课件第三章 风荷载
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第3章风及地震荷载的对比ppt课件
2、连结各个抗侧力结构间的楼板在自身平面内很 大， 平面外很小。
混凝土房屋结构
混凝土房屋结构
三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度
很小可以忽略。
无扭转时
§3 设计要求及荷载效应组合
混凝土房屋结构
什么是荷载？ 什么是荷载效应？
§3 设计要求及荷载效应组合
一、承载力验算
在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑，应满 足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为10年的风 荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与 横风向结构顶点最大加速度，
应满足下列要求：
max
住宅、公寓： max0.1m 5/s2
办公、旅馆： max0.2m 5/s2
五、稳定和抗倾覆
混凝土房屋结构
混凝 土
轴压比不小于0.15的柱
0.80
剪力墙
0.85
各类受剪、偏拉构件
0.85
地震作用属于可变作用或偶然作用，其可靠指标 的取值应低于静力作用下的可靠指标。因而，从理 论上说，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于 静力作用时的材料强度设计值。但设计规范为了使 用方便，便于将地震作用效应与静力荷载作用效应 直接比较，在抗震设计中仍采用静力设计时的材料 强度设计值。但通过引入承载力抗震调整系数来提
0.90
0.80
混凝土房屋结构
0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图〔kN/m2）
混凝土房屋结构
两者对环境的要求
混凝土房屋结构
风荷载：地表状况。
如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等
地震作用：地震地质构造。
如是否板块交接处，地质构造是否均匀， 场地土的软弱程度，是否山峰、山坡等
混凝土房屋结构
混凝土房屋结构
三、楼板无限刚性假定 假定楼板在自身平面内为绝对刚性，在平面外刚度
很小可以忽略。
无扭转时
§3 设计要求及荷载效应组合
混凝土房屋结构
什么是荷载？ 什么是荷载效应？
§3 设计要求及荷载效应组合
一、承载力验算
在风荷载作用下，高度超过150m的高层建筑，应满 足人使用的舒适度要求。此时，按照重现期为10年的风 荷载计算结构顶点加速度，或由风洞试验确定顺风向与 横风向结构顶点最大加速度，
应满足下列要求：
max
住宅、公寓： max0.1m 5/s2
办公、旅馆： max0.2m 5/s2
五、稳定和抗倾覆
混凝土房屋结构
混凝 土
轴压比不小于0.15的柱
0.80
剪力墙
0.85
各类受剪、偏拉构件
0.85
地震作用属于可变作用或偶然作用，其可靠指标 的取值应低于静力作用下的可靠指标。因而，从理 论上说，抗震设计中采用的材料强度设计值应高于 静力作用时的材料强度设计值。但设计规范为了使 用方便，便于将地震作用效应与静力荷载作用效应 直接比较，在抗震设计中仍采用静力设计时的材料 强度设计值。但通过引入承载力抗震调整系数来提
0.90
0.80
混凝土房屋结构
0.60
无人区未予记录
0.90
全国基本风压分布图〔kN/m2）
混凝土房屋结构
两者对环境的要求
混凝土房屋结构
风荷载：地表状况。
如地面粗糙度、是否山峰、山坡、谷地、谷口、山口等
地震作用：地震地质构造。
如是否板块交接处，地质构造是否均匀， 场地土的软弱程度，是否山峰、山坡等
第3章 风荷载3
1 2 PD = µ D ρv D 2 1 2 PL = µ L ρv D 2 1 2 PM = µ M ρv D 2
Huaihai Institute of Technology
二、结构横风向风力
在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力： 在亚临界范围和跨临街范围，结构横风向风力：
1 2 PL ( z , t ) = ρv ( z ) D( z ) µ L sin ω s t 2 2πSt v( z ) ω s = 2πf s = D( z ) (z
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
Huaihai Institute of Technology
四 结构总风效应
风荷载总效应可将横风向风效应S 与顺风向风效应S 风荷载总效应可将横风向风效应 c与顺风向风效应 A按下 式组合后确定。 式组合后确定。 S=(S2c+ S2A)1/2
Pdj ( z ) = λ j v crϕ j (z) D( z ) （ / 12800ζ j）
2
λj—计算系数，按表 计算系数， 确定； 计算系数 按表3-14确定； 确定 Φj(z)—在z高度处结构的 振型系数； 在 高度处结构的j振型系数； 高度处结构的 振型系数 ζj—第j振型的阻尼比；对第一振型，钢结构取 振型的阻尼比； 第 振型的阻尼比 对第一振型，钢结构取0.01，有填充 ， 材料的房屋钢结构取0.02，混凝土结构取0.05，对于高振型 材料的房屋钢结构取 ，混凝土结构取 ， 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取； 的阻尼比，若无实测资料，可近似按第一振型取；
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
ห้องสมุดไป่ตู้率
风荷载规范讲解幻灯片.ppt
风荷载的修订内容--修订了风压和雪压的基准值--调整了地面粗糙度类别--通过高度变化系数的修正，考虑地形地貌的影响--在风荷载体型系数方面强调了风洞试验的意义--明确区分主要承重结构和围护结构的风荷载，对围护结构给出相应的阵风系数，要求考虑封闭房屋的内压影响，对局部体型系数进行了调整--对圆形截面的柔性结构增加横风向风振的计算--对高层建筑群体提出考虑相互干扰的效应风雪荷载基准值的调整---设计基准期的概念---统一的设计基准期采用50年--基本雪压雪荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定。
--基本风压风荷载的基准压力，一般按当地空旷平坦地面上10m 高度处10min 平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇最大值确定的风速，再考虑相应的空气密度，按公式确定的风压。
---附录D 全面提供了确定风雪荷载的方法和与设计有关的数据2/200v w ρ=风压高度变化系数（曝露系数）地面粗糙度分为A、B、C和D四类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、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区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类别A B 各国规范GBISO ASCE GB ISO ASCE a 0.120.11 0.100.160.140.14k p1.38 1.40 1.40 1.0 1.0 1.0类别C D 各国规范GBISO ASCE GB ISO ASCE a 0.220.220.220.300.31 0.33k p 0.620.500.510.320.160.20a μ2)10(z k p z =山区风荷载的修正2)5.21(1⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+=H z tg B a κη4.1,2.33.0,3.0对山坡取对山峰取取当κa a =>tg tg风荷载体型系数---房屋和构筑物与表7.3.1的体型类同时，按表采用---房屋和构筑物与表7.3.1的体型不同时，参考有关资料采用---房屋和构筑物与表7.3.1的体型不同且无资料可借鉴时，宜由风洞试验确定---对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定风荷载体型系数•ISO 4354 结构上的风作用空气动力体型系数Aerodynamic shape factor,Cfig动力响应系数Dynamic responcse factor,Cdyn •ASCE 7-95 房屋和其他结构的最小设计荷载压C f 力系数和力系数Pressure and Force Coefficients,Cp,阵风效应系数Gust Effect Factors,Gf•NBC 1995 加拿大国家建筑规范压力系数Pressure Coefficients, Cp阵风效应系数Gust Effect Factors，Cg风荷载•承重结构上的风荷载•围护结构上的风荷载(适用于高层建筑的玻璃幕墙）0w w z s z k μμβ=0w z sl gz k w μμβ=风振系数和阵风系数•顺风向风振系数•阵风系数风压脉动系数w g wf σμ=原规范采用的近似公式μa a f z =⨯--05351018016.().(.)R B U g R B U x xg x x uu x x ++=+≅+==σβσσσβ21][41ˆ222f w g w g w w μσβ+=+==11ˆ顺风向风振系数第6.4.1条对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋结构，以及基本自振周期T1大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
风荷载
北极
赤道
大气热力学环流模型
赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密 度小、气压小,且大气因加热膨胀，由表面向高空上升 极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度 大、 气压大 ，且大气因冷却收缩由高空向地表下沉
二、两类性质的大风 1、台风 弱的热带气旋性涡旋 辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压
表3-2 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
2、非标准地貌的换算
3、不同时距的换算
4、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。
三、横风向风振（对细柔性结构应考虑） 横风向风振 由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤
振、扰振等空气动力现象。
与结构截面形状和雷诺数Re有关
惯性力=单位面积上的压力 v2/2 ·面积D2
粘性力=粘性应力·面积D2=（粘性系数 ·速度梯度dv/dy）·面
积D2
雷诺数Re
惯性力 粘性力
建筑物
(wm)
压力线
(w1+dw1)dA
风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
风压w 1 v2 推导
2
合力 dw1dA Ma dAdl dv dt
dw1 dl dv dt
赤道
大气热力学环流模型
赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密 度小、气压小,且大气因加热膨胀，由表面向高空上升 极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度 大、 气压大 ，且大气因冷却收缩由高空向地表下沉
二、两类性质的大风 1、台风 弱的热带气旋性涡旋 辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压
表3-2 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
2、非标准地貌的换算
3、不同时距的换算
4、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。
三、横风向风振（对细柔性结构应考虑） 横风向风振 由不稳定的空气动力特性形成的，其中包括旋涡脱落、弛振、颤
振、扰振等空气动力现象。
与结构截面形状和雷诺数Re有关
惯性力=单位面积上的压力 v2/2 ·面积D2
粘性力=粘性应力·面积D2=（粘性系数 ·速度梯度dv/dy）·面
积D2
雷诺数Re
惯性力 粘性力
建筑物
(wm)
压力线
(w1+dw1)dA
风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
风压w 1 v2 推导
2
合力 dw1dA Ma dAdl dv dt
dw1 dl dv dt
《风荷载规范讲解》课件
结论
桥梁风荷载分析需要充分考虑结构的特性和气动弹性效应，确保桥梁 的安全运行。
案例三：风电场风荷载分析
总结词
阵风效应、机组载荷
详细描述
风电场由多台风力发电机组组成，其风荷载分析需要考虑 阵风效应和机组载荷的影响。不同机组之间的尾流效应和 湍流也会对风力发电机组产生影响。
案例分析
通过对某风电场的风荷载进行数值模拟和现场实测，评估 了风电场的抗风性能和机组的载荷情况。
动态性原则
随着科学技术的发展，风 荷载规范应不断更新和完 善。
风荷载规范的适用范围
地理范围
适用于全球范围内的建筑 物和结构。
结构类型
适用于各种类型的建筑物 和结构，包括高层建筑、 大跨度桥梁等。
环境条件
适用于各种气候和环境条 件，如沿海地区、山地等 。
风荷载规范的主要内容
风荷载的定义和分类
明确风荷载的定义、分类和计 算方法。
《风荷载规范讲解》 ppt课件
• 风荷载概述 • 风荷载计算方法 • 风荷载规范解读 • 风荷载规范应用案例 • 风荷载规范的发展趋势与展望
目录
01
风荷载概述
风荷载定义
风荷载：由于建筑物受到风的 作用而产生的压力或剪力。
风荷载的大小取决于风的速度 、风向、建筑物的形状和高度 等因素。
风荷载是建筑物设计中需要考 虑的重要因素之一，因为它对 建筑物的安全性和稳定性有着 重要的影响。
试验步骤
进行风洞试验时，需要先搭建与实际结构相似的模型，然后在风洞中模拟各种风环境，通 过传感器等设备测量模型的位移、应变等反应，最后根据这些数据计算出风荷载。
优点与局限性
风洞试验可以模拟真实的风环境，得到较为准确的数据，但实验成本较高，且难以完全模 拟真实的风环境。
桥梁风荷载分析需要充分考虑结构的特性和气动弹性效应，确保桥梁 的安全运行。
案例三：风电场风荷载分析
总结词
阵风效应、机组载荷
详细描述
风电场由多台风力发电机组组成，其风荷载分析需要考虑 阵风效应和机组载荷的影响。不同机组之间的尾流效应和 湍流也会对风力发电机组产生影响。
案例分析
通过对某风电场的风荷载进行数值模拟和现场实测，评估 了风电场的抗风性能和机组的载荷情况。
动态性原则
随着科学技术的发展，风 荷载规范应不断更新和完 善。
风荷载规范的适用范围
地理范围
适用于全球范围内的建筑 物和结构。
结构类型
适用于各种类型的建筑物 和结构，包括高层建筑、 大跨度桥梁等。
环境条件
适用于各种气候和环境条 件，如沿海地区、山地等 。
风荷载规范的主要内容
风荷载的定义和分类
明确风荷载的定义、分类和计 算方法。
《风荷载规范讲解》 ppt课件
• 风荷载概述 • 风荷载计算方法 • 风荷载规范解读 • 风荷载规范应用案例 • 风荷载规范的发展趋势与展望
目录
01
风荷载概述
风荷载定义
风荷载：由于建筑物受到风的 作用而产生的压力或剪力。
风荷载的大小取决于风的速度 、风向、建筑物的形状和高度 等因素。
风荷载是建筑物设计中需要考 虑的重要因素之一，因为它对 建筑物的安全性和稳定性有着 重要的影响。
试验步骤
进行风洞试验时，需要先搭建与实际结构相似的模型，然后在风洞中模拟各种风环境，通 过传感器等设备测量模型的位移、应变等反应，最后根据这些数据计算出风荷载。
优点与局限性
风洞试验可以模拟真实的风环境，得到较为准确的数据，但实验成本较高，且难以完全模 拟真实的风环境。
荷载课件-风荷载
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
脉动影响系数 1、结构迎风面宽度远小于其高度的情况（如高耸结构等） • 若外形、质量沿高度比较均匀； • 若结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变
化，而质量沿高度按连续规律变化时。 2、结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性
§ 3 - 2 风荷载的计算
波动风压对建筑产生的动力效应与建筑高度和刚度有 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。
对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高层房屋结构， 以及基本自振周期 大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸 结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的 风载。当超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体 型系数用2，即
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
例题2
例题2
例题3
例题3
例题3
例题3
作业题
1、风的有关知识 2、风荷载计算
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 1 风的形成 不同压力差的地区产生了趋向于压力平衡的空气
流动，便形成了风。
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 2 两类性质的大风 1. 台风
§ 3 - 1 风的有关知识
2. 季风
§ 3 - 1 风的有关知识
的情况（如高层建筑等）
§ 3 - 2 风荷载的计算
振型系数 应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按
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
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
3.1 竖向荷载下内力的近似计算—分层法 3.2 水平荷载下内力的近似计算—反弯点法 3.3 水平荷载下内力的近似计算—D值法 3.4 水平荷载作用下侧移的近似计算
第二十六页，共26页。
规范中，给出的一些风载体型系数：
第五页，共26页。
4、风振系数βz
荷载规范规定，对高度大于30m，高宽比大 于1.5的房屋结构均需考虑风振系数。
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。
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。
2、相关因素
风载大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；
和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；
同时和建筑物本身的高度、形状及表面状况有关。
第一页，共26页。
二、单位面积上的风荷载标准值ωK
KZZS0
1、基本风压值ω0 是用各地区空旷地面上离地10m高，统计50
年（或100年）重现期的10分钟平均最大风速计 算得到的。
ω0分别乘以1.1(一般高层建筑)和1.2(特别重 要的高层建筑)。 2、风压高度变化系数μz
在10m以上，随着高度增加，风速加快，风
压值也就加大。
第二页，共26页。
第三页，共26页。
3、风载体型系数μs 一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个
第二十六页，共26页。
规范中，给出的一些风载体型系数：
第五页，共26页。
4、风振系数βz
荷载规范规定，对高度大于30m，高宽比大 于1.5的房屋结构均需考虑风振系数。
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。
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。
2、相关因素
风载大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；
和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；
同时和建筑物本身的高度、形状及表面状况有关。
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二、单位面积上的风荷载标准值ωK
KZZS0
1、基本风压值ω0 是用各地区空旷地面上离地10m高，统计50
年（或100年）重现期的10分钟平均最大风速计 算得到的。
ω0分别乘以1.1(一般高层建筑)和1.2(特别重 要的高层建筑)。 2、风压高度变化系数μz
在10m以上，随着高度增加，风速加快，风
压值也就加大。
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3、风载体型系数μs 一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个
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
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
第三章 风荷载
5.1m
5.1m
6.5m
在高度Z=5.1m、1o.3m、15.3m和20.4m处风压高度系数 μz=1、 1.01、 1.15 和1.26 风振系数：房屋总高度未超过30m，βz=1.0 一榀框架上各楼层处作用的风荷载标准值： Fω4k=(1×1.3×1.26×0.4)×6×(5.1/2)=10.02kN Fω3k=(1×1.3×1.15×0.4)×6×5.1 =18.30kN Fω2k=(1×1.3×1.01×0.4)×6×5.1 =16.07kN Fω1k=(1×1.3×1×0.4)×6×5.1 =15.91kN
HTa
HTS vT
vT
H Ta a HTs s vT vT ( ) ( ) v0 a Z sa v0 Zs
Zs
v0
Zsa
v0a
v0 a v0 (
H TS s H Ta a ) ( ) Zs Z sa
标准地貌α s 非标准地貌α
a
H Ts 2 s H Ta 2 a 1 2 0 a v0 a 0 ( ) ( ) 2 Zs Z sa
( z) z
式中ξ—脉动增大系数 ν—脉动影响系数 φ(z)—振型系数
● 脉动增大系ξ数按以下公式计算,为方便使用制成表3-10
x2
1
● 脉动影响系数υ:
6
4 2 3
(1 x )
如果结构迎风面宽度远小于其高度 ①若外形、质量沿高度比较均匀时，可按表3-11确定 ②当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线 变化时，可按表3-11查得系数再乘以修正系数θB、θυ (θB为构筑物迎风面在高度z处的宽度与底部宽度Bo 的比 值， θυ可按表3-12确定) 如果结构迎风面宽度较大，且外形、质量沿高度比较均匀 时，可根据H/B按表3-13确定 ● 振型系数φ(z)应根据结构动力计算确定，也可近似按教材 式3-31式3-32和式3-33计算，或沿高度比较均匀的高层建筑 可按《建筑结构荷载规范》附录F确定
第3章1-风荷载
式中 n——建筑外围表面数； Bi——第i个表面的宽度；
s ——第i个表面的风载体型系数；
ai ——第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。
3.2 风荷载
3.2.2总体风荷载和局部风荷载
W z z0 (s1B1 cos1 s 2 B2 cos2 ... sn Bn cosn )
3.2 风荷载
3.2.3风洞试验
风洞试验要求在风 洞中能实现大气边界层 内风的平均风剖面、紊 流和自然流动，即能模 拟风速随高度的变化， 大气紊流纵向分量与建 筑物长度尺寸应具有相 同的相似常数。一般， 风洞尺寸达到宽2-4m、 高2-3m、长5-10m时可满 足要求。
3.2 风荷载
例题3-1
计算具有右图平面的 框架-剪力墙结构的总 风荷载及其合力作用 点。18层，高58m， H/B=1.72，D类地区， 地区标准风压 w0=0.70kN/m2。
-0.7
+0.4
-0.7
0 +0.8
-0.5 -0.5
0
-0.5
3.2 风荷载
4.风振系数 z
稳定风压(平均风压——静力): 风速的平均值产生的风压, 使建筑 物产生静侧移； 波动风压——动力：实际风速产生的风压，在平均风压附近 波动。
它把圣保罗大教堂与新的泰特现代艺 术画廊和星球剧院联系起来。这座泰 晤士河上的“千年桥”耗资1820万英 镑，2000年6月10日首次向公众开放时， 桥身出现明显摆动，三天后被迫关闭。 有关部门在这座350米长的步行桥上加 装了91个类似汽车减震器的装置，方 得以重新向公众开放。重新开放后的 千年桥热闹非凡。
伦敦千年桥
4.风振系数 z
3.2 风荷载
考虑范围： 房屋结构 H>30m 且 H/B>1.5 高耸结构 T1>0.25s
s ——第i个表面的风载体型系数；
ai ——第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。
3.2 风荷载
3.2.2总体风荷载和局部风荷载
W z z0 (s1B1 cos1 s 2 B2 cos2 ... sn Bn cosn )
3.2 风荷载
3.2.3风洞试验
风洞试验要求在风 洞中能实现大气边界层 内风的平均风剖面、紊 流和自然流动，即能模 拟风速随高度的变化， 大气紊流纵向分量与建 筑物长度尺寸应具有相 同的相似常数。一般， 风洞尺寸达到宽2-4m、 高2-3m、长5-10m时可满 足要求。
3.2 风荷载
例题3-1
计算具有右图平面的 框架-剪力墙结构的总 风荷载及其合力作用 点。18层，高58m， H/B=1.72，D类地区， 地区标准风压 w0=0.70kN/m2。
-0.7
+0.4
-0.7
0 +0.8
-0.5 -0.5
0
-0.5
3.2 风荷载
4.风振系数 z
稳定风压(平均风压——静力): 风速的平均值产生的风压, 使建筑 物产生静侧移； 波动风压——动力：实际风速产生的风压，在平均风压附近 波动。
它把圣保罗大教堂与新的泰特现代艺 术画廊和星球剧院联系起来。这座泰 晤士河上的“千年桥”耗资1820万英 镑，2000年6月10日首次向公众开放时， 桥身出现明显摆动，三天后被迫关闭。 有关部门在这座350米长的步行桥上加 装了91个类似汽车减震器的装置，方 得以重新向公众开放。重新开放后的 千年桥热闹非凡。
伦敦千年桥
4.风振系数 z
3.2 风荷载
考虑范围： 房屋结构 H>30m 且 H/B>1.5 高耸结构 T1>0.25s
[工学]第3章 风荷载2010年9月
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D — 垂直于流速方向物体截面的最大尺寸 雷诺数很小（小于1/1000），惯性力可忽略，为高粘性
行为 雷诺数很大（大于1000），粘性力影响很小，惯性力起
主要作用
空气流体的作用惯性力起主要作用。
横风向风振产生的原因： 漩涡脱落现象
空气流绕过圆形截面柱体时，沿上风面AB速度逐渐增大， 到B点压力达到最低值，沿下风面BC速度逐渐降低，压力重 新增大。
§3.3 结构抗风计算的几个重要概念
§3.3.1 结构的风力与风效应 1、风力：作用于结构上任
一截面上的风对结构产生三种力： 顺风向风力PD横风向风力PL和扭 力矩PM
2、风效应：风力产生的结构位移、速度和加速度。 对桥梁结构需要考虑风对桥梁结构的竖向作用分量，即 升力。
§3.3.2 顺风向平均风与脉动风
HTa 10
2aa
▪
任意地貌的基本风压W0a与标准地貌的基本风压W0的
关系：
W0a
W0
HT 0 10
2as
HTa 10
2aa
（3-11）
2
由
Wa(z) W0a
v
2
vs
( z )2aa zs
得：W
a
(Z
)
W0a
( Z )2aa 10
Waz
W0
HT 0 10
2as
10 HTa
z
vs zs
v、z — 任一点的平均风速和高度；
(3- 7)
vs、zs — 标准高度处的平均风速和高度，多数国家均规定10m
— 与地貌或地面粗糙度有关的指数，一般采用实测数据
非标准高度处的风压Wa (z)与标准高度处的
风压W0
的关系：
行为 雷诺数很大（大于1000），粘性力影响很小，惯性力起
主要作用
空气流体的作用惯性力起主要作用。
横风向风振产生的原因： 漩涡脱落现象
空气流绕过圆形截面柱体时，沿上风面AB速度逐渐增大， 到B点压力达到最低值，沿下风面BC速度逐渐降低，压力重 新增大。
§3.3 结构抗风计算的几个重要概念
§3.3.1 结构的风力与风效应 1、风力：作用于结构上任
一截面上的风对结构产生三种力： 顺风向风力PD横风向风力PL和扭 力矩PM
2、风效应：风力产生的结构位移、速度和加速度。 对桥梁结构需要考虑风对桥梁结构的竖向作用分量，即 升力。
§3.3.2 顺风向平均风与脉动风
HTa 10
2aa
▪
任意地貌的基本风压W0a与标准地貌的基本风压W0的
关系：
W0a
W0
HT 0 10
2as
HTa 10
2aa
（3-11）
2
由
Wa(z) W0a
v
2
vs
( z )2aa zs
得：W
a
(Z
)
W0a
( Z )2aa 10
Waz
W0
HT 0 10
2as
10 HTa
z
vs zs
v、z — 任一点的平均风速和高度；
(3- 7)
vs、zs — 标准高度处的平均风速和高度，多数国家均规定10m
— 与地貌或地面粗糙度有关的指数，一般采用实测数据
非标准高度处的风压Wa (z)与标准高度处的
风压W0
的关系：
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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Biblioteka 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）
风
迎
背
面为压力（用“+”号表示），侧风面及背
风面为吸力（用“-”号表示），由于存在
侧
涡流，各个面上的风压分布并非均匀。
风对房屋表面的作用力有压力和吸力；风对房屋表面的作用力并非均匀； 且随房屋的体型及尺度而改变。
侧
风
迎
背
侧
风荷载的体形系数μs涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题，对 于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验 确定，鉴于原型实测方法对结构设计的不现实性，目前只能采用相似原理，对拟 建的建筑物模型进行测试。
P 0.65(kN / m2 ) 2.5m 1.625kN / m
7、室外地面处总剪力V=1.625kN/m
wk 2.5m
V
例2： 单层房屋屋盖顶面斜坡部分的风荷载计算，如图，屋面长度L，屋面宽度B，
屋盖顶面斜坡高度h，屋盖坡度α，迎风面体型系数μs1，背风面体型系数μs2，基 本风压为w0，风压高度变化系数μz，确定屋盖顶面斜坡部分的风荷载集中力Fw。
架
A
3.5m Fw
6m
一榀排架
μs1
迎
wk1
μs2
背
A
wk2
6m
Fw
wk3
wk4
取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。
(1)排架柱顶风荷载集中力Fw(标准值)
屋盖迎风面：μs1= 屋盖背风面： μs2=
查表3-7，项次2
(2)风压高度变化系数μz：查表3-5
一
迎
榀
背
排
架
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
(5) 排架柱A、B的均布风荷载标准值:
•查表3-7，项次2，迎风面μs3=0.8；背风面μs4=-0.5。
计
•风压高度变化系数μz，取柱顶处z=5.15m，查表3-5， 迎
算 模
背
B类， 取μz=1.0。 •排架柱A所受的均布风荷载标准值wk3：
迎风面墙受压力
屋顶受吸力
侧墙受吸力
背风面墙受吸力
单层双坡屋面房屋各个面上的风力分布
垂直指向建筑物表面的产生压力 垂直离开建筑物表面的产生吸力
当风流经房屋时，对房屋的不同部位会产生不同的效果。有压力也有吸力。 空气流动还会产生涡流，对房屋局部会产生较大的压力或吸力。
侧 如图，风流经房屋时对房屋的作用，迎风
w0 2gv02
基本风压按规范表格给出的50年一遇的风压值采w用0 ，但单 不位 得面 小于积上的
0.3kN／m2。 对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比空 较气 敏单 感位 的体积重
其他结构（自重较轻的钢木主体结构） ，这类结构g风荷载重 很力 重加 要，速计度m
算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因此基本v0风压应平 适均 当风 提速 高，m/s
P46
由图可知：
1、大城市市区、城市市
550
区、乡镇和郊区及开阔
水面和沙漠的粗糙度依
次减小。
不同地面粗糙度影响下的风速剖面图
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、一般大城市市区HT为 550m；城市市区HT为 450m；乡镇和城市郊区 HT为350m；开阔水面和 沙漠HT为300m。
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；
w0 2gv02
w0单位面积上的风压力kN/m2 空气单位体积重力kN/m3 g重力加速度m/s2
v0 平均风速m/s
• 不全 同的国地不理同位的置地，理大位 气置 条， 件大 是气 不的 同的/g，的 γ和值g均 值不 也相 不同 相， 同风 。速v0与离地
1、迎风面斜坡面积Aw= Lh / sin
背
迎风面斜坡合力Fwk1= wk1 Aw
wk1 Lh / sin
Fwk1的水平分力F1为：
F1 Fwk1 sin
迎
(wk1Lh / sin ) sin
F1
迎
Fw
Fwk1
Fwk2
wk1 A Aw
wk2 Aw
F2
背
wk1Lh z s1z w0 Lh
• 风速越大，风级越大。
• 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。
风力等级表3-1
• 2004年从国际空间站拍摄的飓风“伊万” 云图 • 风速在200km/h以上
飓风“伊万”摧毁的房屋
超高层结构、高耸结构、桥梁、 大型公共项目等，必要时需进行 风洞试验，测试风荷载对结构的 作用，从而为结构设计提供依据。
风力 大
小
台湾、海南、南海诸岛 东南沿海地区 东北、华北、西北地区 青藏高原 长江中下游、黄河中下游地区 云贵高原
四、风力等级 • 风力等级简称风级，是风强度（风力）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，故又称为 “蒲福风力等级”。
• 它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、海浪等的影响大小分 为0~12级，共13级。
2、同理，背风面斜坡合力Fwk2的水平分力F2：
F2 wk 2 Lh z s2z w0 Lh
3、合力Fw : Fw F1 F2 zs1zw0Lh zs2zw0Lh
单层房屋取风振系数z 1.0,令Lh A(垂直于风向的屋盖斜坡的投影面积），则上式变为：
单层房屋的风荷载计算 多层房屋的风荷载计算 高层房屋的风荷载计算
单层房屋的风荷载计算
例1：某小区围墙在风荷载作用下，该围墙离室外地面高度为2.5m，纵向长度为 30m，建于城市郊区，当地基本风压w0=0.5kN/m2。要求确定风荷载作用下室外 地面处的总剪力V值（kN/m），已知体型系数μs如图所示。
地面粗糙度类别划分
《建筑结构荷载规范》将地面粗糙度分成A B C D四类。P48 A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
观测场地空旷平坦地面 上，离地10m高→B类
背
wk2
6m
Fw
wk3
wk4
取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。
(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
第三章 风荷载
飓风、台风，对建筑物造成严重破坏。
3.1 风的有关知识
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 1、台风（飓风）
热带海洋上空产生的一种气旋 2、季风
冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋 夏季：大陆热，海洋冷，风：海洋→大陆
三、我国的风气候总况
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
《建筑结构荷载规范》
2、风荷载体型系数 μs
它描述了建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律（压力或吸力），主要 与房屋的体型和尺度有关，由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题， 对于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验测得。
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 。
1、查P48，城市郊区的地面粗糙度为B类。
2、因为围墙的高度z=2.5m，查P48表3-5，风压高度变化系数μz=1.0 。
3、查P50表3-7，体型系数μs=1.3。
4、根据规定，此围墙可不考虑
风振系数，即βz=1.0。
5、应用P61规范式（3-25）得风荷载的标准值wk：
w k zsz w 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 0 . 5 0 . 6 5 k N / m 2 6、纵向单位长度围墙承受的风荷载合力：
Fw z s1 s2 w0 A
例3：某封闭式双坡屋面仓库，其屋面坡度为1:2.5（α=21.8°）,柱距及屋架间距
均为6m，仓库平面及剖面如图所示，当地基本风压w0为0.45kN/m2，地面粗糙度 为B类，求在图示风向情况下，作用在中间榀排架上的风荷载标准值。