建筑物
小股气流
压力线
w1dA
dl
(w1+dw1)dA
风压的形成
w=v2/2
第4章 风荷载
第四章风荷载主要内容：¾4.1 风的有关知识¾4.2 风压¾4.3 结构抗风计算的几个重要概念¾4.4 顺风向结构风效应¾4.5 横向结构风效应4.1 风的有关知识1 . 风的形成由于存在压力差或气压梯度，空气从气压高的地方向气压底的地方流动而形成风。
2 . 两类性质的大风1.台风弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡旋内部产生上升和对流运动→加强涡旋→‥‥‥→台风2.季风冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋夏季：大陆热，海洋凉，风：海洋→大陆3. 我国的风气候总况我国的风气候总体情况如下：(1)台湾、海南和南海诸岛，由于地处海洋，年年受台风直接影响，是我国的最大风区。
(2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆上的大风区。
风速梯度由沿海指向内陆。
台风登陆后，由于受地面摩擦的影响，风速能弱很快，在离海岸100km处，风速约减小一半。
(3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒潮入侵路线一致。
华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风。
黑龙江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速不大。
(4)青藏高原地势高，平均海拔4-5km，也属较大风区。
(5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮风到此也是强弩之末。
(6)云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地形闭塞，形成我国最小风区。
4. 风级为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风划分为13个等级。
风速越大，风级越大，由于早期人们还没有仪器来测定风速，就按照风所引起的现象来划分风级。
风的13个等级如表4-1所示。
b w m w（5）基本风速的重现期设基本风速的重现期为T0年，则1/T为每年实际风速超过基本风速的概率，每年不超过基本风速的概率为：基本风压：当地比较空旷平坦地面上，离地10m高处统计所得50年一遇10分钟时距内的最大风速。
建筑结构设计中的风力与风荷载分析
建筑结构设计中的风力与风荷载分析风力与风荷载分析在建筑结构设计中扮演着至关重要的角色。
本文将探讨风力对建筑物的影响，并详细介绍风荷载的计算方法和应对措施。
一、风力对建筑结构的影响风力是由大气运动引起的空气流动力量，当风吹向建筑物时，其产生的压力和力矩会对结构造成影响。
对于高层建筑和长跨度结构来说，风力作用更为明显。
风对建筑物的影响主要表现为静风压和动风荷载。
静风压描述了风对建筑物表面的压力分布情况，而动风荷载则是风对建筑物结构的力矩和力的作用。
二、风荷载的计算方法风荷载的计算需要考虑多个因素，包括建筑物的高度、形状、曝风面积和当地的气象条件等。
以下是常用的计算方法：1. 基本风速的确定：根据当地的气象数据和规范要求确定基本风速。
2. 载荷压力的计算：根据建筑物的形状和曝风面积，采用规范提供的公式计算不同部位的载荷压力。
3. 动力风荷载的计算：通过求解结构的振型和阻尼参数，采用相关公式计算建筑结构的动力风荷载。
4. 风作用效应的考虑：考虑到风对结构的作用效应，例如风致振动、风致振荡等，进行相应的分析和计算。
三、应对风荷载的措施为了保证建筑结构的安全性和稳定性，需要采取一系列的措施来减轻风荷载的影响。
1. 结构设计的优化：通过合理的结构形式和布局，减小风荷载的作用。
2. 风洞试验与数值模拟：通过风洞试验和数值模拟技术，研究风场分布及结构响应，优化结构设计。
3. 风挡设施的设置：在建筑物周围设置风挡设施，减小风力对结构的作用。
4. 结构加强与防护：对于特殊的地质条件和建筑要求，采用增强结构或者加装防护设施的方式应对风荷载。
结语风力和风荷载在建筑结构设计中具有重要的地位，对建筑物的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
通过合理的风荷载分析和有效的措施应对，可以确保建筑物在恶劣气候条件下的稳定运行。
第四章 风荷载
§4.3
风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）为方便设计人员使用，用风 压高度变化系数 综合考虑不同高度和不同地貌情况的影响。对于平坦或稍 有起伏的地形，风压高度变化系数直接按下表取用；对于山区的建筑物， 风压高度变化系数除由下表确定外，还应考虑地形条件的修正。表中地貌 （地面粗糙程度）分为A、B、C、D四类。
§4.2
基本风速和基本风压
3. 平均风速的时距 风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。 平均风速与时距的大小有密切关系，如果时距取的很短，例如3s，则平均 风速只反映了风速记录中最大值附近的较大数值的影响，较低风速在平均 风速中的作用难以体现，致使平均风速较高；相反，如果时距取的很长， 例如1天，则必定将一天中大量的小风平均进去，致使平均风速值较低。一 般来说，时距越大，平均风速越小；反之，时距越小，则平均风速越大。
§4.1
风的基本知识
4.1.3 我国的风气候总况
§4.1
4.1.4 风级
风的基本知识
为了区分风的大小，根据风对地面(或海面)物体的影响程度将风划为若 干等级。风力等级（wind scale）简称风级，是风强度的一种表示方法。 国际通用的风力等级是由英国人蒲福（Beaufort）于1805年拟定的，故又 称蒲福风力等级(Beaufort scale )。 由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此就按照风所引起的现象来划分 等级，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小，分为 13个等级（0～12级）。 后来又在原分级的基础上，增加了风速界限，将蒲福风力等级由 12级台风 扩充到17级，增加为18个等级（0～17级）。
§4.2
基本风速和基本风压
高层建筑风荷载计算与结构设计
高层建筑风荷载计算与结构设计随着城市化进程的加快和城市人口的增长，高层建筑在现代城市中扮演着越来越重要的角色。
而高层建筑在设计与施工过程中，风荷载的计算和结构设计是至关重要的环节。
本文将探讨高层建筑风荷载计算与结构设计的相关内容。
一、风荷载计算1. 风荷载的定义和分类风荷载是指风对建筑物表面的静压力和动压力所产生的作用力。
根据风的性质和特点，风荷载可分为静风荷载、动风荷载和波浪风荷载等多种类型。
2. 风荷载计算方法风荷载计算是高层建筑结构设计的重要内容之一。
常用的计算方法包括静态风荷载计算方法、动态风荷载计算方法和实验风洞模拟等。
3. 风荷载标准为了保证高层建筑的结构安全性，各国都颁布了相应的风荷载标准，如中国《建筑抗震设计规范》、美国《ASCE7-10》等。
二、结构设计1. 结构材料选择高层建筑的结构设计应选择适宜的结构材料，如混凝土、钢结构、钢混凝土结构等，以满足建筑的承载能力要求。
2. 结构形式设计高层建筑的结构形式设计应考虑建筑本身的使用功能和外部环境，合理选择适应的结构形式，如框架结构、剪力墙结构、框筒结构等。
3. 结构稳定性设计高层建筑结构的稳定性设计是保证建筑整体稳定性和安全性的关键，需要考虑风荷载、地震作用等外部因素对结构的影响。
结语高层建筑风荷载计算与结构设计是高层建筑设计中的重要内容，直接影响到建筑物的安全性和稳定性。
设计者在进行设计时应充分考虑风荷载的计算方法和结构设计原则，确保建筑物能够承受外部环境的作用力，达到设计要求。
通过本文的介绍，希望读者对高层建筑风荷载计算与结构设计有了进一步的了解，为高层建筑的设计与建设提供一定的参考和指导。
第4章 风荷载
同济大学 土木工程
风效应：由风力产生的结构位移、速度、加速 度响应等。
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、顺风向平均风与脉动风
风有两种成分构成 = 平均风 + 脉动风
二、顺风向平均风与脉动风
脉动风的特性：
可用功率谱密度描述 功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布
Davenport谱
式中，ρ：流体密度； μ：流体粘性系数 l ：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸 对于空气：Re=69000vB 如果Re<1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体； 如果Re>1000，则以惯性力为主，为低粘性流体
地区流向低纬地区
在高空：空气从低纬
地区流向高纬地区
同济大学 土木工程
§4.5 横风向结构风效应
同济大学 土木工程
大气热力学环流模型
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、两类性质的大风
1.台风 热带海洋面上形成的低压气旋。
同济大学 土木工程 同济大学 土木工程
4
2013-10-17
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
一、顺风向平均风效应
平均风下结构风载 ：
一、顺风向平均风效应 w( z ) s z ( z ) w0
1. 风载体型系数
第一阶振型函数
风振 ( z ) 1 1 ( z ) 系数： z ( z)
第4章风荷载分析
§4.1 基本风速和基本风压
4.1.1 基本风速
标准高度 最大风速 的概率分布 或概率密度 曲线（线型） 基本风速 或基本风压
标准地貌
最大风速 的重现期
平均风速的时距
最大风速的样本
最大风速的样本 取年最大风速为统计样本，即每年以一最大风速记录值 为一个样本。 最大风速的重现期 设重现期为T0年，则1/ T0为超过设计最大风速的概率， 因此不超过该设计最大风速的概率或保证率P0应为：
飓风伊万在美国已造成45人死亡，其中16人 在佛罗里达。 飓风造成的损失在30亿至100亿美元之间。
飓风伊万摧毁的房屋
伊万过后，美国佛罗里达州彭萨科拉市附近的一座 大桥被飓风伊万摧毁
台风云娜登陆时卫星云图
台风云娜袭击浙江, 截 至16日12时的统计，台 风云娜已在浙江造成 164人不幸遇难，失踪 24人，受灾人口达1299 万人，直接经济损失达 181.28亿元。
1 P0 1 T0
我国荷载规范规定：对一般结构，重现期为 30 年，对 于高层建筑和高耸结构，重现期取50 年，对于特别重要和 有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取100年。重 现期为T0年通常俗称为T0年一遇。
4.1.2 基本风压
1、标准高度的规定：房屋建筑类统一取10m为标准高度 2、标准地貌的规定：标准地貌指空旷平坦地区，在具体执行时，对 于城市郊区，房屋较为低矮的小城市，也作标准地貌处理。 3、平均风速的时距：取50年一遇的平均风速时距为10分钟（风的卓 越周期约在1分钟） 风速和风压之间的关系，可由流体力学中的伯努利方程得到。自由气流 的风速产生的单位面积上的风压力为：
风 结构物
理想模型
两类性质的大风 1.台风
地球自转
结构设计知识：风荷载在结构设计中的应用
结构设计知识：风荷载在结构设计中的应用随着建筑物不断增加的高度和流线型设计的尝试，风荷载已成为结构设计中非常重要的考虑对象之一。
风荷载是指建筑物、桥梁或其他结构体受到的风压力和风力的力量，是一种非常重要的外部荷载。
因此，在结构设计中，必须根据实际情况综合考虑风荷载的影响，进行合理的结构设计，以保证结构的安全性和稳定性。
1.风荷载的形成原因风荷载是由气体环境中流动的空气造成的。
它的大小与气流速度和空间布局等因素有关。
风荷载的影响主要来自以下几个方面：（1）风速风速是决定风荷载大小的关键因素。
随着风速的增加，风荷载也相应增大。
（2）风的气动特性建筑物的形状和固体本身的材料有很大的影响。
例如，如果风部分绕过了建筑物，在高层建筑的顶部和角部会形成强大的负压力，风荷载也相应较大。
（3）地面的地貌和建筑物周围的环境地面地形和建筑物周围的环境都会对风荷载造成影响。
例如，建筑物周围有其他高层建筑，会影响风的流向和速度。
2.风荷载的计算方法在结构设计中，风荷载的计算方法通常使用国家和国际标准的规定和方法。
例如，我国现行的规范：《建筑结构荷载规范》第二部分给出了关于建筑物风荷载的计算方法和标准。
（1）静力分析法利用静力分析法计算建筑物（或其他结构体）受到风荷载的作用力，主要是计算结构体的振动和位移，从而确定结构的稳定性。
这种方法比较适合于大型建筑和桥梁的设计。
（2）风洞实验法风洞实验方法通常适用于建筑物的设计，特别是高层建筑的设计。
风洞实验可以通过物理实验来模拟风的流动，从而更准确地估计结构体所受的风荷载。
（3）数值模拟法数值模拟法是一种比较新颖的计算方法，使用计算机模拟建筑物在风荷载下的响应，可以预测建筑物在不同风荷载下的响应和损伤，进而为结构设计工作提供更为准确的依据。
3.风荷载对结构设计的影响风荷载是结构设计中必须考虑的重要因素之一，影响结构的安全性、稳定性和经济性。
建筑物在风荷载下，会导致建筑物发生倾覆、倾斜、震动和损坏等问题。
浅谈结构设计——风荷载计算
浅谈结构设计——风荷载计算城市建筑越做越高,尤其是一线城市.在过去的一年,我们所接触的住宅、公寓、办公楼,几乎没有低于150m的.粗略来讲,结构高度提高,周期变长,地震力减小（想想地震反应谱）；但是,结构迎风面增加,风载加大,如果结构高宽比较大的话,结构横风向风振效应显著增大.此消彼长,超高层建筑基本以风控为主.基于本人的感受,我们工程师普遍对风载的认识要浅于对地震的认识,这当然不是一件好事.这篇文章就以工程师的角度,结合自身实践,谈谈本人对“风荷载”的一些浅薄认识.横风向风振效应《荷规》规定,“建筑高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑、高度超过30m且高宽比大于4的细长圆形构筑物,应考虑横风向风振的影响”.但规范对横风向风振的计算,往往偏大.我们曾对比过几栋超高层塔楼,塔楼高宽比基本在7.0及以上,核心筒高宽比在20.0及以上,主要结论是：1）在顺风向,风洞实验结果与规范差别不大；2）在横风向,风洞实验结果比规范小15%~20%（以最大层间位移角指标为准）.到目前为止,不少专家普遍认为规范计算的结构横风向效应偏大,但究竟偏大多少,由于项目经验不同,众说纷坛,但基本接受10%~15%的区间值.像Arup、TT这样的国际咨询公司,给出的经验值也处于这个区间.地面粗糙度在做设计时,我们其实很少细究场地粗糙度,一般按经验取一个大家都认可、偏保守的粗糙度类别.但如果大家对粗糙度取值有异议,无法统一,该怎么办呢？规范对粗糙度的判别方法,其实是有说明的.《荷规》8.2.1条条文说明：以上统计方法并不复杂,经过一些合理简化,可以比较容易地确定平均高度.操作的难点是拿到拟建房屋2kM范围内的房屋数据.但如果偏保守计算,也可以仅取1km范围的房屋数据,统计总面积时,仍按2kM计算即可.我们曾算过一个距海边873m的一个项目场地,计算结论是,加权高度为6.7m,粗糙度可以按B类.除了国标,《广东省荷载规范》也提供了粗糙度的计算方法.广东省荷规不是以加权高度来划分粗糙度,而是以平面建筑密度和10层以上高层建筑平面面积占总建筑面积比值这两个指标进行划分.其中,B类粗糙度被描述为“有少量稀疏房屋高度到达10m的区域：平面建筑密度小于15%”.这条没有为建筑密度规定下限,其实是一个很大的BUG.根据字面意思,平面建筑密度无穷小,只要有几栋（甚至1栋）超过10m的建筑,粗糙度就可以划分为B类？这与逻辑不符.同样地,国标对B类的定义也有问题,应该给出一个下限值.风洞实验刚性模型风洞实验根据本人目前的理解,我们现在拿到的很多超高层建筑结构风洞实验报告,基本采用刚性模型来测试.即在刚性模型表面密布气孔,采用一定风速施加在模拟场地,然后测量统计各气孔承担的风压力.刚性模型的测试方法并不和结构的动力特性耦合,所以,结构外形不变,仅是动力特性发生变化,并不需要重复做风洞实验,仅需简单的数值换算即可（某次超限会上,专家提到的,具体原理,有待进一步考证）.与刚性模型实验相对,气动弹性模型实验就要复杂得多,但其可以较真实地考虑结构与风的相互作用.相似比在风时程分析时,我们通常采用风洞实验的时程数据.有时需要注意对时程的时间步长进行换算,换算依据即是相似比.对不熟悉此原理的结构工程师,换算过程很容易出错.以下我们提供一个自己的算例,以帮助大家理解整个过程.假定风洞试验的几何缩尺1/400,基本风压为=0.45kN/m2,场地类型为A类时,10m高度处风压高度变化系数=1.283,修正风压为=0.577kN/m2,风速=30.38m/s,顶点位置风速为=45.34m/s.风洞试验中塔楼顶部最高处A类边界层验风速为10.09m/s,即风速缩尺=1/4.5,风压测量采样频率为313Hz,采样时间步长为0.00319s,则时程分析中风时程时间步长为0.283s.敏感系数与重现期《高规》4.2.2条规定,“对风荷载比较敏感的高层建筑,承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用”.“对风荷载是否敏感,主要与高层建筑的体型、结构体系和自振特性有关,目前尚无实用的划分标准.一般情况下,对于房屋高度大于60m 的高层建筑,承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用”.从这条来看,敏感系数是针对高层建筑的,且主要是和房屋高度有关.《高规》的这条规定简洁明了,具有很好的操作性.与此相对,《荷规》就比较含糊.《荷规》提到,“除超高层,自重较轻的钢木主体结构,也应该考虑敏感系数”.如何提高呢？“适当考虑提高风载重现期来确定基本风压”.按提高重现期的方法考虑敏感系数,很容易和《高规》产生出入.比如,深圳地区,如果按100年的重现期考虑基本风压,应为0.90kPa,但如果是考虑1.1的系数,则为1.1X0.75=0.825kPa.我们看到一些报告,写的是房屋高度超过60m,结构对风荷载敏感,按100年的重现期考虑基本风压,但给出的数却是0.825kPa,这就有问题了,起码和规范对不上.再来解释一下这个1.1是怎么来的.张相庭在《结构风工程理论·规范·实践》一书中曾给出不同重现期风压的换算公式,如按此公式,相对50年重现期的基本风压,100年重现期的放大系数确实为1.1.只是规范在编排过程中,有些调整罢了,即如此,应以规范为准.基本风压、风速、风级有些建筑师、业主会问我们结构工程师,我们设计的这个楼,可以抵抗几级风？我们不少的工程师竟然答不出来.其实这个问题比问我们“某某楼可以抵抗几级地震”更容易解释.那为什么答不出来呢？因为不少人只有基本风压的概念,而没有风速的概念.流体力学中的伯努利公式可以描述基本风压与风速之间的关系,标准空气密度ρ=1.25kg/m³,以深圳为例,50年一遇基本风压0.75kPa,对应的=40=34.64m/s,100年一遇基本风压0.90kPa,对应的=37.94m/s.根据国家标准《热带气旋等级》（GBT19201-2006）：热带低压(TD)：最大风速为10.8～17.1米/秒,底层中心附近最大风力6-7级；热带风暴(TS)：最大风速为17.2～24.4米/秒,风力8-9级；强热带风暴(STS)：最大风速为24.5～32.6米/秒,风力10-11级；台风(TY)：最大风速为32.7～41.4米/秒,风力12-13级；强台风(STY)：最大风速为41.5～50.9米/秒,风力14-15级；超强台风(Super TY)：最大风速为51.0以上米/秒,风力16级或以上.35m/s（对应0.75kPa）的风速相当于台风级别,风力大概在12~13级.看起来好像还不够大,因为我们经历过的超强台风风速都是在50m/s以上,但别忘了,气象预报给出的最大风速和我们规范中统计的最大风速是不同的.气象站测量的风速,“是以正点前2min至正点内的平均风速作为该正点的风速”.而《荷载规范》是以“离地10m高,10min内的平均风速作为统计风速”.如果按《荷载规范》的方法换算,气象预报的50m/s风速是要小于50m/s的.参考最早的《浦福风力等级表》,空旷平地上标准高度10m处的风速为32.7~36.9m/s,即是最高级别12级,被描述为“海上引起14m 高的巨浪,陆上绝少见,摧毁力极大”.我们可以想象一下,这是什么样的风力.结论是,按规范风荷载反算的风速及风级,事实上比想象中大.我们极少听到按规范设计的主体结构,在台风中被刮倒或摧毁的案例.真正在台风中被破坏的多数为附属结构,比如雨蓬、幕墙、阳台、出屋面构架等.风振系数与阵风系数在结构主体计算时,我们采用风振系数,在计算围护结构时,却采用阵风系数,这两者有何区别呢？可能很多工程师并不一定明白.我们把风对结构的作用分为静力的平均风作用以及动力的脉动风作用.静力风压使建筑物产生一定的侧移,而脉动风压使建筑物在该侧移附近左右振动.对高度较大、刚度较小的高层建筑,脉动风压会产生不可忽略的动力效应,在设计中必须考虑.那该如何考虑呢？即在静力风压的基础上乘一个风振系数,以考虑这个动力效应,因此,风振系数有点类似动力放大系数的概念.对围护结构来说,我们需要考虑的是局部风压作用,围护结构的局部刚度一般相对较大,风振影响一般很小可以忽略.围护结构风压计算,直接采用瞬时风压,所以,阵风系数,其实就是瞬时风较平均风的增大系数,即阵风风速与时距10min的平均风速的比值.在高度越高、越开阔平坦的场地,瞬时风与平均风越接近（仅有一个时距的差异）,其阵风系数也越小.这就是规范8.6.1表格变化规律的由来.总的来说,风振系数是把风成份中的脉动风引起的风振效应转换成等效静力荷载所乘的系数.阵风系数是在不考虑风振系数时,考虑到瞬时风比平均风要大所乘的系数.这两者虽然都是针对平均风所采用的增大系数,但概念截然不同.风荷载计算中的其他细部概念,有待大家一起挖掘讨论.以上仅为个人观点,欢迎讨论.。
建筑结构抗风设计与风荷载分析
建筑结构抗风设计与风荷载分析引言：建筑结构的抗风设计与风荷载分析是建筑工程中非常重要的一部分。
随着城市化进程的加快，高层建筑越来越多地出现在我们的生活中。
而高层建筑由于其高度较大、结构较为复杂，对风的抵抗能力要求较高。
因此，建筑结构抗风设计与风荷载分析成为了建筑工程师必须要深入研究的领域。
一、风荷载的定义与作用风荷载是指风对建筑物表面所产生的压力和力矩。
风荷载是建筑物设计时必须考虑的重要因素，它直接影响着建筑物的安全性和稳定性。
风荷载的大小与建筑物的形状、高度、周围环境等因素有关。
二、风荷载的计算方法风荷载的计算方法主要有静风法和动风法两种。
静风法是指根据风速和建筑物的特性，通过计算得到建筑物的风荷载。
动风法是指通过模拟风场的变化，计算建筑物在不同风速下的风荷载。
两种方法各有优劣，根据具体情况选择合适的方法进行计算。
三、建筑结构抗风设计的原则1.合理选择结构形式：不同的结构形式对风荷载的抵抗能力不同，建筑师应根据具体情况选择合适的结构形式，提高建筑物的抗风能力。
2.合理布置结构构件：结构构件的布置对建筑物的抗风能力有着重要的影响，合理布置结构构件可以提高建筑物的抗风能力。
3.合理选择材料：不同材料的抗风能力也有所不同，建筑师应根据具体情况选择合适的材料，提高建筑物的抗风能力。
4.合理设置风阻设施：风阻设施可以有效地减小风荷载对建筑物的影响，建筑师应根据具体情况设置合适的风阻设施。
四、建筑结构抗风设计的实践建筑结构抗风设计的实践需要建筑师具备一定的专业知识和经验。
在实践中，建筑师需要根据风荷载的计算结果，合理设计建筑物的结构形式、结构构件的布置和材料的选择等。
同时，建筑师还需要根据具体情况设置合适的风阻设施，提高建筑物的抗风能力。
五、建筑结构抗风设计的发展趋势随着科技的进步和建筑工程的发展，建筑结构抗风设计也在不断创新和发展。
未来，建筑师将更加注重风荷载的计算精确性和建筑物的抗风能力。
同时，随着新材料的应用和新技术的发展，建筑师将有更多的手段来提高建筑物的抗风能力。
第4章结构构件上的荷载及支座反力计算
第4章结构构件上的荷载及支座反力计算第4章主要是研究结构构件上所受到的荷载以及支座反力的计算。
结构构件上的荷载通常由外部荷载和内部荷载两部分组成。
外部荷载是指结构构件受到的来自外界的荷载作用，例如自重、活荷载、风荷载、地震作用等。
内部荷载是指结构构件内部的荷载，例如弯矩、剪力、轴力等。
在计算结构构件上的荷载时，通常采用静力学的原理，根据平衡条件和变形条件进行计算。
其中，平衡条件是指结构构件上受力的总和必须为零，即ΣF=0，ΣM=0；变形条件是指结构构件上的变形必须满足一定的条件，例如梁的弯曲变形必须满足梁的曲率方程。
在计算支座反力时，一般可以采用静力平衡的原理进行计算。
静力平衡的原理是指在结构构件的静力平衡状态下，结构构件上的受力总和必须为零。
在计算支座反力时，可以通过荷载和受力的平衡条件，根据结构构件的几何特性和荷载分布进行计算。
支座反力的计算是结构设计中的重要内容，其准确性对于结构的稳定性和安全性至关重要。
支座反力的计算需要考虑结构的几何形状、荷载分布、材料特性等因素，并且需要根据结构的使用要求和安全标准进行计算。
常用的计算方法包括力平衡法、变形平衡法、弹性平衡法等。
支座反力的计算是结构设计中的一项基本工作，它为结构的合理设计和安全使用提供重要依据。
合理的支座反力计算可以保证结构的稳定性和安全性，并且对于结构的经济性和可行性也有一定的影响。
总之，第4章是研究结构构件上的荷载及支座反力计算的重要内容。
荷载计算是结构设计的基础工作，而支座反力的计算对于结构的稳定性和安全性具有重要意义。
只有通过合理的计算方法和准确的计算结果，才能够保证结构的合理设计，从而满足设计要求和安全标准。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
风荷载
， 顺风向结构风效应-风振系数
脉动风荷载的空间相关性系数: 竖直方向的相关系数:
10 H 60e H / 60 60 z H
水平方向的相关系数:
x
10 B 50e B / 50 50 B
36
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风振系数
结构振型系数： 振型：结构在振动中各质点的相对位移。
38
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风振系数
结构基本周期经验公式——高耸结构：
T1 (0.007 ~ 0.013) H
钢结构可取高值，钢筋混凝 土结构可取低值。对于具体 的高耸结构，如烟囱和石油 化工塔架，其基本自振周期 的计算有更为精确的公式， 可参考《荷载规范》附录 F.1.2。
39
第4章
第4章 风荷载
风的基本知识 风压 顺风向结构风效应
横风向结构风效应 扭转风振 风荷载组合工况
第4章
风荷载
风的基本知识
风的形成 两类性质的风 风力等级
风对建筑物的影响： 风压，水平力 风振，包括顺风向风振和横风向风振
2
第4章
风荷载
风压-基本风速
标准条件： 空旷平坦地面 距离地面10m高 取10min平均风速作为一个样本 取1年内的最大样本作为年最大风速 取50年或100年内最大的年最大风速，作为基本风速 对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压按100年重现 期的风压值采用（>60m）
47
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（3）风振系数
48
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（3）风振系数
49
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（3）风振系数
50
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（3）风振系数
51
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
承重结构： wk=βzμsμzw0
围护结构：wk=βgzμslμzw0
思考：公式中各系数的意义是什么？
42
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
计算步骤：
确定基本风压 确定风荷载体型系数或局部风压体型系数 确定风压高度变化系数 确定结构基本周期 确定脉动风荷载的空间相关系数 确定振型系数 确定脉动风荷载的背景分量因子 确定脉动风荷载的共振分量因子 确定风振系数。 确定风荷载标准值
10
第4章
风荷载
风压-基本风压的采用
按新版《高规》的规定，超过60m的高层建筑，在计算风 荷载作用下构件的承载力时，风压值取基本风压的1.1倍； 在计算风荷载作用下结构或构件的变形时，风压值仍取基 本风压。
11
第4章
风荷载
风压-山区基本风压
C
山峰和山坡，顶部B处的修正系数：
B
z
B H
A
α
8
第4章
风荷载
风压-风速与风压的关系
理想状态：
流向 小股气流 高压气幕 建筑物
w1d A
(w1 + dw1 )d A
2 1 2 w v v 2 2g
9
w = 1 ρv2 2
(b)
第4章
风荷载
风压-风速与风压的关系
1 2 w v 2
比窦娥还冤的某农牧学院
一阶振型
二阶振型
三阶振型
对顺风向响应一般可仅考虑第1振型的影响 对横风向的共振响应，一般考虑4个振型的影响
37
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风振系数
结构振型系数：
上大下小
比较均匀
上小下大
弯曲型：高耸结构（或剪力墙结构） 弯剪型：高层建筑结构，当以剪力墙的工作为主时 剪切型：低层建筑结构
(b )
(c )
_
+ _
+
+ 5°
+ 30°
+ 45°
(b )
(c )
(d )
坡度小,负压；30°,≈0；>45°,正压
17
第4章
风荷载
风压-风荷载体型系数：定义及确定方法
定义：建筑物实际风压与理想风压的比值
确定方法： 理论分析：达不到 实测：浪费时间和财力，且只能在已建的结构物中进行 风洞试验：选测点→实测风压/理想风压→加权平均→ 风荷载体型系数
40
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-阵风系数
阵风系数：在不考虑风振系数时，考虑到瞬时风比平 均风要大所乘的系数
α
βgz
z 1 2gI10 10
阵风系数，可以 理解为阵风风速 与平均风速的比 值。
41
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
0.8
s 0.8 1.2 / n
0.8 -0.5
27
第4章
风荷载
风压-群体风压体型系数
美国硅谷
28
第4章
风荷载
风压-群体风压体型系数
中国上海
29
第4章
风荷载
风压-群体风压体型系数
B
当L/B≥7.5时，增大系 数取1.0（不考虑） 当L/B≤3.5时，顺风向 增大系数及当L/B≤2.5时 横风向增大系数按表4-9 取值
x、ζ1、kw、f1分别表示什么意思，如何计算？
34
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风振系数
脉动风荷载的背景分量因子Bz :
1 ( z ) Bz kH x z z ( z)
1
k、 α1、 ρx、 ρz、Φ1 (z)、 μz (z)分别表示什么意思，如 何计算？
35
第4章
3
第4章
风荷载
风压-基本风速
风荷载影响因素——时距
v
短时距 长时距
t
思考：时距越大，平均风越大还是越小？Why?
4
第4章
风荷载
风压-基本风速
风荷载影响因素——高度、地面粗糙度
随高度增加而增大，地面越粗糙，加速度越慢
5
第4章
风荷载
风压-基本风速
地面粗糙度四中分类： A：近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B：田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇 C：有密集建筑群的城市市区 D：有密集建筑群且房屋较高的城市市区
6
第4章
风荷载
风压-基本风速
Q( t)
风荷载影响因素——重现期
p 1, r 50, 1
o
T
t
重现期越长，风速越大，风压也越大 哈尔滨： 10年 —0.35，50年—0.55，100年—0.70 图 7-6 风、雪活荷载的实用化样本函数
7
第4章
风荷载
风压-基本风速
风荷载影响因素总结： 时距越大，风速越小 高度越大，风速越大（梯度风高度范围内） 地面越粗糙，风速越小 重现期越长，风速越大
45
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
解：
风 荷 载 标 准 值按 wk=βzμsμzw0 计 算 ， 为简化起见，将建筑物沿高度分为10个区
段，每个区段的高度均为10m，取其中点
位置的风荷载作为该区段的平均风荷载。 由于该建筑的总高度为 100m ，基本风压 应 按 50 年 一 遇 风 压 值 的 1.1 倍 取 用 ， 即 w0=1.1×0.55=0.605kN/m2
wk10 wk9 wk 8 wk7 wk6 wk5 wk4 wk3 wk2 wk1
46
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（1）风荷载体型系数
该高层建筑平面为正方形，高宽比D/B=1，μs=1.4。
（2）风压高度变化系数
由教材表4-8，根据场地粗糙度类别为C类，可查出各区段中点位置 的风压高度变化系数，列于表4-11中。
塔克马海峡大桥 853m
开车体会开船的 感觉 19m/s，共振 好莱坞拍电影
24
第4章
风荷载
风压-风荷载体型系数：风灾
塔克马海峡大桥新桥
25
第4章
风荷载
风压-风荷载体型系数：风灾
塔克马海峡大桥新桥
26
第4章
风荷载
风压-风荷载体型系数：取值
圆形：0.8
一般的矩形：1.3 正多边形： V形、Y形、弧形等：1.4 《荷载规范》7.3.1条
（4）各区段中点高度处的风荷载标准值
52
第4章
风荷载
， 顺风向结构风效应-风荷载标准值
（5）风荷载引起的基底弯矩值
53
第4章
风荷载
，
横风向结构风效应
54
第4章
风荷载
， 横风向结构风效应-考虑对象
塔架、烟囱、缆索等细长的柔性结构
15
第4章
风荷载
风压-风荷载体型系数：风压分布规律
停滞点 旋涡区 驻涡区 尾流区
有旋涡的地方可能会产生负压 立面图：迎风面停滞点风压最大，上下均减小 平面图：两侧旋涡不同时脱落会引起横向振动
16
第4章