风荷载(1)
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梯度风高度受地面粗糙程度影响
第四节 风压高度变化系数
二、大气边界层内任意高度处风压的计算
大气边界层内平均风压延高度变化规律可以用指数函数来描述
v z v0 z0
a (z) 0a
v2 v02
z z0
2
取标准高度10m
a
(z)
0a
z 10
2
设标准地貌梯度风高HT0，粗糙度指数 0 ，基本风压 0；任意
地貌下梯度风高HTa，根据梯度风高处风压相等原则可得
a
(z)
(
HT0
2 0
)（
10
2
）
10
HTa
(
z
2
)
10
a z
0
第四节 风压高度变化系数
三、《建筑结构荷载规范》规定的底面粗糙度分类
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、丘陵及房屋比较系数的乡镇和
风 级
名称 Wind name
风速 wind speed
km/h
（m/s）
风压 W0=V2/16 （kg/m2)，
10N/m2
陆地地面物体征象
0 Calm无风
<1
0-0.2
0-0.0025
静
1 light air 软风
1-5
0.3-1.5
0.0056-0.014
烟能表示方向，但风向 标不动
2 light breeze轻风 6-11
3
Gentle breeze微 风
12-19
1.6-3.3 3.4-5.4
0.016-0.68 0.72-1.82
Biblioteka Baidu
人面感觉有风，风向标 转动
树叶及微枝摇动不息， 旌旗展开
4
Moderate breeze 和风
20-28
5
Fresh breeze清 风
29-38
5.5-7.9 8.0-10.7
1.89-3.9 4-7.16
风速 wind speed
km/h
（m/s）
风压 W0=V2/16 （kg/m2)，
10N/m2
陆地地面物体征象
6
Strong breeze强 风
39-49
10.8-13.8
7.29-11.9
小树枝摇动，电线呼呼 响
7
Moderate gale疾 风
50-61
13.9-17.1
12.08-18.28
➢高层建筑
钢结构 T1 (0.10 ~ 0.15)n
钢筋混凝土结构 T1 (0.05 ~ 0.10)n
钢筋混凝土框架和框架剪力墙结构
T1
0.25
0.53
10 -3
H2 3B
钢筋混凝土剪力墙结构
T1
0.03
0.03
H 3B
第七节 振风系数
一、阵风系数的取用
用于计算维护结构，如：玻璃幕墙、干挂石材
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑平面上的分布
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑立面上的分布
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑顶面上的分布
第五节 风荷载体型系数
二、风荷载体型系数的确定
需通过风洞试验的方法确定 同一个面上各点风压分布不均匀，采用加权平均
4 3
z H
3
1 3
z H
4
或
z
6 z2 H2
4 z3 H 3H4
z4
➢高层建筑以剪力墙工作为主，按弯剪型考虑，第一振型按下式近似计算
z
tan 4
z H
0.7
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构振形系数：根据结构力学的方法确定
能吹起地面纸张与灰尘 有叶的小树摇摆
海面状态
静 微波 小波 小波 轻浪 中浪
第一节 风的相关知识
四、风级、风速、风压对照（续）
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考）
风 级
名称 Wind name
Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)
城市郊区——标准地貌 C类 有密集建筑群的城市市区 D类 有密集建筑群且房屋较高的城市市区
四类地面粗糙度地区地面粗糙度指数分别为：0.12、0.16、 0.22、0.3；相应的梯度风高度取：300、350、400、 450m 平坦地形处风压高度变化系数可查表。
第四节 风压高度变化系数
四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正
z
1
z
z
大跨度房屋以及索膜结构，频谱密集，风振系数的确定需考 虑更多振形的影响
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
脉动增大系数
x 30/
➢其 中
1 x2 / 6
(1 x2)4 / 3
0 T12
➢ 结构阻尼比，钢结构取0.01；有墙体材料填充的房屋钢结构取0.02， 对钢0筋混凝土及砌体结构取0.05
对于山峰和山坡顶部，风高变化系数按平坦地形查表应乘以修正系数
2
1
ktg
1
Z 2.5H
迎风面山坡角度， 大于16.7度，取16.7度
k 系数，山峰取3.2，山坡取1.4 H 山顶全高 Z 建筑物计算位置离建筑物地面高度，Z〉2.5H时，取Z=2.5H
山脚及山顶较远的平坦区域，修正系数为1.0，与山顶中间部分按线性 插值确定修正系数
➢当选高耸结构截面沿高度规律变化，第一振型计算复杂，可通过查表的方 式确定
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
脉动影响系数：反映风压脉动相关性对结构的影响
➢荷载规范规定，对于高层和高耸结构，考虑外型和质量沿高度分布的不同 状态，通过查表的方式取用 ➢结构迎风面宽度远小于其高度（高耸结构），外形、质量沿高度分布均匀， 可直接查表取用；质量沿高度均匀连续变化，尚应乘以相应的修正系数 ➢结构迎风面宽度较大（高层建筑），若外形质量分布均匀，可根据高度和 迎风面宽度查表采用
三、风荷载体型系数的取用
《建筑结构荷载规范》《高层建筑设计规范》给出了不同类 型建、构筑物的风荷载体型系数 上述表中未列出的建筑物的体型，应由风洞试验确定 高层建筑高度大于200m，体型复杂高层高度大于150m， 宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距离较近时， 宜考虑风力的相互干扰的群体效应，应以单独的建筑体型系数 乘以相互干扰增大系数，增大系数可参考相应的试验数据，必 要时通过风洞试验确定
➢ 考虑当地地面粗糙度后的基本风压，B类直接带入，A、C、D类的当地 基本T1风压分别乘以1.38、0.62、0.32带入
➢ 结构的基本自振周期
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构振形系数：根据结构力学的方法确定
➢高耸结构按弯曲型考虑，第一振型按下式近似计算
z
2
z H
2
第三节 基本风压
三、基本风压与基本风速的关系
v2
2g
标准大气压情况下 0.012018kN / m3
v2
1630 基本风压计算结果见附表
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 非标准高度的换算
根据不同高度风速观测资料确定，缺乏观测资料时，可按下 表换算
第四节 风压高度变化系数
四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正
山区盆地、谷地等闭塞地形，修正系数取0.75~0.85，谷口或山口， 修正系数取1.20~1.50
远海海面和海岛的建、构筑物，修正系数按下表取用
距海岸距离（km） <40 40~60
60~100
修正系数 1.0
1.0~1.1 1.1~1.2
我国荷载规范规定计算顺风向风荷载标准值：
➢计算主要承重结构
k z s z0
➢计算维护结构
k gz s z 0
第三节 基本风压
一、基本风速
风速是各地气象台站直接记录的数值
二、基本风速的条件
➢高度：《荷载规范》规定距地面10m为标准高度，公路《桥规》规定距地 面20m ➢地貌要求：远离城市，空旷平坦 ➢时距要求：10分钟 ➢风有自然周期，每年季节性重复一次，取年为最大风速记录值作统计样本 ➢工程设计时，按照重现期确定结构可能遭遇到的最大风速；一般结构，重现 期为50年，高层、高耸等风敏感结构，重现期应适当提高
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构基本自振周期的计算：按照结构力学的方法求解
➢多自由度体系基本自振周期方程求解十分复杂 ➢可采用有限元方法进行电算求解 ➢工程中常采用经验公式近似求解
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构基本自振周期的近似计算
➢高耸结构 T1 (0.007 ~ 0.013)H
对檐口、雨篷、遮阳板等突出建筑物的构件，取-2.0
第六节 风振系数
一、考虑风振影响结构的条件
结构基本自振周期大于0.25秒 高度大于30m，高宽比大于1.5的高柔房屋及各种高耸结 构
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
对于高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可 以忽略扭转影响的高层建筑，频谱稀疏，第一振形起控制作 用，仅考虑第一振形影响计算风振系数，可按下式计算
重现期（年） 100 60 50 40 30 20 10 5
重现期换算系
数
1.1 1.03 1.00 0.97 0.93 0.87 0.77 0.66
第四节 风压高度变化系数
一、梯度风的概念
水平空气运动受到地球表面的阻力，该阻力随离地面高度增 加而减弱，离地表300~500m以上的高度，气流不受地表影 响，以梯度风速流动，这一高度称为梯度风高度。
实测风速高度 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
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 不同时距的换算
天气变化剧烈，记录的风速时距有多种方式，不同时距之间 的风速可按下表换算
第四章 风荷载
第一节 风的相关知识
一、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
二、两类性质的大风
台风 弱的热带气旋 引入暖湿空气 在漩涡内部产 生上升和对流运动 加强漩涡 ……… 台风
季风 冬季：大陆冷，海洋暖，风从大陆到海洋 夏季：大陆热，海洋凉，风从海洋到大陆
第一节 风的相关知识
全树摇动，迎风步行不 便
8 Fresh gale大风 62-74
17.2-20.7
18.49-26.78
微枝折毁，人向前行阻 力甚大
9 Strong gale烈风 75-88
20.8-24.4
27.04-37.21
建筑物有小损
10 Whole gale狂风
89102
24.5-28.4
37.52-50.41
实测风速时距
60min 10min 5min 2min
1min
0.5mi n
20s
10s
5s
时距换算系数 0.94 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 不同重现期的换算
重现期不同，最大风速的超越概率也不同，风敏感结构、重 要结构要考虑不同重现期的基本风压，不同重现期的基本风压 与重现期50年的基本风压按下表换算
第五节 风荷载体型系数
四、房屋维护构件及其连接计算时体型系数的确定
正压区按照主体结构体型系数查表
负压区，对墙面取-1.0；对墙角边取-1.8（宽度为0.1倍 房屋宽度或0.4倍房屋平均高度中的较小者，但不小于1.5m）
对屋面局部（屋面周边和屋面坡度大于10度的屋脊部位） 取-2.2，其宽度为0.1倍房屋宽度或0.4倍房屋平均高度中较 小者，但不小于1.5m
三、我国的风气候
风力
大
台湾、海南及南海诸岛
东南沿海地区
东北、华北、西北
青藏高原
长江黄河中下游地区
小
云贵高原
第一节 风的相关知识
四、风级、风速、风压对照
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考）
Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)
可拔起树来，损坏建筑 物
11 Storm 暴风
103117
28.5-32.6
50.77-66.42
陆上少见，有则必有广 泛破坏
12 Hurricane飓风 >117
32.7-36.9
66.42-85.1 陆上极少见,摧毁力极大
37.0-41.4
海面状态
大浪 巨浪 狂浪 狂涛 狂涛 狂涛 海浪滔天
第二节 风荷载的标准值
根据地面粗糙度类别和计算位置距地面高度查表取用
阵风系数的计算 gz k(1 2 f )
f
0.5 351.8( 0.16) z 10
第八节 横风向风振
一、横风向风振的产生原因
横风向风振是由于不稳定的空气动力作用造成 横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关
第四节 风压高度变化系数
二、大气边界层内任意高度处风压的计算
大气边界层内平均风压延高度变化规律可以用指数函数来描述
v z v0 z0
a (z) 0a
v2 v02
z z0
2
取标准高度10m
a
(z)
0a
z 10
2
设标准地貌梯度风高HT0，粗糙度指数 0 ，基本风压 0；任意
地貌下梯度风高HTa，根据梯度风高处风压相等原则可得
a
(z)
(
HT0
2 0
)（
10
2
）
10
HTa
(
z
2
)
10
a z
0
第四节 风压高度变化系数
三、《建筑结构荷载规范》规定的底面粗糙度分类
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、丘陵及房屋比较系数的乡镇和
风 级
名称 Wind name
风速 wind speed
km/h
（m/s）
风压 W0=V2/16 （kg/m2)，
10N/m2
陆地地面物体征象
0 Calm无风
<1
0-0.2
0-0.0025
静
1 light air 软风
1-5
0.3-1.5
0.0056-0.014
烟能表示方向，但风向 标不动
2 light breeze轻风 6-11
3
Gentle breeze微 风
12-19
1.6-3.3 3.4-5.4
0.016-0.68 0.72-1.82
Biblioteka Baidu
人面感觉有风，风向标 转动
树叶及微枝摇动不息， 旌旗展开
4
Moderate breeze 和风
20-28
5
Fresh breeze清 风
29-38
5.5-7.9 8.0-10.7
1.89-3.9 4-7.16
风速 wind speed
km/h
（m/s）
风压 W0=V2/16 （kg/m2)，
10N/m2
陆地地面物体征象
6
Strong breeze强 风
39-49
10.8-13.8
7.29-11.9
小树枝摇动，电线呼呼 响
7
Moderate gale疾 风
50-61
13.9-17.1
12.08-18.28
➢高层建筑
钢结构 T1 (0.10 ~ 0.15)n
钢筋混凝土结构 T1 (0.05 ~ 0.10)n
钢筋混凝土框架和框架剪力墙结构
T1
0.25
0.53
10 -3
H2 3B
钢筋混凝土剪力墙结构
T1
0.03
0.03
H 3B
第七节 振风系数
一、阵风系数的取用
用于计算维护结构，如：玻璃幕墙、干挂石材
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑平面上的分布
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑立面上的分布
第五节 风荷载体型系数
一、风压在建筑周边分布的特点
风压在建筑顶面上的分布
第五节 风荷载体型系数
二、风荷载体型系数的确定
需通过风洞试验的方法确定 同一个面上各点风压分布不均匀，采用加权平均
4 3
z H
3
1 3
z H
4
或
z
6 z2 H2
4 z3 H 3H4
z4
➢高层建筑以剪力墙工作为主，按弯剪型考虑，第一振型按下式近似计算
z
tan 4
z H
0.7
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构振形系数：根据结构力学的方法确定
能吹起地面纸张与灰尘 有叶的小树摇摆
海面状态
静 微波 小波 小波 轻浪 中浪
第一节 风的相关知识
四、风级、风速、风压对照（续）
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考）
风 级
名称 Wind name
Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)
城市郊区——标准地貌 C类 有密集建筑群的城市市区 D类 有密集建筑群且房屋较高的城市市区
四类地面粗糙度地区地面粗糙度指数分别为：0.12、0.16、 0.22、0.3；相应的梯度风高度取：300、350、400、 450m 平坦地形处风压高度变化系数可查表。
第四节 风压高度变化系数
四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正
z
1
z
z
大跨度房屋以及索膜结构，频谱密集，风振系数的确定需考 虑更多振形的影响
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
脉动增大系数
x 30/
➢其 中
1 x2 / 6
(1 x2)4 / 3
0 T12
➢ 结构阻尼比，钢结构取0.01；有墙体材料填充的房屋钢结构取0.02， 对钢0筋混凝土及砌体结构取0.05
对于山峰和山坡顶部，风高变化系数按平坦地形查表应乘以修正系数
2
1
ktg
1
Z 2.5H
迎风面山坡角度， 大于16.7度，取16.7度
k 系数，山峰取3.2，山坡取1.4 H 山顶全高 Z 建筑物计算位置离建筑物地面高度，Z〉2.5H时，取Z=2.5H
山脚及山顶较远的平坦区域，修正系数为1.0，与山顶中间部分按线性 插值确定修正系数
➢当选高耸结构截面沿高度规律变化，第一振型计算复杂，可通过查表的方 式确定
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
脉动影响系数：反映风压脉动相关性对结构的影响
➢荷载规范规定，对于高层和高耸结构，考虑外型和质量沿高度分布的不同 状态，通过查表的方式取用 ➢结构迎风面宽度远小于其高度（高耸结构），外形、质量沿高度分布均匀， 可直接查表取用；质量沿高度均匀连续变化，尚应乘以相应的修正系数 ➢结构迎风面宽度较大（高层建筑），若外形质量分布均匀，可根据高度和 迎风面宽度查表采用
三、风荷载体型系数的取用
《建筑结构荷载规范》《高层建筑设计规范》给出了不同类 型建、构筑物的风荷载体型系数 上述表中未列出的建筑物的体型，应由风洞试验确定 高层建筑高度大于200m，体型复杂高层高度大于150m， 宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距离较近时， 宜考虑风力的相互干扰的群体效应，应以单独的建筑体型系数 乘以相互干扰增大系数，增大系数可参考相应的试验数据，必 要时通过风洞试验确定
➢ 考虑当地地面粗糙度后的基本风压，B类直接带入，A、C、D类的当地 基本T1风压分别乘以1.38、0.62、0.32带入
➢ 结构的基本自振周期
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构振形系数：根据结构力学的方法确定
➢高耸结构按弯曲型考虑，第一振型按下式近似计算
z
2
z H
2
第三节 基本风压
三、基本风压与基本风速的关系
v2
2g
标准大气压情况下 0.012018kN / m3
v2
1630 基本风压计算结果见附表
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 非标准高度的换算
根据不同高度风速观测资料确定，缺乏观测资料时，可按下 表换算
第四节 风压高度变化系数
四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正
山区盆地、谷地等闭塞地形，修正系数取0.75~0.85，谷口或山口， 修正系数取1.20~1.50
远海海面和海岛的建、构筑物，修正系数按下表取用
距海岸距离（km） <40 40~60
60~100
修正系数 1.0
1.0~1.1 1.1~1.2
我国荷载规范规定计算顺风向风荷载标准值：
➢计算主要承重结构
k z s z0
➢计算维护结构
k gz s z 0
第三节 基本风压
一、基本风速
风速是各地气象台站直接记录的数值
二、基本风速的条件
➢高度：《荷载规范》规定距地面10m为标准高度，公路《桥规》规定距地 面20m ➢地貌要求：远离城市，空旷平坦 ➢时距要求：10分钟 ➢风有自然周期，每年季节性重复一次，取年为最大风速记录值作统计样本 ➢工程设计时，按照重现期确定结构可能遭遇到的最大风速；一般结构，重现 期为50年，高层、高耸等风敏感结构，重现期应适当提高
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构基本自振周期的计算：按照结构力学的方法求解
➢多自由度体系基本自振周期方程求解十分复杂 ➢可采用有限元方法进行电算求解 ➢工程中常采用经验公式近似求解
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
结构基本自振周期的近似计算
➢高耸结构 T1 (0.007 ~ 0.013)H
对檐口、雨篷、遮阳板等突出建筑物的构件，取-2.0
第六节 风振系数
一、考虑风振影响结构的条件
结构基本自振周期大于0.25秒 高度大于30m，高宽比大于1.5的高柔房屋及各种高耸结 构
第六节 风振系数
二、风振系数的计算
对于高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可 以忽略扭转影响的高层建筑，频谱稀疏，第一振形起控制作 用，仅考虑第一振形影响计算风振系数，可按下式计算
重现期（年） 100 60 50 40 30 20 10 5
重现期换算系
数
1.1 1.03 1.00 0.97 0.93 0.87 0.77 0.66
第四节 风压高度变化系数
一、梯度风的概念
水平空气运动受到地球表面的阻力，该阻力随离地面高度增 加而减弱，离地表300~500m以上的高度，气流不受地表影 响，以梯度风速流动，这一高度称为梯度风高度。
实测风速高度 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
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 不同时距的换算
天气变化剧烈，记录的风速时距有多种方式，不同时距之间 的风速可按下表换算
第四章 风荷载
第一节 风的相关知识
一、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
二、两类性质的大风
台风 弱的热带气旋 引入暖湿空气 在漩涡内部产 生上升和对流运动 加强漩涡 ……… 台风
季风 冬季：大陆冷，海洋暖，风从大陆到海洋 夏季：大陆热，海洋凉，风从海洋到大陆
第一节 风的相关知识
全树摇动，迎风步行不 便
8 Fresh gale大风 62-74
17.2-20.7
18.49-26.78
微枝折毁，人向前行阻 力甚大
9 Strong gale烈风 75-88
20.8-24.4
27.04-37.21
建筑物有小损
10 Whole gale狂风
89102
24.5-28.4
37.52-50.41
实测风速时距
60min 10min 5min 2min
1min
0.5mi n
20s
10s
5s
时距换算系数 0.94 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39
第三节 基本风压
四、非标准条件下风压与风速的换算关系 不同重现期的换算
重现期不同，最大风速的超越概率也不同，风敏感结构、重 要结构要考虑不同重现期的基本风压，不同重现期的基本风压 与重现期50年的基本风压按下表换算
第五节 风荷载体型系数
四、房屋维护构件及其连接计算时体型系数的确定
正压区按照主体结构体型系数查表
负压区，对墙面取-1.0；对墙角边取-1.8（宽度为0.1倍 房屋宽度或0.4倍房屋平均高度中的较小者，但不小于1.5m）
对屋面局部（屋面周边和屋面坡度大于10度的屋脊部位） 取-2.2，其宽度为0.1倍房屋宽度或0.4倍房屋平均高度中较 小者，但不小于1.5m
三、我国的风气候
风力
大
台湾、海南及南海诸岛
东南沿海地区
东北、华北、西北
青藏高原
长江黄河中下游地区
小
云贵高原
第一节 风的相关知识
四、风级、风速、风压对照
风级 风速风压对照表 （机构与结构设计参考）
Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)
可拔起树来，损坏建筑 物
11 Storm 暴风
103117
28.5-32.6
50.77-66.42
陆上少见，有则必有广 泛破坏
12 Hurricane飓风 >117
32.7-36.9
66.42-85.1 陆上极少见,摧毁力极大
37.0-41.4
海面状态
大浪 巨浪 狂浪 狂涛 狂涛 狂涛 海浪滔天
第二节 风荷载的标准值
根据地面粗糙度类别和计算位置距地面高度查表取用
阵风系数的计算 gz k(1 2 f )
f
0.5 351.8( 0.16) z 10
第八节 横风向风振
一、横风向风振的产生原因
横风向风振是由于不稳定的空气动力作用造成 横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关