第4章 风荷载
[工学]高层建筑设计第4章 设计要求及荷载效应组合
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马那瓜美洲银行大楼动力分析
表4-4 结构确定抗震等级时的烈度表
建筑类别
丙类
甲、乙类
设防烈度
6度 7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度
确定抗震等级 Ⅰ类场地 6 6 7 8 6 7 8 9 时考虑的烈度 Ⅱ～Ⅳ类场地 6 7 8 9 7 8 9 9*
图4-4
（d）
图4-5
图4-5
图4-6
4.5.2 抗倾覆问题
(1)控制高宽比
(2)基底零应力区满足一定要求时不需要进行抗倾 覆验算(pp77) 。
4.6 抗震结构延性要求和抗震等级
4.6.1 延性结构的概念
(1)延性的概念
延性——结构(截面)能维持承载能力而又具有较大的 塑性变形的能力。如图4-2：
截面开始屈服 —— My、 y、fy、 y 截面破坏 —— Mu、 u、fu、 u
γL——考虑结构使用年限的荷载调整系数。50年时取1.0 ；100年时取1.1
2、有地震作用组合： SE= γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk
注：抗震设计时，应同时考虑无地震作用组合和有地震作用 组合。
4.1.2 竖向活荷载的布置
1、恒载布置——全部作用在结构上。
2、活载布置 高层民用建筑一般满布计算内力(图4-4(d))，为了安 全起见，可以把框架梁的弯矩乘以1.1~1.2的放大系数. 在贮藏、书库或其他有很重使用荷载(q>4kN／m2)的 结构中，应考虑最不利荷载布置(图4-4(a)、(b)、 (c)) 。
(2)跨中截面——最大正弯矩。
2、柱
控制截面为上、下两个端截面，柱子多设计成 对称配筋。要考虑下述四种可能组合：
|M|max及相应的N； Nmax及相应的M； Nmin及相应的M。 |M|比较大（不是绝对最大），但N比较小或N比较大 （不是绝对最小或绝对最大）。 柱子还要组合最大剪力Vmax。
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
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
第4章思考题答案xm-syj-2012混凝土设计原理 邵永健
思考题答案4.1荷载作用下，受弯构件可能发生哪两种破坏形式？答：荷载作用下，受弯构件可能发生两种破坏形式：一种是沿弯矩最大截面的破坏，由于破坏截面与构件的轴线垂直，故称为受弯构件的正截面破坏。
另一种是沿剪力最大截面或剪力和弯矩都较大截面的破坏，由于破坏截面与构件的轴线斜交，故称为受弯构件的斜截面破坏。
4.2 为什么要规定梁中纵向钢筋的净间距？梁中纵向钢筋的净间距具体有哪些规定？答：规定梁中纵向钢筋的净间距是为了便于浇注混凝土，保证钢筋周围混凝土的密实性，以及保证钢筋与混凝土粘结在一起共同工作。
具体规定有：梁上部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于30mm和1.5d（d为钢筋的最大直径）；下部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。
梁的下部纵向钢筋配置多于两层时，两层以上钢筋水平方向的中距应比下面两层的中距增大一倍。
各层钢筋之间的净间距不应小于25mm和d。
4.3 什么是混凝土保护层厚度？为什么要规定混凝土保护层厚度？混凝土保护层厚度的取值与哪些因素有关？答：结构构件中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的垂直距离，称为混凝土保护层厚度。
为保证结构的耐久性、耐火性和钢筋与混凝土的粘结性能，须对混凝土保护层厚度进行规定。
混凝土保护层厚度的取值与构件类型、混凝土强度等级、环境类别设计使用年限和钢筋直径有关。
4.4 板中分布钢筋的概念与作用。
答：分布钢筋是指垂直于板的受力钢筋方向上布置的构造钢筋。
分布钢筋的作用是：与受力钢筋绑扎或焊接在一起形成钢筋骨架，固定受力钢筋的位置；将板面的荷载更均匀地传递给受力钢筋；以及抵抗温度应力和混凝土收缩应力等。
4.5 适筋梁从开始受荷到破坏需经历哪几个受力阶段？各阶段的主要受力特征是什么？答：适筋梁从开始受荷到破坏需经历未开裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。
未开裂阶段的主要受力特征是构件没有裂缝，钢筋应力小，混凝土基本处于弹性阶段，荷载－挠度关系基本为线性。
带裂缝工作阶段的主要受力特征是构件已有裂缝，但裂缝宽度和挠度尚不明显，钢筋应力小于屈服强度，裂缝截面处受拉区混凝土已大部分退出工作，受压区混凝土的应力已呈曲线分布，荷载－挠度已呈曲线关系。
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
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。
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)
第四章设计要求及荷载效应组合共59页文档
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
大部分钢结构计算需要考虑P-△效应。
《高钢规》5.2.10条 高层建筑钢结构同时符合下列条件
时，可不验算结构的整体稳定。
一、结构各层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要
求：
Nm m 1 N pm 80
式中，λm—楼层柱的平均长细比； Nm—楼层柱的平均轴压力设计值； Npm—楼层柱的平均全塑性轴压力；
钢结构
除框架结构外的转 换层
各种结构类型
1/120 1/50
4.2 侧移限制
4.2.2 防止倒塌层间位移限制
对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高10%；当柱子全 高的箍筋构造采用比本规程中框架柱最小配箍特征值大30% 时，可提高20%，但累计提高不宜超过25%。
4.3 舒适度要求
高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条 件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规 范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向 结构顶点最大加速度不应超过表4-4的值。必要时，可通过 专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大 加速度 a m a x。
Npm fyAm
fy—钢材屈服强度； Am—柱截面面积的平均值。
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
二、结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层相对侧移值， 满足下列公式要求：
u 0.12 Fh
h
Fv
式中，Δu—按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移； h—楼层层高； ∑Fh—计算楼层以上全部水平作用之和； ∑Fv—计算楼层以上全部竖向作用之和；
式中，E J d 为结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒 三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧
第3,4章 高层建筑荷载
建筑物的抗震设防类别
建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙 类、丙类和丁类四个抗震设防类别。 甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发 生严重次生灾害的建筑， 乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需 尽快恢复的建筑， 丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建 筑， 丁类建筑应属于抗震次要建筑。
局部风荷载：用于计算局部构件或围护构件或
维护构件与主体的连接。 对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的 上浮力，取μs>=-2.0。 对封闭式建筑，按外表面风压的正、负情况取2.0或+2.0。
3.1.3风洞试验
（JGJ3-2002)规定：有下列情况之一的建筑物， 宜按风洞试验确定风荷载。 1 高度大于200m 2高度大于150m，且平面性状不规则、立面形 状复杂，或立面开洞、连体建筑等 3 规范或规程中没有给出风载体形系数的建筑 物 4 周围地形和环境复杂的建筑物
3.2.3抗震计算理论
计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法 （拟静力法）和时程分析法（直接动力法）。
反应谱理论
反应谱：单质点弹性体系在一定的地面 运动作用下，其最大反应（加速度、速 度和位移反应）与体系自振周期之间的 变化曲线（谱曲线）。
• 直接动力理论
用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算 并输出结构随时间而变化的地震反应。 • 地震波的选取： 采用弹塑性动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符合以下 要求：
第3章 高层建筑荷载
教学提示：本章主要介绍了高层建筑风荷载
的计算；抗震设防的准则和基本设计方 法，水平地震作用的计算方法（主要是 反应谱法）与竖向地震作用的计算方法。 教学要求：熟练掌握风荷载的计算方法，以 及用反应谱方法计算水平地震作用的方 法，理解抗震设防的准则和基本设计方 法，理解反应谱理论。
第4章_结构上的作用和作用效应1
(1)基准期 T 时间域内可划分为 r个相等的时段，即 T/r
(2)在任一时段内，荷载出现的概率为 p，荷载不出现的概率 为 q 1 p 。
(3)在任一时段内，荷载出现时，其幅值为非负随机变量，其 概率分布函数为任意时点荷载概率分布，各不同时段上的 幅值随机变量相互独立且服从相同分布。
F Q (x)P [Q (t)≤ x,t ]
《荷载规范》给出了四种荷载代表值：
标准值、组合值、频遇值和准永久值
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4.4 荷载的代表值
4.4.1 基本概念
荷载代表值—设计中用以验证极限状态所采用的荷载值，包 括标准值、组合值、频遇值和准永久值。
荷载设计值—设计中用于确定结构抗力所直接采用的荷载值。
– 荷载设计值 Q d 可以通过荷载分项系数 Q 乘以荷载代表值 Q r 获得。
第四章 结构上的作用和作用效应
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第四章 结构上的作用和作用效应
主要内容
4.1 荷载和作用 4.2 荷载的随机概率模型 4.3 荷载的统计分析 4.4 荷载的代表值 4.5 荷载效应组合方法
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第四章 结构上的作用和作用效应
4.1 荷载和作用
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4.1 荷载与作用
4.1.1 作用的定义与分类
WY 0.455Wk WY 0.214Wk 不考虑风向
FW Y(x)exp expx 0.0 1.5312W 3W k k
WY 0.410Wk WY 0.193Wk
考虑风向
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4.3 荷载的统计分析
2. 雪荷载
FSY(x)exp expx 0.0 1.9294S40Sk0k S ( t )
FQ (x)P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0} P{Q(t)0}P{Q(t)x,t|Q(t)0}
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型请举例说明哪些是直接作用哪些是间接作用①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应是不是只有直接作用才能产生效应效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别成层土的自重应力如何计算土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。
3、何谓基本雪压影响基本雪压的主要因素有哪些基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
工程结构荷载复习题
1作用随时间变化可分为(永久作用、可变作用、偶然作用）：按空间位置变异分为（固定作用、自由作用）；按结构反应分类分为(静态作用、动态作用)2造成屋面积雪与地面积雪不同的主要原因是(风的漂积作用、屋面形式、屋面散热)等3在公路桥梁设计中人群荷载一般取值（3KN/㎡)市郊行人密集区域一般取值为（3.5KN/㎡）4土压力可以分为（静止土压力、主动土压力、被动土压力)5一般图的侧向压力计算采用（郎肯土压力理论）和（库仑土压力理论)6波浪按波发生的位置不同可分为（表面波、内波)7根据冻土存在时间可将其分为(多年冻土、季节冻土、瞬时冻土）8冻土的基本成分有四种（固态土颗粒、冰、液态水、气体和水汽）9冻土是一种复杂的(多相天然复合体）结构构造也是一种非均质（各向异性)的多空介质。
10土体产生冻胀的三要素是（水分、土质、负温度）11冻土的冻胀力可分为（切向冻胀力、法向冻胀力、水平冻胀力）12水平向冻胀力根据它的形成条件和作用特点可以分为(对称和非对称)13根据风对地面或海面物体的影响程度，常将风分为(13 ）等级14我国荷载规定以（10m）高为标准高度，并定义（标准高度处的最大风速）为基本风速15基本风压是根据(规定的高度），规定的地貌，规定的时距，规定的样本时间确定最大风速的概率分布，按规定的（重现期）确定的基本风速，然后根据风速与风压的关系所定义的。
16山风力产生的（结构位移、速度、加速度）响应称为结构风效应17（脉动风）是引起结构振动的主要原因18在地面粗糙度大的上空，平均风速小，脉动风的幅度大,且频率高19脉动风速的均方差也可根据其（功率谱密度函数的积分）得20横向风可能会产生很大的动力效应，即（风振）21横向风振是由不稳定的空气动力特征形成的，它与（结构截面形状及雷诺数)有关22在空气流动中,对流体质点要作用的是两种力（惯性力、粘性力）23根据气流涡旋脱落的三段现象，工程上将筒式结构分三个临界范围，即(亚临界范围，超临界范围，跨临界范围)24地震按产生的原因，可以分为（火山地震陷落地震构造地震）25由于地下空洞突然塌陷而引起的地震叫（陷落地震）而由于地质构造运动而引起的地震则称为（构造地震）26(地幔的热对流）是引起地震的主要原因。
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。
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小股气流wb
wm
压力线
建筑物
w1dA
dl
(w1+dw1)dA 风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
4-26
4.2.1 风压与风速的关系
w1dA
dl
(w1+dw1)dA
γ/2g值各地不同： 东南沿海：约1/1750； 内陆：海拔500m以下约1/1600；3500m以上约1/2600
4-45
平均风——静力风效应 脉动风——动力风效应 地面粗糙度的影响：地面越粗糙，v越小，vf的幅值越大且频 率越高。
脉动风的特性： ① 幅值特性 为一随机过程 [ vf (t),t∈T ] 幅值服从正态分布 σv ：脉动风速的均方差
vfi ：vf 的一条时程记录曲线
4-46
②频率特性 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
静、烟直上
烟能表示方向，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
<1
1~5
２
３ ４
轻风
微风 和风
0.2
0.6 1.0
0.3
1.0 1.5
6~11
12~19
4~6
7~10 11~16
1.6~3.3
3.4~5.4 5.5~7.9
能吹起地面灰尘和纸张， 20~28 树的小枝摇动
风对构筑物的破坏
对房屋建筑结构的破坏
桥梁结构的破坏 对输电系统等生命线工程的破坏 对广告牌、标语牌等的破坏 对港口设施的破坏 对海洋工程结构的破坏
风对构筑物的破坏
被飓风卡特里娜严重损 坏的新奥尔良多层建筑
风对构筑物的破坏 (风灾前后)
窗户被飓风卡特里娜严重 损坏的新奥尔良凯悦酒店
8月30日美国新奥尔良飓风袭击 80%的土地被淹，死 亡上千人，2000亿美金的重建费用
飓风威尔玛 (古巴,2005.10)
古巴首都哈瓦那海滨大街
2005.10.24飓风“威尔玛” 掀起巨浪，越过堤岸，拍 打着楼房
台风圣帕引起巨浪
(福建、浙江2007.8)
飓风丽塔袭击美国
(2005.9)
风对构筑物的破坏
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
17.2~ 20.7
20.8~ 24.4 24.5~ 28.4 28.5~ 32.6 32.7~ 36.9
4-7
11
12
暴风
飓风
11.5
14
4-27
4.2.2 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。
标准地貌
标准高度 平均风速的时距
基本风速 或基本风压
最大风速 的重现期
最大风速的样本
4-28
• 基本风压应符合五个规定：
1 标准高度的规定：一般取为10 m 2 地貌的规定：空旷平坦 3 公称风速的时距
风对构筑物的破坏
台风约克造 成的香港湾 仔数幢大厦 玻璃幕墙损 坏情况
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
遭受风灾的江苏某体育场
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
4.2 风压
• 风压的定义：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。
0.30
0.40 0.25 0.30 0.25
0.50
0.55 0.40 0.45 0.40
0.60
0.60 0.45 0.50 0.45
无锡市
杭州市
6.7
41.7
0.30
0.30
0.45
0.45
0.50
0.50
宁波市
合肥市
4.2
27.9
0.30
0.25
0.50
0.35
0.60
0.40
4.2.3 非标准条件下的风速或风压的换算
16.0
—
汽船遇之极危险
海浪滔天
103~ 56~63 117 118~ 133 64~71
台风云娜 (浙江,2004.8)
台风云娜登陆时卫星云图
4-8
飓风伊万(美国,2004.9)
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）
4-9
飓风卡特里娜 (美国新奥尔良,2005.8)
式中
v0：公称风速； v(t)：瞬时风速； τ：时距。 10 min~1 h的平均风速基本稳定，我国取τ=10 min。
4-29
4 最大风速的样本时间
风有它的自然周期，每年季节性的重复一次。 一般取一年为统计最大风速的样本时间。
5 基本风速(最大风速)的重现期 1 设重现期为 T0 年，则 T 为超过设计最大风速的概率，因为不超过 该设计最大风速的概率或保证率 P 0 为： 1 P 1 0 T0
1.非标准高度换算 实测表明,平均风速沿高度呈幂指数函数变化,即：
任一点的高度 任一点的平均风速 与地貌或地面粗糙度有关的指数
∴
基本风压标准高度（10m） 基本风速(标准高度处的平均风速)
因此
4-35
2.非标准地貌的换算
梯度风：不受地表影响，能够在气压梯度作用下自由流动的风。 梯度风高度HT与地面的粗糙程度有关,一般为300~550m,地面越粗糙，HT越大。
空旷平坦地面
350
350 300 250 200 150 100 50
梯度风速(%)
海面
300 250 200 150 100 50 0
0 0 20 40 60 80 100
0
0 20 40 60 80 100
0
0
20
40
60
80 100
0
20
ห้องสมุดไป่ตู้40
60
80 100
4-36
从图中可知，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
1.20
0.5 min
1.26
20 s
1.28
10 s
1.35
5s
1.39
瞬时
1.50
4.不同重现期的换算
不同重现期风压与50年重现期风压的比值
重现期T0 (年) μr
100
1.114
50
1.00
30
0.916
20
0.849
10
0.734
5
0.619
3
0.535
1
0.353
0.5
0.239
4-43
4.3 结构抗风计算的几个重要概念
0.12 300
5
0.15 350
10
0.22 450
15
0.30 550
30
梯度风高度 HT (m)
截断高度 z0 (m)
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、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区 （标准地貌）； C类——密集建筑群城市市区； D类——密集建筑群且房屋较高的城市市区。 考虑到近地面风速的不确定性较高，规范还分别规定了这四类地貌 的截断高度，截断高度以下的风速、风压取截断高度处的相应值。
按照上述条件,根据全国各地气象台统计数据,用下式计算
2 v0 w0 1600
全国基本风压分布图
风荷载(可变荷载)：基本风压
城市 北京市 海拔高度(m) 54.0 基本风压(kN/m2) R=10 0.30 R=50 0.45 R=100 0.50
天津市
上海市 重庆市 济南市 南京市
3.3
2.8 259.1 51.6 8.9
强风
疾风 大风 烈风 狂风
3.0
4.0 5.5 7.0 9.0
4.0
5.5 7.5 10.0 12.5
39~49
50~61 62~74 75~88 89~102
22~27
28~33 30~40 41~47 48~55
10.8~ 13.8 13.9~ 17.1
近港渔船皆停留 不出
汽船航行困难 汽船返航颇危险
Davenport水平脉动风速功率谱密度
4-47
风荷载概述
当风以一定速度吹向建筑物时，建筑物将对其产生阻塞和扰 动作用，从而改变该建筑物周围风的流动特性。反过来，风 的这种流动特性改变引起的空气动力效应将对结构产生作用。
由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这种作用包含了静 力作用和动力作用两个方面，使结构产生相应的静力和动力 响应。
第4章 风荷载
本章主要内容
4.1 风的有关知识 4.2 风压 4.3 结构抗风计算的几个重要概念 4.4 顺风向结构风效应 4.5 横风向结构风效应
2
4.1 风的有关知识
4.1.1 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。
由于地球自传和地球表 面大陆与海洋吸热存在 差异，大气环流复杂些
地貌 海面 0.1~0.13 275~325 空旷平坦地面 0.13~0.18 325~375 城市 0.18~0.28 375~450 大城市中心 0.28~0.44 425~550
α
HT(m)
4-37
我国各类地貌的a及HT值 建筑结构荷载规范 (GB50009-2012)
地貌 地面粗糙度指数a A B C D
风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引起高层建 筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承重桥梁、大跨 度屋顶或屋盖、灯柱等许多柔性结构的振动，产生动力荷载， 甚至引起破坏。