2水平荷载与结构计算简化原则

风压作用方向都与作用表面垂直。
风 压 分 布
其中图(a)是风压分布平面图，表明当空气流经建筑物时，在迎风面产生压力，在背风面产生吸力，在侧 风面也产生吸力； 图(b)、(c)是房屋表面风压分布系数，表明沿房屋表面风压值并不均匀，该系数是指表面风压值与基本 风压值的比值，正值为压力，负值为吸力。
规范表7.3.1给出了一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个表面的平均风压系数，称为风载体型系数。 荷载规范还给出了其他各种情况下的风载体型系数。 因此，由公式（2－1）计其得到的单位面积上的风压值w是建筑物各个表面上在一定高度处的平均风压， 它垂直于该表面，正值是压力，负值是吸力。 规范表7.3.1（部分）
总体风荷载与局部风荷载
设计时应分别计算风载对建筑物的总体效应及局部效应。总体效应是指作用在建筑物上的全部风荷载 使结构产生的内力及位移。局部效应是指风载对建筑物某个局部产业的内力及变形。
1 总风荷载
计算总体效应时，要用建筑物承受的总风荷载，它是各个表面承受风力的合力，并且是沿高度变化 的分布荷载。总风荷载可按下式计算：
1 2 0 v 2
1.25kg / m2
v 1600
南方气温高，空气密度 小，为163？； 北方气温低，空气密度 大，为158？
2
基本风压值w0
我国现行《建筑结构荷载规范》GB50009—2001给出了各地区、各城市的基本风压值 w0，它是取该地区（城市）空旷平坦地面上离地10m处、重现期为50年的10分钟平均 最大风速作为计算基本风压值的依据。对于山区或海岛等特殊地形处，可用一些系数 来调整基本风压值。
1. 环太平洋地震带：即太平洋的周边地区，包括南美洲的智利、秘鲁，北美洲的危地马拉、墨西哥、美 国等国家的西海岸，阿留申群岛、千岛群岛、日本列岛、琉球群岛以及菲律宾、印度尼西亚和新西兰等 国家和地区。这个地震带是地震活动最强烈的地带，全球约80%的地震都发生在这里。
2. 欧亚地震带：该带从欧洲地中海经希腊、土耳其、中国的西藏延伸到太平洋及阿尔卑斯山，也称地中 海－喜马拉雅地震带。这个带全长两万多公里，跨欧、亚、非三大洲，占全球地震的15%。 3. 海岭地震带：分布在太平洋、大西洋、印度洋中的海岭（海底山脉）。 用地震仪测出的地震，每年全球约50万次，其中有感地震10万次，造成破坏的1000次，而7级以上，足以 造成巨大灾害的有十几次。
ws 2 z z w0
（kN/m2）
地震作用
一、特点 地震时地震波产生地面运动， 使结构产生震动，称为结构地 震反应。包括加速度，速度与 位移反应。地震波可使产生竖 向与水平振动，一般对房屋的 破坏主要由水平振动引起。设 计中应该主要考虑水平作用。 只有在震中附近高烈度区，才 考虑竖向地震作用。
地震动三要素： 1、强度：反应地震波的幅值，烈度大， 强度大。 2、频谱：反应地震波波形，1962年墨 西哥地震时，墨西哥市a=0.05g ，但由 于地震卓越周期与结构接近，从而破坏 严重。
3、持时：反应地震波的持续时间，短 则对建筑物影响不大。
地震动影响因素：
1、震源 2、深度 3、震中距 4、土壤性质：地震波在传播过程中高频部分易被吸收，软土中更是如此。故震中附近或在岩石等坚硬土 中，卓越周期在0.1～0.3s左右。离震中较远或冲积土等软土中，卓越周期在1.5～2s左右，对高层建筑不利 5、建筑物本身，包括自振周期、振型与阻尼，与刚度、质量有关。刚度大、质量大，则周期短，作用力 大；刚度小、质量小，周期长，位移大。当地震波卓越周期与建筑物自振周期相近时，引起类共振，反 映剧烈。
对主要承重结构 对维护结构
wk z z s w0
（kN/m2） （2.1）
wk gz z s w0
（kN/m2）
式中， w——基本风压值，单位是kN/m2； μs——风荷载体型系数；
μz——风压高度变化系数； βz——z高度处的风振系数。
基本风压值w0
基本风压值w0与风速大小有关。一般以v2/1600计算风压值，v是风速（m/s）。
w z z w0 ( s1B1 cos1 s 2B2 cos 2 sn Bn cos n )
式中，
（kN/m）
n——建筑物外围表面积数（每一个平面作为一个表面积）；
B1、B2、… 、Bn——n个表面的宽度；
μ
s1、μ s2、…
、μ
sn——n个表面的风荷载体型系数；
z B 1 tg (1 ) 2.5H
2
当tg 0.3, 取tg 0.3
对山峰取3.2, 对山坡取 1.4
塔 科 马 大 桥 倒 塌 事 故
山西大同悬空寺
在中国众多的寺庙中，山西恒山的悬空寺称得 上是奇妙的建筑。一般寺庙都建在平地上，但 这座悬空寺却是名副其实，建在悬崖峭壁上， 悬在半空之中。其设计思想真绝，其建筑艺术 真高。 悬空寺是在悬崖上凿洞，插入木梁，寺的一 部分建筑就架在这一根根木梁之上，另一部分 则利用突出的岩石作为它的基础。游人在远处 见不到这些木梁，却见到不少细木斜顶住寺的 底层。游人会想：这些颤颤悠悠的木柱能顶得 住这样一座寺庙吗？当人们仔细观察，发现承 受重量的除了木柱外，还有那些插入岩石的巨 大木梁后，对古代匠师的智慧，不得不由衷地 发出感叹和敬佩了。悬空寺始建于北魏后期， 距今约1400年。历代都重修，但原来的结构都 没有改变。 前人介绍悬空寺，概括为：“面对恒山，背 倚翠屏；上载危岩，下临深谷；凿石为基，就 岩起屋；结构惊险，造型奇特。” 在寺的栈道石壁上，刻有“公输天巧”四个 大字，赞赏悬空寺的建造技艺。当地有一句形 容此寺 惊险的民谣：“悬空寺，半山高，三 根马尾空中吊。”
在迎风面以及房屋侧面宽度为1/6墙面宽度的角隅部分，要 验算外墙围护结构强度及连接强度。迎风面体型系数用1.5，侧 面体型系数用－1.5。因此单位面积上风载为
wi 1.5 z z w0
（kN/m2）
wc 1.5 z z w0 （kN/m2）
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的风载ws。当ws超过自重时，悬挑构件会 出现反向弯短。局部向上体型系数用2，即
风
荷
载
空气流动形成的风遇到障碍物（建筑物）时，就在建筑物表面产生压力或吸力，这种风力作用称 为风荷载。 风的作用是不规则的，风压随着风速、风向的紊乱变化而不停地改变。实际上，风荷载是随时间 而波动的动力荷载，但房屋设计中把它看成静荷载。在高度较大的建筑中要考虑动力效应影响，适当 加大风荷载数值。 作用在建筑物表面单位间积上的风荷载标准值wk 可按下式决定：
但不得小于0.3kN/m2。 基本风压应按规范附录D.4 中附表D.4 给出的50 年一遇风压采用，
对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风 压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。
风压高度变化系数μ
z
在10m以上，随着高度增加，风速加快，风压值也就加大。荷载规范 给山了风压高度变化系数，用以修正基本风压值。风压高度变化系数 《建筑结构荷载规范》GB50009—2001表7.2.1。 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度 类别按表7.2.1 确定。 地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类： A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；
α 1、α 2、… 、α n——n个表面法线与风作用方向的夹角。
要注意区别是风压力还是风吸力，以便作矢量相加。 各表面风荷载的合力作用点，即为总风荷载的作用点。
2、局部风荷载
实际上风压在建筑物表面上是不均匀的，在某些风压较大的部位，要考虑局部风载对某些构件的 不利作用。此时，采用局部增大体型系数。
验算阶段—— 用罕遇地震作用计算所设计结构的弹塑性侧移变形，如层间位移超过 允许值，应重新设计，直至满足大震不倒的要求为止。
三大地震带
据全球构造板块学说，地壳被一些构造活动带分割为彼此相对运动的板块， 板块当中有的块大，有的块 小。大的板块有六个，它们是：太平洋板块、亚欧板块、非洲板块、美洲板块、印度洋板块和南极板块。 全球大部分地震发生在大板块的边界上，一部分发生在板块内部的活动断裂上。 经科学家研究，全球主要地震活动带有三个：
f 0.5 351.8 ( 0.16)(
其中 α——地面粗糙度指数，对A、B、C、 D四类地貌，分别取0.12、0.16、0.22和0.30； k——地面粗糙度调整指数，对于A、 B、C、D四类地貌，分别取0.92、0.89、 0.85和0.80。
z ) 10 0.12 z A gz 0.92 0.712 10 0.16 z B gz 0.89 0.890 10 0.22 z C gz 0.85 1.248 10 0.30 z D gz 0.80 2.001 10
阵风系数 β
gz
对围护结构，阵风系数βgz是与风振系数相似的一个系数，它根据最大脉动风压与平 均风压的比值确定。《建筑结构荷载规范》GB50009—2001规定计算。 计算围护结构风荷载时所采用的阵风系数是参考国外规范的取值水平，按照下式计 算确定：
βgz＝k（1+2μf）
式中μ f——脉动系数，
高 层 建 筑 体 型 系 数 μ s
风振系数 β
z
风的作用是不规则的，风压随着风速、风向的紊乱变化而不停地改变。通常可把风比作用的平均值看成 稳定风压。实际风压在平均风压的上下波动。平均风压使建筑物产生一定侧移，而波动风压会使建筑物 在平均侧移附近左右摇摆。 波动风压对建筑产生的动力效应与建筑物高度和刚度有关。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β z。
第二章 水平荷载与结构计算简化原则