第三讲：风荷载(8课时)
风荷载上课讲解学习
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
《荷载与结构计算方法》第三讲
其值分别为（迎风面的风压力）
q1和q2（背风面的风吸
力），风压高度变化系数μ z按柱顶标高取值，其中： 作用于柱顶以上的风荷载，通过屋架以集中力Fw形式施 加于排架柱顶，（其值为屋架高度范围内的外墙迎风面、
q wk B
背风面的风荷载及坡屋面上风荷载的水平分力的总和）。
排架风荷载计算
FW
基本公式 w k s z w0 , q wk B (1)风 压 高 度 变 化 系 数 柱高： h1 10.5 0.3 10.8m , z 1 1
第四节 顺风向结构风荷载效应计算
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、风荷载计算基本公式： 1、平均风下结构的静力风载
dldd考虑顺风向动力作用效应脉动效应与横风向动力作用效应风振效应的最大值不一定在同一时刻发生采用平方和开方近似估算总的风动力效应结构总风效应结构顺风向静力效应结构顺风向脉动效应结构横风向风振效应101500101500101500风压高度变化系数基本公式101500101500101500风压高度变化系数基本公式二结构横向风力和风效应1结构横向风力跨临界范围亚临界范围的结构横风向作用具有周期性结构横向风作用力p62468st斯脱罗哈数对圆形截面结构取02dldd考虑顺风向动力作用效应脉动效应与横风向动力作用效应风振效应的最大值不一定在同一时刻发生采用平方和开方近似估算总的风动力效应结构总风效应结构顺风向静力效应结构顺风向脉动效应结构横风向风振效应
风压高度变化系数z (z)=任意高度处的风压wa(z)/基本风压w0
风荷载取值课件
3。
1。
3 风荷载建筑物受到得风荷载作用大小,与建筑物所处得地理位置、建筑物得形状与高度等多种因素有关,具体计算按照《荷载规范》第７章执行。
1、风荷载标准值计算垂直于建筑物主体结构表面上得风荷载标准值W K,按照公式(3。
1-２)计算:βz—-高度Ｚ处得风振系数,主要就是考虑风作用得不规则性,按照《荷载规范》７、4要求取值。
多层建筑,建筑物高度＜30ｍ,风振系数近似取１、(1)风荷载体型系数µS风荷载体型系数,不但与建筑物得平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成得角度有关,而且还与建筑物得立面处理、周围建筑物得密集程度与高低等因素有关,一般按照《荷载规表3、1、10 建筑物体型系数取值表注1:当计算重要且复杂得建筑物、及需要更细致地进行风荷载作用计算得建筑物,风荷载体型系数可按照《高层规程》中附录A采用、或由风洞试验确定。
注4:当多栋或群集得建筑物相互间距离较近时,宜考虑风力相互干扰得群体作用效应。
一般可将单体建筑得体型系数乘以相互干扰增大系数,该系数可参考类似条件得试验资料确定,必要时宜通过风洞试验确定。
注3:檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件,计算局部上浮风荷载作用时,体型系数不宜小于２。
０、注4:验算表面围护结构及其连接得强度时,应按照《荷载规范》7。
3.3规定,采用局部风压力体型系数、(2)风压高度变化系数µz设置风压高度变化系数,主要就是考虑建筑物随着高度得增加风荷载得增大作用。
对于位于平坦或稍有起伏地形上得建筑物,其风压高度变化系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7.2要求选用,表3。
1。
1１中列出了常用风压高度变化系数得取值要求。
表 3.１、11 风压高度变化系数关于地面粗糙程度得分类:A 类:近海海面、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得乡镇与城市郊区; C 类:有密集建筑群得城市市区;D 类:有密集建筑群与且房屋较高得城市市区、(3)基本风压值W 0基本风压值W 0,单位k Ｎ/m 2,以当地比较空旷平坦场地上离地１0ｍ高、统计所得5０年一遇１０分钟平均最大风速为标准确定得风压值,各地得基本风压可按照《荷载规范》附录Ｄ中得全国基本风压分布图查用,表3、１、12为浙江省主要城镇基本风压取值参考表。
风荷载计算方法与步骤
风荷载计算方法与步骤 The document was finally revised on 20211 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值ωk （KN/m2）按下式计算：ωk =βz μs μz ω0风荷载标准值（kN/m 2）=风振系数×风荷载体形系数×风压高度变化系数×基本风压1.1.1 基本风压ω0按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的最大值确定的风速v 0(m/s)，再考虑相应的空气密度通过计算确定数值大小。
按公式 ω0=12ρv 02确定数值大小，但不得小于m 2，其中ρ的单位为t/m3，ω0单位为kN/m 2。
也可以用公式ω0=11600v 02计算基本风压的数值，也不得小于m2。
1.1.2 风压高度变化系数μZ风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以B 类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。
μZX=(H tB 10)2αB (10H tX )2αX (Z 10)2αXμZA =1.248(Z 10)0.24μZB =1.000(Z 10)0.30μZC =0.544(Z 10)0.44μZD =0.262(Z )0.601.1.3 风荷载体形系数μS1）单体风压体形系数（1）圆形平面μS =0.8；（2）正多边形及截角三角平面μS =0.8+√n，n 为多边形边数；（3）高宽比HB≤4的矩形、方形、十字形平面μS=1.3；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比HB>4的十字形、高宽比H B >4，长宽比LB≤1.5的矩形、鼓形平面μS=1.4；（5）未述事项详见相应规范。
风荷载
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）
空旷平坦地貌 高度
房屋建筑10米（桥梁工程20米）高为标准高度 公称风速时距
=10min
公称风速v0
1
v
o
t
dt,
即一定时间间隔内的平均风速
最大风速的样本时间： 一年
基本风速的重现期T0
基本风速出现一次所需要的时间(50年)
最大风速 --随机变量 p
面积 p0=1-1/T0
年平均最大风速 基本风速
第五节 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
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)
风压高度变化系数
离地面或海平
面高度（m） A
5
1.17
10
1.38
15
1.52
20
1.63
30
1.80
40
1.92
50
2.03
60
2.12
70
2.20
80
2.27
90
2.34
100
2.40
150
2.64
第三章 风荷载
第二十六页，共26页。
2.6.3 抗震结构延性要求和抗震等级
一、延性结构 1、结构的延性 延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力 不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力 的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性 变形能力的大小。 塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震 结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。
第二十一页，共26页。
第一阶段设计中，除要满足承载力及侧向位移限 制要求外，还要满足延性要求。延性要求通过采取一 系列抗震措施来实现。
在某些情况下，要求进行第二阶段验算，即罕 遇地震作用下的计算，以满足弹塑性层间变形的 限制要求，以防倒塌。
第十六页，共26页。
2.6.1 承载力验算 应保证结构在可能同时出现的各种外荷载
z
1 z z
第六页，共26页。
z ——振型系数，对于质量和刚度沿高度分布比较
均匀的弯剪型结构，可近似取z/H；
——脉动增大系数。
第七页，共26页。
第八页，共26页。
三、总体风荷载与局部风荷载
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生的 内力及变形。
1、总风荷载 为建筑物各个表面承受风力的合力，是沿
高度变化的线荷载。
z zz0 ( s 1 B 1 c1 o s 2 B 2 c s2 o .. s s . B n n . c .n ) o .
2、局部风载
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。
第九页，共26页。
第3章风荷载
第3章风荷载wind load1997年第11号台风近中心最大风速54m/s，远远超过12级风36.9m/s的风速，8级以上大风风圈半径5003.1 风的有关知识3.1.1风的形成由于地球表面各处的温度、气压变化，气流就会从压力高处向压力低处运动，把热量从热带向两极输送，因此形成不同方向的风，并伴随不同的气象变化。
台风Typhoon夏季，当东北风和西南风在热带海洋上交汇，就会形成一个小的漩涡，这个漩涡形成后，不断吸收热带地区海洋的大气热量，形成热带气旋。
它一边吸收水蒸气，一边飞速地旋转，强度也不断加强，形成热带风暴、强热带风暴乃至台风。
多个台风生成，台风一般生成在热带洋面上，它属于热带气旋的一个种类。
季风seasonal wind主要是因海陆间热力环流的季节变化。
夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋海向大陆，形成了与高空方向相反气流，构成了夏季的季风环流。
冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的风力等级风力等级名称海面大概的波高（米）海面和渔船征象陆上地物征象相当于平地十米高处的风速(米/秒)一般最高范围中数0无风--海面平静静、烟直上0.0-0.201软风0.10.1微波鱼磷状,没有浪花.一般渔船正好能使舵.烟能表示风向,树叶略有摇动。
0.3-1.512轻风0.20.3小波,波长尚短,但波形显著,波峰光亮但不破裂.人面感觉有风,树叶微响,旗子开始飘动。
1.6-3.323微风0.6 1.0小波加大,波峰开始破裂;浪沫光亮,有时有散见的白浪花树叶及小枝摇动不息,旗子展开,高的草摇动不息。
3.4-5.444和风 1.0 1.5小浪,波长变长;白浪成群出现.能吹起地面灰尘和纸张,树枝摇动,高的草呈波浪起伏5.5-7.975清劲风 2.0 2.5中浪,具有较显著的长波形状;许多白浪形成.有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波,高的草波浪起伏明显8.0-10.796强风 3.0 4.0轻度大浪开始形成,到处都有更大的白沫峰.有时有飞沫.大树枝摇动,电线呼呼有声,高的草不时倾伏于地.10.8-13.8127疾风 4.0 5.5轻度大浪,碎浪而成白浪沫沿风向呈条状全树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便.13.9-17.1168大风 5.57.5有中度的大浪,波长较长,波峰边缘开始破碎成飞沫片.可折毁小树枝,人迎风前行感觉阻力甚大.17.2-20.7199烈风7.010.0狂浪,沿风向白沫呈浓密的条带状,波峰开始翻滚.草房遭受破坏,屋瓦被掀起,大树枝可折断.20.8-24.42310狂风9.012.5狂涛,波峰长而翻卷;白沫成片出现,整个海面呈白色.树木可被吹倒,一般建造物遭破坏.24.5-28.42611暴风11.516.0异常狂涛,海面完全被白沫片所掩盖,波浪到处破成泡沫.大树可被吹倒,一般建造物遭严重破坏.28.5-32.63112飓风14.0-空中充满了白色的浪花和飞沫,海面完全变白.陆地少见,其摧毁力很大.>32.6333.2 风压(1)风压：气流遇到建筑物的阻碍产生压力气幕，即风压。
第三章 风荷载 PPT
➢ 二、顺风向风荷载标准值
垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算： 当计算主要承重结构时：P61
（3-25）
查表
1、风压高度变化系数 μz
风速会受到地面建筑物的摩擦而减小，风速随离地面高度增加而
增大，通常认为在离地面高度300m~550m时，风速不再受地面粗糙度
的影响，也即达到所谓“梯度风速”，该高度称之为梯度风高度HT 。
风压高度变化系数 μz的取值方法
表3-5 风压高度变化系数μz
表3-5 风压高度变化系数μz
由图可知： 1、大城市市区、城市市区、乡镇和郊区及开阔水面和沙漠的粗糙度依次减小。 2、地面越粗糙， 风速变化越慢，HT越大。 3、反之，地面越平坦， 风速变化越快，HT越小。 4开、阔一水般面大和城沙市漠市H区T为H3T为 00m55。0m；城市市区HT为450m；乡镇和城市郊区HT为350m；
3.2 风压
风压的定义：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，即风压。风速→风压
• 主要侧向荷载之一 风
• 水平风压（静力作用） 荷 • 振动效应（动力作用） 载
依据当地风速资料确定基本风压
测量高度 地貌环境
基本风速（抗风设计的基本数据）
➢ 一、风速与风压的关系（由流体力学中的伯努利方程得到）
(1)排架柱顶风荷载集中力Fw
屋盖迎风面：μs1=
查表3-7，项次2
迎
屋盖背风面： μs2=
(2)风压高度变化系数μz：查表3-5
z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊处距室外地面的距离；B 类， 取μz=1.0
一
榀
背
排
架
第三讲-荷载及结构计算简图
目 录
3.1 结构上的荷载 3.2 静力学基本知识
3.3 结构计算简图
3.1 结构上的荷载
3.1
结构上的荷载
3.1 结构上的荷载
3.1.1 荷载的分类
(1) 按作用时间的长短和性质分 • 按作用时间的长短和性质，荷载可分为三类：永 久荷载、可变荷载和偶然荷载。 • ① 永久荷载是指在结构设计使用期间，其值不 随时间而变化，或其变化与平均值相比可以忽略 不计，或其变化是单调的并能趋于限值的荷载。 例如，结构的自重、土压力、预应力等荷载，永 久荷载又称恒荷载。
3.1 结构上的荷载
• ——永久荷载分项系数，按单元四表3.1查得。
•
•
——按永久荷载标准值Gk计算的荷载效应值。
, 得。 ——第1个和第i个可变荷载的分项系数，按表3.1查
• , ——按起控制作用的一个可变荷载标准值 和第i个可变荷载标准值 计算的荷载效应。 • ——第i个可变荷载的组合值系数，按附表3.2和附表3.3 查得。 • n ——参与组合的可变荷载数。
3.1 结构上的荷载
• (2) 按结构的反应特点分
• 荷载按结构的反应特点分为静态荷载和动态荷载 两类。
• ① 静态荷载是使结构产生的加速度可以忽略不 计的作用，如结构自重、住宅和办公楼的楼面活 荷载等。 • ② 动态荷载是使结构产生的加速度不可忽略不 计的作用，如地震、吊车荷载、设备振动等。
3.1 结构上的荷载
3.1结构上的荷载 3.1.6 极限状态下的实用设计表达式
• （1） 承载能力极限状态设计表达式
• 结构构件的承载能力极限状态设计表达式为: • S≤R • 式中 •R ——结构构件的承载力设计值，即抗力设计值; •S ——荷载效应基本组合或偶然组合设计值。 • 荷载效应基本组合设计值,应从由可变荷载效应控制 的组合和由永久荷载效应控制的组合中取最不利值 确定。
风荷载计算方法与步骤
欢迎共阅1 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值（KN/m2）按下式计算：1.1.1基本风压按当地空旷平坦地面上50年一遇按公式 其中的单位为，kN/m 2。
也可以用公式1.1.2 风压高度变化系数风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以粗糙度类别场地确定之后上式前两项为常数，于是计算时变成下式：1.1.3风荷载体形系数1）单体风压体形系数（1）圆形平面；（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数；（3）高宽比的矩形、方形、十字形平面；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比的矩形、鼓形平面（5）未述事项详见相应规范。
23檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于1.1.4米且高宽比的房屋，以及自振周期虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。
且可忽略扭转的结构在高度处的风振系数○1g为○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取；为地面粗糙修正系数，取值如下：为结构第一阶自振频率（Hz）；高层建筑的基本自振周期可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用），B为房屋宽度（m）。
○3对于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，、为系数，按下表取值：为结构第一阶振型系数，可由结构动力学确定，对于迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均其主要作用时，振型系数查下表，其中H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
为脉动风荷载水平、竖直方向相关系数，分别按下式计算:B。
结构力学第三章 风荷载
09年8月9日迫近中国的台风莫拉克，18时30分由霞浦进入福建，登陆时中心附近 最大风力有12级（33米/秒）。随着莫拉克迫近，浙江同福建两省共疏散接近100万人，
7万多艘船回港避风。浙江苍南县的降雨量超过 250毫米。
· 在8月10日05时30分，中央气象局解除台风警报并在10分钟后发布豪雨特报。 · 在8月11日凌晨减弱为热带低气压。
静 寻常鱼船略摇动 鱼船张帆时可随风移行2-3km/h 鱼船渐觉簸动,随风移行5-6km/h 鱼船满帆时倾于一方 鱼船缩帆(即收去帆之一部) 鱼船加倍缩帆,捕鱼需注意风险 鱼船停息港中,在海上下锚 近港鱼船皆停留不出 汽船航行困难 汽船航行颇危险 汽船遇之极危险 海浪滔天
静、烟直上 烟能表示风向,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 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝摇动 有叶的小树摇摆,内陆水面有波 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
名称
浪高(m) 一般 最高
— 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 —
m/s
0-0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8～10.7
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
— 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0
热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级
名称 台风 （Typhoon） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 热带风暴 (Tropical storm) 热带低压 (Tropical depression) 属性 最大风速出现＞32．6 米/秒，也即 12 级以上（64 海里 /小时或以上） 最大风速出现 24．5-32．6 米/秒，也即风力 10-11 级 （48-63 海里/小时） 最大风速出现 17． 2-24． 米/秒， 4 也即风力 8-9 级 （34-47 海里/小时） 最大风速出现＜17． 米/秒， 2 也即风力为 6-7 级 （22-33 海里/小时）
第三章 风荷载
z ( z)
a ( z ) H TS 2 H Ta 2 Z 2 ( ) ( ) ( ) 0 ZS Z sa Z sa
S a
a
μ z综合反映了地貌、高度对风压的影响《建筑结构荷载规范》 为方便设计人员使用，将μ z制成表，见表3-5 任意粗糙度地区、任意高度Z处的风压:
a (Z ) z ( z)0
(３) 顺风向总风效应
考虑顺风向平均风效应、顺风向脉动风效应。垂直作用于建筑 物表面的风荷载标准值按下式计算：
k z s z0
式中ω0—基本风压 μz—风压高度变化系数 μs—风荷载体型系数 βz—风振系数
基本自振周期T1大于0.25s的工程结构以及H＞30m 且H/B＞1.5的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发 生顺风向风振的影响 H≤30m,H/B≤1.5多层建筑，取风振系数βz＝１
第三章 风荷载
基本内容: 1 风的基础知识 一 风的基础知识
1风的形成
由于太阳对地球大气加热和温度上升的不均衡性，在地球相同高度的 两点间产生了压力差，压力差促使空气从气压高的地方向气压低地方 流动便形成了风，如盛行风向一年内呈季节性近乎反向递转的季风等
2 风压 3 风荷载对结构的影响 4 风荷载的计算
例3-3 某矩形高层建筑，高H=150m，宽B=40m，沿高度不变。 顶层层高4m，地面粗糙度B类，基本风压ω0=0.45kN/m2 结构基本周期T1=2s，求作用于结构顶层的风力
解: 风荷载体型系数
风压高度变化系数 振型系数 风振系数
s 1.3
z 2.38
4 150
148 0.7 1 ( z ) tan[ ( ) ] 0.9854
(2) 横风向结构风效应 Ⅰ旋涡脱落现象
- 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)。
算总风荷载。 z高度处的总风荷载标准值按下式计算：
－(0.48+0.03H/L)
-0.6 +0.8
Wz1 Wz2 Wz3 Wz4
-0.6
3.2
风荷载
例题1
例题2
例题3
作用于高层房屋上风荷载特点
3
1.1 1) 概念
热带气旋
发生在热带海洋上的大气漩涡，是热带低压、热带风暴、 台风和飓风的总称。
随地区不同而异，主要由太阳辐射在洋面所产生的大量热能转变为动能 而产生。
4
4
热带气旋划分标准
①热带低压 平均最大风力小于8级
②热带风暴 平均最大风力 8~9 级 ③强热带风暴 平均最大风力为 10~11 级 ④台风 平均最大风力为 12 级或 12 级以上
• 风对房屋表面的作用力不等于基本风压值，风的作用力随房 屋体型、尺度、表面位置，表面状况有关。
风作用在建筑物表面上所引起的实际压力与来流风的 速度压的比值——风荷载体型系数 • 建筑物表面任一点的净风压力除以建筑物来流风压，再加权 风洞试验 平均
风载体型系数ms
• 描述了房屋表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律 ，主要与房屋的体型和尺度有关。 设计时采用各个表面风作用力的平均值
③不大的高宽比
房屋高宽比是衡量一幢高楼抗侧刚度和侧移控制的一个主要指标
40
④透空层
高楼在风力作用下，应风面产生正压力，背风面产生负压力，高楼受 到很大的水平荷载 ⑤并连高楼群 减少了高楼顶部的侧移和风振加速度
42
风振系数
高耸构筑物 和高层建筑
• 实际风压、平均风压（稳定风压），脉动风压
– 稳定风压：使结构产生侧移 – 脉动风压：使结构在上述侧移附近左右振动，表现形式主 要为顺风向振动、常会伴随横风向振动，甚至会出现扭转 振动
14
14
龙卷风特征
发生在海上，犹如“龙吸水”，称为“水龙卷”； 出现在陆地上，将卷扬尘土，卷走房屋、树木，称为“陆龙卷”。 一般情况下，风速在50~150m/s，极端情况下，达到300m/s或超过声速。
主要发生地
国外，主要发生在美国，其次是墨西哥英国意大利、澳大利亚、新西兰， 日本等。我国主要发生在华南和华东地区，此外，还经常出现在南海的西 沙群岛上，范围较小，寿命也相对比较短促。
荷载与结构设计方法
第三讲：风荷载
主讲人：贾玲玲 Email：jll8123@
风的基本概念与类型 风 是大气层中空气的流动。由于地球表 面不同地区的大气层所吸收的太阳能量不同， 造成了各地空气温度的差异，产生的气压差驱 动空气从气压高的地方向气压低的地方流动， 即形成了风
常见的自然灾害风类型： 热带气旋、季风和龙卷风
塔科马大桥主跨 853m，宽跨比1：79， 高跨比为1；350，比 金门大桥还要柔。大 桥建成后即显柔度太 大，最初在风中行车 的震荡还是竖向的， 使用几个月后，震荡 突然变为扭转。
照片说明中跨的扭曲 运动导致它首先破坏
扭转最大时，右边 人行道比左边高出 8.5m
此照片是在路面混凝 土开始掉落大桥在11 点钟之前塌落抢拍下 来的。
14
14
1.4
其它类型的风
雷爆风：由水蒸气在高空冷凝引起的，瞬时风速一般为 54~90km/h，发生时还伴有闪电、雷鸣和阵雨。 热燥风：由于下沉运动使空气运动升高，湿度降低的风， 常出现在山脉的背风面 布拉风：常发生在陡峭斜坡隔开的高地与平地之间
15
15
风灾害
20世纪特大风灾情况
1900年，美国加尔维斯顿岛，飓风，6000人遇难 1985年，加拿大、美国，龙卷风，死亡200余人，直接经济损失3亿美3 亿多元 1992年，美国，弗罗里达，飓风，经济损失300多亿美元 1998年，印度内陆地区，热带风暴，死亡1000多人，直接经济损失4亿美元 2005年，美国新奥尔良，飓风，死亡1200多人，经济损失1000多亿美元
12
12
1.2
季风
季风的三大特点
①是大范围地区的盛行风向随季节改变的现象； ②随着风向变换，控制气团的性质也产生转变； ③随着盛行风向的变换，带来明显的天气气候变化。
13
13
1.3 1) 含义
龙卷风
呈漏斗状，移动速度通常超过每小时 300 公里。是一个旋转猛烈的圆形空气 柱，上端与雷雨云相接，下端或者悬在半空中，或者直接延伸到地面或水 面。
实例3： 2000 年 8 月第 10 号台风给我国东南沿海各省造成极大损失：福
建有 1100 多栋房屋被毁、铁路中断、山体滑坡；浙江省乐清市就毁坏近 700 栋房屋；台湾省经济损失就达新台币 40 多亿元。
17
17
台风灾害链
风对结构作用引起的结果
①使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定 ②使结构开裂或留下较大的残余变形 ③使结构物或结构构件产生过大的挠度变形 ④引起结构或结构构件的疲劳损坏 ⑤由于过大的振动，建筑物的居住者
高层建筑和高耸结构的抗风设计要求
①为了使高层建筑不会发生破坏、倒塌、结构开裂，残余变形过大 现象，保证结构的安全，结构的抗风设计必须满足强度要求 ②为防治隔墙开裂，建筑装饰及非结构构件的损坏，结构抗风设计 必须满足刚度设计的要求。
③须满足舒适度的设计要求
56
高层房屋抗风设计的原则
多层房屋的风荷载
桥体在风的作用下振动，人们纷纷从远处赶来亲眼目睹桥面是 怎样在中等风力作用下飞舞摇动、起伏不定，以至后面车辆的
基本风压的规定条件
1，标准高度的影响
2，标准地貌的影响
3，公称风速的时距（10min）
4，最大风速的样本时间
5，基本风速的重现期
基本风压w0
基本风压的调整
对基本风压的说明
风压高度变化系数mz
• 反映了风压随高度的变化规律：风速由地面为零沿高 度按曲线逐渐增大，至距地面某一高度（300-500 m） 达到最大，上层风速受地面影响小，风速稳定。
求：在横向风荷载作用下一层底的剪力及倾覆力矩
解：1、求风荷载标准值 (1)基本风压值 (2)风荷载体形系数 (3)风压高度变化系数
wk = Z ms mZ w0
为简化计算，将建筑物分为5段，每段顶标高取在楼层处， 每段中点距地面的距离作为计算风压高度，地面粗糙度，位于 城市郊区为B类，
高度(m) 12.25 36.9 61.7 86.5 111.2
16
台风灾害
实例1：1994年8月21日晚，9417号台风在浙江省温州市登陆，最大风力
在12级以上，温州沿海受12级以上风力袭击的时间长达10小时，伴有大雨 和大潮，受灾人口达1100万人，直接经济损失超过100亿元。
实例2：2001年9月16日，“纳莉”台风在中国台湾北部登陆，风力强劲，
台风中心最大风速145km/h, 瞬间达180km/h, 同时带来持续降雨，出现严重 积水，台湾岛内交通完全瘫痪。
《高层混凝土规程》的补充规定
《高层混凝土规程》的补充规定
对风荷载体形系数的讨论
合理的建筑体型
①流线形平面
采用圆形或椭圆形等流线形平面的楼房，有利于减少作用于结构上的 风荷载；采用三角形或矩形平面的高楼，转角处设计成圆角或切角， 可以减少转角处的风压集中
②截锥状体形
采用上小下大的截锥状体形，可以减小楼房上部较大的风荷载，并较 小了风荷载引起的倾覆力矩
（B—受风宽度）
(7)基底剪力： 基底弯矩：
例题6
脉动增大系数-《高层混凝土规程》
振型系数（1）
作业
特殊情况下的风荷载计算-群楼效应
特殊情况下的风荷载计算-山区风荷载
例题6
例题7
美国旧金山金门大桥， 1937年建成，主跨 1280m。桥面加劲钢桁 架的宽跨比为1：47， 而高跨比仅为1：168， 在当时为最小。但有时 在风力作用下左右摇摆 的幅度竟达4m，使得 该桥有时不得不停止使 用。
38
主要内容
1，风荷载标准值及相关系数的确定
2，单层房屋上的风荷载计算
3，高层、多层房屋上的风荷载及总风荷载的计算
4，特殊情况下的风荷载计算及本章小结
基本风压w0
• 按规定的地貌、高度、时距等测量 的风速所确定的风压成为基本风压
• 以当地空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min 平均最大风速v0(m/s)为标准，按w0=v02/1600确定(荷载规范)
大桥塌 落瞬间
装配板和钢梁扭 曲、弯曲的情况
大桥最后竟在风速不大 （56~67km/h)时因震荡幅度 过大，产生共振塌落。
大桥塌落 之后拍下 来的照片
塔科马新桥
20世纪40年代以前，作为大跨度桥梁的悬索桥没 有发生过事故。这就导致了一个错误的结论：主 缆刚度足够大，以至加劲梁梁体刚度无足轻重。 实际上，当桥梁跨度超过200m时，风载的影响将 显著增大。因此，特别是承载铁路交通的悬索桥 更需要有足够的结构刚度。
1940年美国西海岸 华盛顿州塔科马峡 谷桥因共振发生塌 桥事故！
风灾
• 工程领域中最著名的 风灾破坏为美国Tacoma 悬索桥的风毁事件。 • 对于高层建筑、大 跨结构、柔性大跨桥梁 、输电塔和渡槽等受风 面积大的柔性结构，抗 风设计与抗震设计具有 同等的重要意义。
Tacoma桥在风中整体坍塌（视频）
梯度风速 梯度风高度
风压高度变化系数定义为任一高度处的风压与B类粗糙度、标准 • 地面粗糙度：由地貌、树木，房屋等形成的地表摩擦层，不 高度为10m处的风压的比值 同的地面粗糙度，风速和风压也不相同，地面粗糙度越大， 对气流的干扰越大。《规范》将地面粗糙度分为A、B、C、D 四类
风载体型系数ms
风振效应的影响因素