第4章风荷载

在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
w v2 0.012018 v2 v2 (kN/m2 )
2g
2 9.80 1630
在不同的地理位置，大气条件是不同的， γ和 g值也不相 同。资料缺乏时，空气密度可假设海拔高度为0m，取 ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度 g不仅随高度变化，而且与纬度有 关；空气重度 γ是气压、气温和温度的函数，因此，各地的γ /g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、 测量高度进行统一规定。
(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。
3. 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。不同重现期风速或 风压之间的换算系数可按表4.3取值。
P 1 1
0
T
0
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）
根据统一规定，《建筑结构荷载规范》给出了全国各城 市50年一遇的风压值。当城市或建设地区的基本风压值在表 中未列出时，也可按《建筑结构荷载规范》中全国基本风压 分布图查得。在进行桥梁结构设计时，可按《公路桥涵设计 通用规范》中全国基本风压分布图查得基本风压值。
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
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
❖ 从国际空间站拍摄的飓风伊万云图 ❖最高风速214 km/h（59.4m/s）
飓风伊万在美国已造成45人死亡，其中16人 在佛罗里达。
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：
w 1 v2 v2
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)。
B
[1
tan (1
z 2.5H
)]2
式中，α——山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，当 tanα > 0.3时，取tanα =0.3；
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。
表4.1 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
本章内容
§4.1 基本风速和基本风压 §4.2 风压高度变化系数 §4.3 风荷载体型系数 §4.4 顺风向风振 §4.5 横风向风振 §4.6 桥梁风荷载
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。
压力差
风
大气热力学环流模型
结构物 风压
理想模型
地球自转 大陆与海洋吸热差异
三圈环流模型
2.不同时距换算 时距不同，所求得的平均风速也不同。有时天气变化剧
烈，气象台站瞬时风速记录时距小于10min，因此在某些情 况下需要进行不同时距之间的平均风速换算。实测结果表明， 各种不同时距间平均风速的比值受到多种因素影响，具有很 大的变异性。不同时距与10min时距风速换算系数可近似按 表4.2取值。
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。
表4.2 不同时距与10 min时距风速换算系数
实测风速时距 60min 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时
时距换算系数 0.940 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 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：
表4.3 不同重现期与重现期为50年的基本风压换算系数
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重现期/年 重现期换算系数
100
60
50
40
30
20
10
5
1.10 1.03 1.00 0.97 0.93 0.87
0.77
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：
§4.1 基本风速和基本风压
4.1.1 基本风速
最大风速 的概率分布 或概率密度 曲线（线型）
标准高度
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：