03荷载与结构设计方法-风荷载.ppt
荷载及结构设计
风荷载
建筑物受到的风力作用，与建筑物 的形状、高度和地理位置有关。
雪荷载
积雪对建筑物屋顶和墙面的压力， 取决于降雪量和建筑物的形状。
偶然荷载对结构设计的影响
01
02
03
地震作用
地震产生的水平力和垂直 力对建筑物的影响，需根 据地震烈度进行抗震设计。
爆炸荷载
建筑物内部或外部爆炸产 生的冲击波和碎片对结构 的影响。
03
专门针对建筑结构设计的有限元分析软件，具有高效的计算速
度和丰富的后处理功能。
05 结构优化与创新设计
结构优化方法
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型，实现材料的高效利用和性能提升。
形状优化
调整结构的几何形状，以改善应力分布、提高刚度等性能。
尺寸优化
在给定结构形式下，通过调整构件截面尺寸，实现结构性能的优 化。
案例二
某高层酒店设计。建筑高度200米，地上40层，地下2层。设计荷载包括恒载、活载、雪 载、风载和地震作用。结构设计采用剪力墙结构体系，注重提高结构的抗震性能和舒适度 。
案例三
某高层住宅楼设计。建筑高度150米，地上30层，地下2层。设计荷载主要考虑恒载、活 载、风载和地震作用。结构设计采用框架-剪力墙结构体系，重点优化结构的受力性能和 经济效益。
撞击荷载
如车辆撞击、飞机坠毁等 极端事件对建筑物结构的 冲击。
04 结构分析方法与工具
结构力学分析方法
弹性力学分析
基于弹性力学理论，对结 构进行应力、应变和位移 分析，适用于小变形和线 性材料行为的情况。
塑性力学分析
考虑材料的塑性变形行为， 对结构进行极限分析和设 计，适用于大变形和非线 性材料行为的情况。
荷载与结构设计方法-风荷载
A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取地面粗糙度指数αA =0.12，梯度风高度 H=T3A 00m。
B类是指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，
取地面粗糙度指数 αB =0.16，梯度风高度 HTB 350m。 C类是指有密集建筑群的城市市区，取地面粗糙度指数 αC =0.22，梯度风 高度 HTC 400m。
6～11
3
微风
0.6
1.0
渔船渐觉簸动，随风移行每小时 5～6km
树叶及微枝摇动不息，旌旗展开
12～19
4
和风
1.0
1.5 渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动
20～28
5
清劲风
2.0
2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波
29～38
6
强风
3.0
4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难
75～88 89～102
11
暴风
11.5
16.0 汽船遇之极危险
陆上很少，有时必有重大损毁
103～117
12
飓风
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
118～133
<10
1～3 4～6 7～10 11～16 17～21 22～27 28～33 30～40 41～47 48～55 56～63 64～71
0～0.2
0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9
风荷载
不同重现期换算式 ①.重现期不同→最大风速的保证率不同→相应最大风速值不同 ②.不同结构设计→可能采用不同重现期的基本风压→需了解不同 重现期的风速和风压→进行换算 ③.我国规范→根据风压统计资料→风压概率分布→由重现期与超 越概率或保证率关系→不同重现期的风压→不同重现期与常规 50 年重现期风压比值μ T→列表→拟合成公式
脉动风计算：脉动风→随机过程（教材 45 页图 4-8）→根据频率特性 →采用功率谱密度的动力计算手段（能量的概念）→将 时间域上的问题转换为频率域上的问题 横风向： 概念： 横风向力较顺向风力小很多→对于对称结构横向风力可以忽略
风荷载 →对细长柔性结构（高耸塔架、烟囱、缆索等）→引起很大的 动力效应→即风振→为不稳定的空气特性形成→其引起的效应 与结构截面的形状、雷诺数（Reynolds Number ）有关 雷诺数：
梯度风高度与地面粗糙程度关系：
地面越粗糙→风速变化越慢（α 越大）→梯度风高度越高 地面越平坦→风速变化越快（α 越小）→梯度风高度越低
风荷载
基本风速 v0s 测定高度 zs 梯度风高度 HTs 风速变化指数α 风速 v0a 测定高度 za 梯度风高度 HTa 风速变化指数α
设标准地貌→
任意地貌→
风荷载
↓ 存在气压 沿地球径向→大气冷却收缩→气流由高空向地表下沉┓
低空→受指向低纬度气压梯度作用→空气由高纬度流向低纬度地区 高空→ 气压梯度指向高纬－－－→空气则由低纬度流向高纬度
地球→
自转 表面大陆与海洋存在差异
→大气环流改变→
→三圈环流模型→平均径向环流形式（教材中图 4-1） 风的类型： 台风：热带洋面上形成的低压气旋←弱的热带气旋性涡旋产生→磨擦 作用产生复合气流→大量暖湿气流被带到涡旋内部→产生上 升和对流运动→释放潜热→涡旋中心空气柱温度↑→形成暖心 →涡旋内部空气密度减少，下部海面气压下降→低涡增强，复 合加强→更多水气向中心集中→循环不止→逐渐增强→形成台 风 季风： 冬季→大陆辐射冷却强烈→温度低→形成高压→与大陆相邻的海 洋→水热容量大→辐射冷却比大陆慢→温度比大陆高→气压低 →气压梯度由大陆指向海洋→风由陆地吹向海洋 与冬季相反→风由海洋吹向陆地 风与一年四季有关→形成季风 风级：风力等级的划分→12 级（教材中 37 页）→按风所引起的现象 划分 夏季→则
《荷载与结构设计方法》
荷载与结构设计方法课程框架说明1.典型建筑工程图示法国的埃菲尔铁塔迪拜塔160层，总高828米，比台北101高出320米。
迪拜塔由韩国三星公司负责营造，2004年9月21日开始动工，2010年1月4日竣工启用，同时正式更名哈利法塔。
美国胡佛水坝塞金纳特伯桥（Salginatobel Bridge ），瑞士工程师R.Maillart 于1930年设计。
建筑师们说：“在桥上漫步是一种真正的精神上的享受。
你和高山、白云、蓝天那么靠近，美国旧金山的金门大桥，瑞士工程师O.Ammann于1937年设计。
“它造型优美，比例协调，是桥梁工程的一颗明珠，以致于本世纪的设计师们已无法超越了。
”西班牙塞维利亚阿拉米罗大桥（Alamillo Bridge），圣地亚哥·卡拉特拉瓦（Santiago Calatrava）于1992年设计。
京珠高速公路洋碰隧道2.若干建筑工程作用、荷载示例（1）风荷载：塔科马吊桥坍塌台风莫拉克袭击台湾（2）地震作用智利大地震（3）上海莲花河畔景苑建筑工程事故南北两排房子间的基坑（地下车库）南北两排房子间的基坑（地下车库）3.本课程的主要内容（1）建筑工程结构构件或体系各种作用和荷载的确定以及计算方法；（2）结构杆件或体系设计值中作用和荷载的组合方法，抗力值的确定考虑的随机因素。
第一章荷载与作用内容提要一、结构上的作用及其分类1、“结构上的作用”的定义2、“结构上的作用”的分类二、荷载分类一、结构上的作用及其分类1、“结构上的作用”的定义⇒施加在结构上的集中力或分布力，以及引起结构外加变形或约束变形的原因（地震、基础沉降、温度变化、焊接等）的总称ö施加在结构上的集中力或分布力⇒直接作用（荷载）ö引起结构外加变形或约束变形的原因⇒间接作用2、“结构上的作用”的分类u按随时间的变异分类ö永久作用⇒在结构使用期间，其值不随时间而变化，或其变化值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作用⇒【例如】结构自重，土压力、预加力、基础沉降、焊接、水的浮力、混凝土收缩及徐变作用等ö可变作用⇒在结构使用期间，其值随时间而变化，且其变化值与平均值相比不可以忽略不计的作用⇒【例如】安装荷载、楼面活荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、汽车荷载、汽车离心力、汽车制动力、流水压力、冰压力、温度作用等ö偶然作用⇒在结构使用期间，不一定出现，但一旦出现，其量值很大且持续时间较短的作用⇒【例如】地震作用（地震力和地震加速度等）、爆炸、船舶或漂流物的撞击作用、汽车撞击作用等【思考题】水压力属于何种作用？v按随空间位置的变异分类ö固定作用⇒在结构空间位置上具有固定的分布【例如】工业与民用建筑楼面上的固定设备荷载、结构构件自重等ö可动作用⇒在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布【例如】工业与民用建筑楼面上的人员荷载、吊车荷载等w按结构的反应分类ö静态作用⇒不使结构或结构构件产生加速度，或产生的加速度可以忽略不计【例如】结构自重、住宅与办公楼的楼面活荷载等ö动态作用⇒使结构或结构构件产生不可忽略的加速度【例如】地震、吊车荷载、设备振动、作用于高耸结构上的风荷载等二、荷载分类ð按作用时间的长短和性质ö永久荷载⇒在结构使用期间，其值不随时间而变化，或虽有变化，但变化不大，且其变化值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。
《风荷载规范讲解》课件
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。
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3章 风荷载
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
平均
风洞试验
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
《高层混凝土规程》的补充规定
荷载与结构设计方法
第3章：风荷载
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
3
1.1
热带气旋
1) 概念
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。
Ⅱ类场地，基本风压
，已知结构基本自振周期1.9s。
(墙厚300mm)
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 wk = Z ms mZ w0
(1)基本风压值
(2)风荷载体形系数 (3)风压高度变化系数
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，
多层房屋的风荷载
• 考虑风振的情形 (1) H＞30m、H/B(窄边宽度)＞1.5同时满足
(2) 自振周期T1＞0.25s的高耸结构
(3) 跨度＞36m的屋盖
高层建筑自振周期的确定
《荷载规范》
总风荷载的确定
风荷载的等效换算
例题
例∶已知剪力墙结构如图所示，38层，123.5m高，位于城市郊区
第三讲：风荷载(6课时) 2
36.9m
24.8m
12.25m
24.5m
（B—受风宽度）
(7)基底剪力： 基底弯矩：
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7
例题8
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。
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
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
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
[工学]风荷载
![[工学]风荷载](https://img.taocdn.com/s3/m/b719d8671711cc7931b71628.png)
沿下风面BC速度逐渐降低（ v ↓），压力重新增大。
气流在BC中间某点S处速度停滞（ v =0），生成旋涡，并在外流 的影响下以一定周期脱落（脱落频率fs）---Karman 涡街 当气流旋涡脱落频率fs与结构横向自振频率接近时，结构发生 共振，即发生横向风振 。
圆筒式结构三个临界范围
雷诺数 Re=
弯曲型：
2 3 z
4
0.7
z
当悬臂型高耸结构的外形由下向上逐渐收近，截面沿高度按连续规律 变化时，其振型计算公式十分复杂。此时可根据结构迎风面顶部宽度BH 与底部宽度B0的比值，按表3-10确定第1振型系数。
4.脉动影响系数 脉动影响系数主要反映风压脉动相关对结构的影响。
《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)对于高耸结构和高层建筑， 考虑结构外形和质量沿高度分布的不同状态，给出了脉动影响系数表311供设计时直接查用。
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上升
二、两类性质的大风 1、台风 发生在热带海洋上空的一种气旋。 2、季风 由于地球表面性质不同，热力反映有所差异引起的。
1 2 2 W0 v0 v0 2 2g
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。
2、基本风压w0
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压 地貌（地面粗糙度） 空旷平坦地貌 高度 10米高为标准高度
公称风速时距
=10min
公称风速 v0
~ 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
第3章1-风荷载
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
- 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)。
第3章 风荷载
风压高度变化系数
表3-5 风压高度 0 变化系数
1.20
第3章 风荷载
风压高度变化系数
山坡和山峰的其他部位如图3.3所示，取A、C处的修正 系数 、 为1，AB间和BC间的修正系数按 的线性插值确定。
图3.3 山坡和山峰示意图 1.21
第3章 风荷载
风压高度变化系数
(2) 山间盆地、谷地等闭塞地形 η =0.75～0.85；对于与 风向一致的谷口、山口， η=1.20～1.50。
10.0 汽船航行困难
9.0
12.5 汽船航行颇危险
11.5
16.0 汽船遇之极危险
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 陆上少见，有时可使树木拔起或将建筑物吹 毁 陆上很少，有时必有重大损毁
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
1～5
6～11
12～19 20～28 29～38 39～49 50～61 62～74 75～88 89～102 103～117 118～133
图3.4 封闭式双坡屋面风荷载体型系数
1.23
第3章 风荷载
风荷载体型系数
二、 群体风压体型系数
当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近 时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，使得房屋某些部位的 局部风压显著增大。设计时可将单体建筑物的体型系数 乘以 相互干扰增大系数，该系数参考类似条件的试验资料确定； 必要时宜通过风洞试验得出。
10s
5s
1.12
时距换算系数
0.940
1.00
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
1.35
1.39
第3章 风荷载
风压
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。
(3-1)
式中， W 0 ——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)；
v0 ——风速(m/s)。
1.7
第3章 风荷载
风压
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
W 02 gv020 2 .0 19 2.0 8 1 0 8v021v 60 3 20(K N/m 2)
1.10
第3章 风荷载
风压
三、非标准条件下的风速或风压的换算
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3-2取值。
律可用指数函数来描述，即：
v z
v 0
z 0
(3-3)
式中v ——任一高度z处任平一均高风度速(m；)；
z 0
——离地面标准高度，
通常取为10m；
a ——与地面粗糙度有关的指数，
地面粗糙度越大，a 越大。
1.15
图3.2 不同粗糙度下的平均风剖面
风压高度变化系数
第3章 风荷载 风 压
一、风速与风压的关系
风的强度常用风速表示。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。 在规定条件下确定的风速称为基本风速，
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：
W0 12v02 2gv02
由式(3-1)可知，风压与风速的平方成正比，将式(3-3)代入，
可得：
2
W(z) v2 z
W 0
v2
0
z 0
(3-4)
式中， (z)——任一地貌高度z处风压；
0 ——任一地貌标准高度处风压。
整理式(3-4)，并将标准高度 =10m代入，可得：
z
W(z)W ( )2
10 0
(3-5)
第3章 风荷载
表3-4 不同重现期与重现期为50年的基本风压换算系数
重现期/年
100
60
50
40
30
20
10
5
重现期换算系数
1.10
1.03
1.00
0.97
0.93
0.87
0.77
0.66
1.14
第3章 风荷载
风压高度变化系数
地面粗糙度等级低的地区，其梯度风高度比等级高的地区低，
如图3.2所示。
根据实测结果分析，大气边界层内平均风速沿高度变化的规
<10
1～3 4～6 7～10 11～16 17～21 22～27 28～33 30～40 41～47 48～55 56～63 64～71
0～0.2
0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8.0～10.7 10.8～13.8 13.9～17.1 17.2～20.7 20.8～24.4 24.5～28.4 28.5～32.6 32.7～36.9
第3章 风荷载
1.2
第3章 风荷载
1.3
第3章 风荷载
1.4
第3章 风荷载
1.5
第3章 风荷载
四、风级—13级
风力 等级
名称
海面状况浪高/m
一
最
般
高
海岸渔船征象
陆地地面物征象
距地10m高处相当风速
km/h
mile/h
m/s
0
静风
-
-静
静、烟直上
<1
1
软风
2
轻风
3 4 5 6 7 8 9 10 11
1.9
第3章 风荷载
风压
4. 最大风速的样本时间——一年 由于气候的重复性，风有着它的自然周期，每年季节性 地重复一次。因此，年最大风速最有代表性。 5. 基本风速的重现期:工程设计时，一般应考虑结构在使 用过程中几十年时间范围内，可能遭遇到的最大风速。该最 大风速不是经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间 隔时间称为重现期。
(3-2)
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 / g 气压、气温和温度的函
数，因此，各地的 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。
根据统一规定，《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)给出了全 国各城市50年一遇的风压值，见表2-1。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》(GB 50009—2001)中全国 基本风压分布图(附图2)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。
对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化
系数可按A类粗糙度类别，除由表3-5确定外，还应考虑表3-6 中给出的修正系数。
表3-6 远海海面和海岛修正系数
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
1.22
第3章 风荷载
风荷载体型系数
一、 单体风载体型系数（表3-7） 图 3.4 所示为封闭式双坡屋面风荷载体型系数在各个面上的 分布，设计时可以直接取用。图中风荷载体型系数为正值， 代表风对结构产生压力作用，其方向指向建筑物表面；风荷 载体型系数为负值，代表风对结构产生吸力作用，其方向离 开建筑物表面。
1.13
第3章 风荷载
风压
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3-4取值。
1.0
1.5 渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动
2.0
2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波
3.0
4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难
4.0
5.5 渔船停息港中，在海上下锚
5.5
7.5 近港渔船皆停留不出
7.0
1.8
第3章 风荷载
风压
二、 基本风压：按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所 确定的风压。
1. 标准高度的影响：风速随高度而变化。离地表越近，由 于地表摩擦耗能越大，因而平均风速越小。 标准高度：房建10m；桥梁20m
2. 标准地貌的规定：同一高度处的风速与地貌粗糙程度 有关。地面粗糙程度高，风能消耗多，风速则低。
式中，
z
为任意地貌下的风压高度变化系数，a
应按地
面粗糙度指数 和假定的梯度风高度 确定，并随离地面
1.17 高度z而变化。
第3章 风荷载
风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》(GB 50009— 0 2001)将地面粗糙度分为A、B、C、
D四类。
A类是指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取地面粗糙度指数αA =0.12，梯度风高度 =H 3T A00m。