风荷载上课讲解学习
合集下载
风荷载及地震作用课件
ERA
风荷载定义
风荷载是指风对建筑物产生的压力或吸力。
风荷载是指由于风的作用而产生的对建筑物的压力或吸力，这种力可以导致建筑 物产生弯曲、剪切和振动等效应，从而影响建筑物的安全性和稳定性。
风荷载类型
风荷载可分为平均风和脉动风两类。
平均风是指在一段时间内风速和风向 相对稳定的风，它对建筑物的作用力 是恒定的。脉动风则是指风速和风向 随时间变化的阵风或旋风，它对建筑 物的作用力是变化的。
02
地震作用是地震工程和结构抗震 设计的重要依据，也是地震灾害 评估和抗震减灾的重要基础。
地震作用的类型
水平地震作用
扭转地震作用
指地震动引起的水平方向的地面振动 ，是建筑物和构筑物受地震影响的主 要来源。
指地震动引起的地面振动中，水平方 向和垂直方向的振动发生相位差的现 象，对结构抗扭性能的要求较高。
地质构造和地表地质
地质构造和地表地质条件对地震波的传播和地表受到的地震作用有重 要影响。
建筑物和设施的类型、结构形式和抗震性能
不同类型的建筑物和设施以及不同的结构形式和抗震性能对地震作用 的影响也有所不同。
04
地震作用计算
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
地震烈度计算
总结词
针对风荷载与地震作用的共同影响，应加强结构整体性 和冗余度设计，提高结构抵抗灾害的能力。
详细描述
某核电站采用特殊的设计方案，针对风荷载和地震作用 进行了专项评估和加固措施，确保了核反应堆的安全运 行和周边居民的生命财产安全。
ERA
风速计算
平均风速
根据气象资料，确定某一地点的 平均风速，通常采用10米高度处 的风速。
阵风系数
风荷载定义
风荷载是指风对建筑物产生的压力或吸力。
风荷载是指由于风的作用而产生的对建筑物的压力或吸力，这种力可以导致建筑 物产生弯曲、剪切和振动等效应，从而影响建筑物的安全性和稳定性。
风荷载类型
风荷载可分为平均风和脉动风两类。
平均风是指在一段时间内风速和风向 相对稳定的风，它对建筑物的作用力 是恒定的。脉动风则是指风速和风向 随时间变化的阵风或旋风，它对建筑 物的作用力是变化的。
02
地震作用是地震工程和结构抗震 设计的重要依据，也是地震灾害 评估和抗震减灾的重要基础。
地震作用的类型
水平地震作用
扭转地震作用
指地震动引起的水平方向的地面振动 ，是建筑物和构筑物受地震影响的主 要来源。
指地震动引起的地面振动中，水平方 向和垂直方向的振动发生相位差的现 象，对结构抗扭性能的要求较高。
地质构造和地表地质
地质构造和地表地质条件对地震波的传播和地表受到的地震作用有重 要影响。
建筑物和设施的类型、结构形式和抗震性能
不同类型的建筑物和设施以及不同的结构形式和抗震性能对地震作用 的影响也有所不同。
04
地震作用计算
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
地震烈度计算
总结词
针对风荷载与地震作用的共同影响，应加强结构整体性 和冗余度设计，提高结构抵抗灾害的能力。
详细描述
某核电站采用特殊的设计方案，针对风荷载和地震作用 进行了专项评估和加固措施，确保了核反应堆的安全运 行和周边居民的生命财产安全。
ERA
风速计算
平均风速
根据气象资料，确定某一地点的 平均风速，通常采用10米高度处 的风速。
阵风系数
第四章 风荷载
二,顺风向平均风与脉动风 顺风向风速时程曲线
v(t)
v
平均风速
vf
t
v —长周期成分,周期一般在 10min 以上 长周期成分, 长周期成分
短周期成分, 脉动风速vf —短周期成分,周期一般只有几秒钟 短周期成分 顺风向的风效应:平均风效应, 顺风向的风效应:平均风效应,脉动风效应 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) (∵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) 接近结构自振周期 (∵风的短周期接近结构自振周期)
第四章
概述 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
震四大自然灾害中, 风,火,水,震四大自然灾害中,风灾造成 的经济损失最大,约占40% 40%, 的经济损失最大,约占40%,海洋和沿海地 区受风的影响尤为严重. 区受风的影响尤为严重. 1992年 24日 安德鲁" 1992年8月24日,"安德鲁"飓风袭击美国 佛罗里达州,造成的经济损失达250亿美元. 250亿美元 佛罗里达州,造成的经济损失达250亿美元. 2000年 我国发生4次台风风暴潮灾害, 2000年,我国发生4次台风风暴潮灾害,造 成的经济损失约115.4亿元人民币. 115.4亿元人民币 成的经济损失约115.4亿元人民币. 2005年 卡特里娜" 2005年8月,"卡特里娜"飓风几乎将美国 新奥尔良市摧毁, 新奥尔良市摧毁,使美国下半年经济增长率 下降1个百分点,经济损失约1500亿美元. 1500亿美元 下降1个百分点,经济损失约1500亿美元.
第4章 风荷载
17
18
第二节 风压
第二节 风压
不同地貌在梯度风高处的风速应相同，即：
H H v0s Ts v0 T z0s z0
则
s
s
3、不同时距的换算 由于脉动风的影响，时距越短，公称风速值越大。
H H v0 v0 s Ts T z0s z0
不同粗糙度影响下的风剖面
第二节 风压
地面越粗糙，风速变化越慢（α越大），梯度风高度将越 高；反之，地面越平坦，风速变化将越快（α越小）；梯 度风高度将越小。 不同地貌的α及HT值
地貌 α HT(m) 海面 0.1~0.13 275~325 空旷平坦地面 0.13~0.18 325~375 城市 0.18~0.28 375~425 大城市中心 0.28~0.44 425~500
第一节 风的有关知识 第四章 风荷载
风的形成 风是空气从气压大的地方向气 压小的地方流动而形成的。
4-1
太阳辐射、地球自转、地表吸 热能力不同等→ 气压差或气压梯度→ 空气流动→ 风
哈得力环流模型
三圈环流模型 Hadley Cell Ferrell Cell Polar Cell
2
第一节 风的有关知识
风力等级表（续）
2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 — 渔船缩帆（即收 去返之一部） 渔船加倍缩帆， 捕鱼须注意风险 渔船停息港中， 在海上下锚 近港渔船皆停留 不出 汽船航行困难 汽船返航颇危险 汽船遇之极危险 海浪滔天 有叶的小树摇摆，内陆 的水面有小波 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 陆上少见，见时可使树 木拔起或建筑物吹毁 陆上很少，有时必有重 大损毁 陆上绝少，其捣毁力极 大 29~38 39~49 50~61 62~74 75~88 89~102 103~117 118~133 17~21 22~27 28~33 30~40 41~47 48~55 56~63 64~71 8.0~10.7 10.8~13.8 13.9~17.1 17.2~20.7 20.8~24.4 24.5~28.4 28.5~32.6 32.7~36.9
风荷载
北极
赤道
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
二、两类性质的大风 1、台风 弱的热带气旋性涡旋 辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压
表3-2 实测风速高度换算系
数 实测风速高度/m 4 6
8 10 12 14 16 18 20
高度换算系数 1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895
2、非标准地貌的换算
3、不同时距的换算
4、不同重现期换算
重现期不同，最大风速的保证率将不同，相应的最大风速值也 不同。我国目前按重现期50年的概率确定基本风压。重现期的取 值直接影响到结构的安全度，对于风荷载比较敏感的结构，重要 性不同的结构，设计时有可能采用不同重现期的基本风压，以调 整结构的安全水准。
三、横风向风振（对细柔性结构应考虑） 横风向风振 由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤
振、扰振等空气动力现象。
与结构截面形状和雷诺数Re有关
惯性力=单位面积上的压力 v2/2 ·面积D2
粘性力=粘性应力·面积D2=（粘性系数 ·速度梯度dv/dy）·面
积D2
雷诺数Re
惯性力 粘性力
建筑物
(wm)
压力线
(w1+dw1)dA
风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
风压w 1 v2 推导
2
合力 dw1dA Ma dAdl dv dt
dw1 dl dv dt
赤道
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
二、两类性质的大风 1、台风 弱的热带气旋性涡旋 辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压
表3-2 实测风速高度换算系
数 实测风速高度/m 4 6
8 10 12 14 16 18 20
高度换算系数 1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895
2、非标准地貌的换算
3、不同时距的换算
4、不同重现期换算
重现期不同，最大风速的保证率将不同，相应的最大风速值也 不同。我国目前按重现期50年的概率确定基本风压。重现期的取 值直接影响到结构的安全度，对于风荷载比较敏感的结构，重要 性不同的结构，设计时有可能采用不同重现期的基本风压，以调 整结构的安全水准。
三、横风向风振（对细柔性结构应考虑） 横风向风振 由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤
振、扰振等空气动力现象。
与结构截面形状和雷诺数Re有关
惯性力=单位面积上的压力 v2/2 ·面积D2
粘性力=粘性应力·面积D2=（粘性系数 ·速度梯度dv/dy）·面
积D2
雷诺数Re
惯性力 粘性力
建筑物
(wm)
压力线
(w1+dw1)dA
风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
风压w 1 v2 推导
2
合力 dw1dA Ma dAdl dv dt
dw1 dl dv dt
风荷载
4-13
第二节 风压
• 风压定义：
当风 以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物 产生压力，即风压。
风压的产生
4-14
第二节 风压
一、 风压与风速的关系
伯努利方程：
气压为101.325kPa 常温150C 绝对干燥
纬度450海面
4-15
初始条件
第二节 风压
二、基本风压
• 基本风压的定义：
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速称为基本风压。
φ13=0.53
4-49
第四节 顺风向结构风效应
因建筑的高宽比H/B=3，查表4-10得脉动影响系数:
ν=0.49。
代入式(4-49)得各区段中点高度处风振系数：
β1=1.19 β2=1.26 β3=1.31 β4=1.36 β5=1.41
5. 按式（4-45）计算各区段中点高度处的风压值
4-50
4-40
第四节 顺风向结构风效应
或
w(z) (z)s (z)z (z)w0
其中风振系数
令 得
4-41
(z) 1 1(z) z (z)
第四节 顺风向结构风效应
4-42
第四节 顺风向结构风效应
4-43
第四节 顺风向结构风效应
对于低层建筑结构(剪切型结构) 对于高层建筑结构(弯剪型结构)
1.雷诺数
结构形状
动力相似定律
雷诺数相同，动力相似 层流向湍流转换
式中： ρ：流体密度； μ ：流体粘性系数
动粘性
l：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸。
4-30
第三节 结构抗风计算的几个 重要概念
➢ 对于空气：
Re=69000vl=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。
第二节 风压
• 风压定义：
当风 以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物 产生压力，即风压。
风压的产生
4-14
第二节 风压
一、 风压与风速的关系
伯努利方程：
气压为101.325kPa 常温150C 绝对干燥
纬度450海面
4-15
初始条件
第二节 风压
二、基本风压
• 基本风压的定义：
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速称为基本风压。
φ13=0.53
4-49
第四节 顺风向结构风效应
因建筑的高宽比H/B=3，查表4-10得脉动影响系数:
ν=0.49。
代入式(4-49)得各区段中点高度处风振系数：
β1=1.19 β2=1.26 β3=1.31 β4=1.36 β5=1.41
5. 按式（4-45）计算各区段中点高度处的风压值
4-50
4-40
第四节 顺风向结构风效应
或
w(z) (z)s (z)z (z)w0
其中风振系数
令 得
4-41
(z) 1 1(z) z (z)
第四节 顺风向结构风效应
4-42
第四节 顺风向结构风效应
4-43
第四节 顺风向结构风效应
对于低层建筑结构(剪切型结构) 对于高层建筑结构(弯剪型结构)
1.雷诺数
结构形状
动力相似定律
雷诺数相同，动力相似 层流向湍流转换
式中： ρ：流体密度； μ ：流体粘性系数
动粘性
l：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸。
4-30
第三节 结构抗风计算的几个 重要概念
➢ 对于空气：
Re=69000vl=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。
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
第四章 风荷载-PPT课件
（ 影 响 是 以 沿 海 开 始 出 现 8 级 风 或 暴 雨 为 标 准 。 ）
2、季风(season wind) 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
三、风级（根据风对地面或海洋物体影响程度） 13个等级（0级12级）（P37，表4-1） 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
一、结构的风力和风效应 PL 截面 风速 B PM PD
流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力 顺风向力→PD 、 横风向力→ PL 、扭力矩→ PM 结构的风效应
~ 由风力产生的结构位移、速度、加速度响应、扭转响应
二、顺风向平均风与脉动风 顺风向风速时程曲线
v(t)
v
vf
t
v 平 均 风 速 — 长 周 期 成 分 ， 周 期 一 般 在 1 0 m i n 以 上
高度 10米高为标准高度 公称风速时距 =10min
1 v v t dt 公 称 风 速 ,即 一 定 时 间 间风速的样本时间
基本风速的重现期T0 基本风速出现一次所需要的时间
o
一年
最大风速 --随机变量
p
面积 p0=1-1/T0
2 v 2 w 风 压 ： ( k N /m ) 1630
3 2 = 0 . 0 1 2 0 1 8 k N / m （ 空 气 单 位 体 积 的 重 力 ） ， g = 9 . 8 m / s
2、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 地貌（地面粗糙度）
《风荷载规范讲解》课件
结论
桥梁风荷载分析需要充分考虑结构的特性和气动弹性效应，确保桥梁 的安全运行。
案例三：风电场风荷载分析
总结词
阵风效应、机组载荷
详细描述
风电场由多台风力发电机组组成，其风荷载分析需要考虑 阵风效应和机组载荷的影响。不同机组之间的尾流效应和 湍流也会对风力发电机组产生影响。
案例分析
通过对某风电场的风荷载进行数值模拟和现场实测，评估 了风电场的抗风性能和机组的载荷情况。
动态性原则
随着科学技术的发展，风 荷载规范应不断更新和完 善。
风荷载规范的适用范围
地理范围
适用于全球范围内的建筑 物和结构。
结构类型
适用于各种类型的建筑物 和结构，包括高层建筑、 大跨度桥梁等。
环境条件
适用于各种气候和环境条 件，如沿海地区、山地等 。
风荷载规范的主要内容
风荷载的定义和分类
明确风荷载的定义、分类和计 算方法。
《风荷载规范讲解》 ppt课件
• 风荷载概述 • 风荷载计算方法 • 风荷载规范解读 • 风荷载规范应用案例 • 风荷载规范的发展趋势与展望
目录
01
风荷载概述
风荷载定义
风荷载：由于建筑物受到风的 作用而产生的压力或剪力。
风荷载的大小取决于风的速度 、风向、建筑物的形状和高度 等因素。
风荷载是建筑物设计中需要考 虑的重要因素之一，因为它对 建筑物的安全性和稳定性有着 重要的影响。
试验步骤
进行风洞试验时，需要先搭建与实际结构相似的模型，然后在风洞中模拟各种风环境，通 过传感器等设备测量模型的位移、应变等反应，最后根据这些数据计算出风荷载。
优点与局限性
风洞试验可以模拟真实的风环境，得到较为准确的数据，但实验成本较高，且难以完全模 拟真实的风环境。
桥梁风荷载分析需要充分考虑结构的特性和气动弹性效应，确保桥梁 的安全运行。
案例三：风电场风荷载分析
总结词
阵风效应、机组载荷
详细描述
风电场由多台风力发电机组组成，其风荷载分析需要考虑 阵风效应和机组载荷的影响。不同机组之间的尾流效应和 湍流也会对风力发电机组产生影响。
案例分析
通过对某风电场的风荷载进行数值模拟和现场实测，评估 了风电场的抗风性能和机组的载荷情况。
动态性原则
随着科学技术的发展，风 荷载规范应不断更新和完 善。
风荷载规范的适用范围
地理范围
适用于全球范围内的建筑 物和结构。
结构类型
适用于各种类型的建筑物 和结构，包括高层建筑、 大跨度桥梁等。
环境条件
适用于各种气候和环境条 件，如沿海地区、山地等 。
风荷载规范的主要内容
风荷载的定义和分类
明确风荷载的定义、分类和计 算方法。
《风荷载规范讲解》 ppt课件
• 风荷载概述 • 风荷载计算方法 • 风荷载规范解读 • 风荷载规范应用案例 • 风荷载规范的发展趋势与展望
目录
01
风荷载概述
风荷载定义
风荷载：由于建筑物受到风的 作用而产生的压力或剪力。
风荷载的大小取决于风的速度 、风向、建筑物的形状和高度 等因素。
风荷载是建筑物设计中需要考 虑的重要因素之一，因为它对 建筑物的安全性和稳定性有着 重要的影响。
试验步骤
进行风洞试验时，需要先搭建与实际结构相似的模型，然后在风洞中模拟各种风环境，通 过传感器等设备测量模型的位移、应变等反应，最后根据这些数据计算出风荷载。
优点与局限性
风洞试验可以模拟真实的风环境，得到较为准确的数据，但实验成本较高，且难以完全模 拟真实的风环境。
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)
第五讲：风荷载-基本知识、风压(2014)
第三章 风荷载
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）
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）
第8讲 风荷载
2 k z s z 0
W W =2.29*0.8*1.23*0.35=0.788N/mm
小练习5 拟在武汉市郊区建造一高度为30m民用钢筋混凝 土结构房屋（设计使用年限为50年），其建筑形 式如下图所示.屋面夹角30度，已知房屋高度10m 处的顺风向风振系数βz = 2.05，试问在设计计算 风荷载时该建筑物屋迎风面a 处的风压标准值？
一、基本风速
1. 风速随高度变化，离地表越近，摩擦越大，风速越小。
2. 同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙程度高， 风能消耗多，风速则低。
3. 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。10min的平均风速已趋于稳定。 4. 气候的重复性，年最大风速最有代表性。 5. 基本风速的重现期:取年最大风速为样本。该最大风速不是 经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间称为 重现期。
任一地貌条件下，高度z处的风压为：
H 10 z W ( z) W W 10 H 10
2 0 2 T0
2
0
z
0
T
z
为任意地貌下的风压高度变化系数， 与地面粗糙度
和距离地面高度z有关。
《建筑结构荷载规范》 将地面粗糙度分为A、B、C、 D四类: A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏 的乡镇和城市郊区 C类是指有密集建筑群的城市市区 D类是指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，取地 面粗糙度指数
风的形成
风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
压力差
风 结构物
风压
大气热力学环流模型 理想模型
W W =2.29*0.8*1.23*0.35=0.788N/mm
小练习5 拟在武汉市郊区建造一高度为30m民用钢筋混凝 土结构房屋（设计使用年限为50年），其建筑形 式如下图所示.屋面夹角30度，已知房屋高度10m 处的顺风向风振系数βz = 2.05，试问在设计计算 风荷载时该建筑物屋迎风面a 处的风压标准值？
一、基本风速
1. 风速随高度变化，离地表越近，摩擦越大，风速越小。
2. 同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙程度高， 风能消耗多，风速则低。
3. 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。10min的平均风速已趋于稳定。 4. 气候的重复性，年最大风速最有代表性。 5. 基本风速的重现期:取年最大风速为样本。该最大风速不是 经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间称为 重现期。
任一地貌条件下，高度z处的风压为：
H 10 z W ( z) W W 10 H 10
2 0 2 T0
2
0
z
0
T
z
为任意地貌下的风压高度变化系数， 与地面粗糙度
和距离地面高度z有关。
《建筑结构荷载规范》 将地面粗糙度分为A、B、C、 D四类: A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏 的乡镇和城市郊区 C类是指有密集建筑群的城市市区 D类是指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，取地 面粗糙度指数
风的形成
风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
压力差
风 结构物
风压
大气热力学环流模型 理想模型
结构力学第三章 风荷载
风力等级表
海面状况 风力 等级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
距地10m高处相当风速 海岸鱼船征象 陆地地面物征象 km/h n mile/h
＜1 1～5 6～11 12～19 20～28 29～38 39～49 50～61 62～74 75～88 ＜1 1～3 4～6 7～10 11～16 17～21
4.2 风
一、风压与风速的关系
压
风压：简单说，当风以一定速度向前运动遇到建筑物等的阻碍时，将 对这些阻碍物产生压力，形成压力气幕，即风压。
流向
高压气幕 建筑物
小股气流
压力线
图4.3 风压的形成
w=v2/2
风压w与风速v有关，可以根据流体力学中的伯努利方程得到： 1 w 2 2 见教材P65公式（4 - 1） 2 2g
基本风压为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时距内年最大风速v0为标准，按w0=γv02/(2g)确定的风压。
我国基本风压分布图见教材附录4或见荷载规范附录D及相应表格
三、非标准条件时风速或风压的换算
1.非标准高度时
据实测结果分析,确定地貌下平均风速沿高度变化规律可用指数函数 描述: z v 见教材P68公式（4 - 5）
5.基本风速的重现期T0：荷载规范规定：一般结构，T0=50年；高层或高耸结构及对
风较敏感的结构，T0应适当提高。桥规:T0=100年.
年最大风速 --随机变量，其概率密度分布如下图示： p
面积
p0=1-1/T0
年最大风速
年平均最大风速 基本风速v0
图4.4
年最大风速概率密度分布
若重现期为T0，则不超过基本风压的概率或保证率p0=1-1/T0 《建筑结构荷载规范》GB50009-2001规定：
风荷载规范讲解幻灯片.ppt共30页
xˆ 1 g x
x
x
2 x
4
x
2
2 u
U
[B
R]
1 2g u B R U
• 阵风系数
gw w ˆ1gw w1f
风压脉动系数 f g
原规范采用的近似公式
w
w
f
0.5351.8(a0.16)(z)a 10
美国荷载规范ASCE 7-93中的阵风系数公式
风荷载体型系数
• ISO 4354 结构上的风作用
空气动力体型系数Aerodynamic shape factor,Cfig 动力响应系数Dynamic responcse factor,Cdyn
• ASCE 7-95 房屋和其他结构的最小设计荷载 压力
系数和力系数Pressure and Force Coefficients,Cp,Cf 阵 风效应系数Gust Effect Factors,Gf
Gg 0.653.65(2z.3/350)D 1/0a
粗 糙 度 类 别 A (D ) B (C ) C (B ) D (A )
a
3 .0 4 .5 7 .0 1 0 .0
zg (ft)
1 5 0 0 1 2 0 0 9 0 0 7 0 0
D 0 0 .0 2 5 0 .0 1 0 0 .0 0 5 0 .0 0 3
0.62 0.50 0.51 0.32 0.16 0.20
山区风荷载的修正
B1tga(12.5zH)2 当tga0.3,取tga0.3 对山峰3.取 2,对山坡1.4取
风荷载体型系数
---房屋和构筑物与表7.3.1的体型类同时，
按表采用 ---房屋和构筑物与表7.3.1的体型不同时， 参考有关资料采用 ---房屋和构筑物与表7.3.1的体型不同且 无资料可借鉴时，宜由风洞试验确定 ---对于重要且体型复杂的房屋和构筑物， 应由风洞试验确定
相关主题
- 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)。
v vs
=
骣ççç桫zzs
a
÷÷÷÷
wa(z) = w0a
2
v
2
vs
=
骣 ççç桫zzs
2a
÷÷÷÷
(2)非标准地貌的换算
比如香港
J0s
骣 珑 珑 珑 桫HzsTs
鼢 鼢 鼢 鼢 as =
J0a
骣HTa 桫za
aa
w0a w0H zsTs2sH zaTa2a
zs、 HT、 s s— 标准地貌的 梯测 度定 风高 高度 度 指 、 、 数
各类结构体型及其体型系数 房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用； ❖ 房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可参考有关资料采用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，宜由风
洞试验确定； 对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
风载体型系数s 【例1】 封闭式双坡屋面
（∵风的短周期接近结构自振周期）
重点2：顺风向结构风作用
一、顺风向平均风效应
1、风载体型系数（s）
气流未被房屋干扰前的流速v0，压力p0 房屋表面某点的流速v，压力p
伯努里方程：
p0+v02/2= p+v2/2
w = p - p0 = (1-v2/v02) v02/2 = sw0
s= 1-v2/v02 —风载体型系数，即风作用于建筑物上所引起的实际
压力（或吸力）与来流风的速度压的比值,w /w0= s。
主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关
描述建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律。
风载体型系数s一般采用相似原理，在边界层风洞内对拟建的建筑
物模型进行试验确定。 《规范》GB50009-2001表7.3.1给出了38项不同类型的建筑物和
平 均 风 速 v — 长 周 期 成 分 ， 周 期 一 般 在 1 0 m i n 以 上
脉动风速vf —短周期成分，周期一般只有几秒钟
顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应 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
1、风压与风速的关系
流向
高压气幕
建筑物
小股气流
气流原先的压力强度为Wb
1 rn2 + P= C 2
压力线
w=
wb -
wm =
1 rv2 = 2
v2 g
2g
2、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
地貌（地面粗糙度）
空旷平坦地貌
高度
10米高为标准高度
公称风速时距
=10min
公 称 风 速 v 0 1 v td, 即 t一 定 时 间 间 隔 内 的 平 均 风 速 o
最大风速的样本时间
一年
τ=10min
基本风速的重现期T0
基本风速出现一次所需要的时间
1小时，6个样本 1天，144个样本
最大风速 --随年平均最大风速 基本风速
年最大风速
结构的风效应 ~ 由风力产生的结构位移、速度、加速度响应、扭转响应
二、顺风向平均风与脉动风
顺风向风速时程曲线
v(t)
vf
v
t
1.长周期部分（10min以上的平均风压）常称为稳定风， 由于该周期远大于一般建筑物的自振周期，因而其作用性 质相当于静力，称为静力作用，该作用将使建筑物发生侧 移。
2.短周期部分（只有几秒钟左右），常称脉动风。它的强 度随时间按随机规律变化，其作用性质是动力的，它引起 结构的振动（位移、速度和加速度），使结构在平均侧移 的附近左右摇摆。
150 300 600 s -0.6 0 +0.8
注：中间值按插入法计算
s +0.8
-0.5 -0.5
-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
？ 当建筑群，尤其是高层建筑群，房屋相互间距较近时，由于旋涡的相 互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，设计时应予以考虑。
我国规范地面粗糙度分类：
A类极糙度：在近海海面、海岛、海岸及沙漠地区，地面空旷 ，空气流动几乎无阻挡物 B类粗糙度：田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇 和城市的郊区 C类粗糙度：有密集建筑物的大城市市区 D类粗糙度：有密集建筑物，且房屋较高的城市市区
（3）不同时距的换算 （4）不同重现期的换算
年最大风速概率密度分布
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）
GB50009-2001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。
3、非标准条件下的风速或风压的换算
（1）非标准高度换算
在大气边界层中，越接近于地面，风速越小，只有在 300-500m以上高度的风速，才不受地面粗糙度影响可以自 由流动（即所谓梯度风速）。
第三章 风荷载
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。
任务一 风压计算
重点：1.基本风压概念 2.风压的换算
难点： 风压的换算过程
wk zszw0
任务一：风 压
za、 HT、 a a— 任意地貌的 梯测 度定 风高 高度 度 指 、 、 数
地貌 α HT(m)
不同地貌的α及HT值
海面 空旷平坦地面 0.1-0.13 0.13-0.18 275-325 325-375
表4-4
城市 0.18-0.28 375-425
大城市中心 0.28-0.44 425-500
思考
1.计算开封市市中心标准风压 2.郑开大道森林半岛30米处的风压
任务二—— 结构抗风计算
重点 1、结构抗风计算的几个重要概念 顺风向结构风作用
难点：横风向结构风效应
重点1:结构抗风计算的几个重要概念
一、结构的风力和风效应 PL
截面
风速
B
PM
PD
流经任意截面物体所产生的力
结构上的风力 顺风向力→PD 、 横风向力→ PL 、扭力矩→ PM
采用不同国家规范做研究
(3)风压高度变化系数 目的：我国规范用风压高度变化系数μz综合考虑
不同高度和不同地貌情况的影响。
风压高度变化系数
z
wa (z) w0
地貌换算
w0a w0H zsTs2sH zaTa2a
高度换算
wa (z) w
0a
z zs
2a
z(z)H zsTs2sH za Ta2azzs2a