高度换算平均风速梯度风剖面
第十讲 风洞试验技术
1.2 试验模型
z(1) 精确的结构物模型 z(2) 简化的周边环境模型 z(3) 概略的上游地表模型
1.3 风洞试验分类
风环境风洞试验 风洞试验 建筑结构风洞试验
桥梁结构风洞试验
1.3 风洞试验分类(续)
风环境
地面或行人风环境(Pedestrian level) 建筑物周边风环境 (Topography model) 环境空气动力学试验(Environmental aerodynamics)
U
动力：CW (dTw / dt ) = W − H
τ = CW /[(∂H / ∂Tw ) − (∂W / ∂Tw )]
图2. 热线风速仪
2.4 平均风速指标
z(1) 不同高度平均风速 z(2) 风剖面指数α z(3) 梯度风高度
2.5 脉动风速指标
z(1) 紊流强度： I = σ u , I = σ v , I = σ w
P static
Pt
=
Ps
+ Pd
=
P0
+
1 2
ρaU 2
P total
Pd
=
Pt
− Ps
=
1 2
ρaU 2
=
ρ w gΔh
U=
P dyn
2g
ρw ρa
Δh
ρ w
图1. 皮托管测压
2.3 试验设备
z(2) 热线风速仪——脉动风速
静力：W = H
( ) W = I 2Rw, H = A1 + B1 U (Tw − Te )
H
¾ 4. 表面测压试验
4.1 模型要求 z(1) 刚性——外型无变形 z(2) 不漏气——压力为常数 z(3) 外形相似
2012新规范风荷载计算及其在PKPM软件中的实现
度变化系数 及基本风压 这三项因素，下面首先讨论顺风向作用下的静荷载计算：
1.1 基本风压
2012 规范在 2001 规范数据的基础上进行了重新统计，部分城市在补充新的气象资料重新统计后，基本 风压有所提高。
1.2 体型系数
2012 规范中表 8.3.1 中增加了第 31 项，对于高度超过 45m 的矩形截面高层建筑需考虑深宽比 D/B 对背 风面体型系数的影响。当平面深宽比 D/B≤1.0 时，背风面的体型系数由-0.5 增加到-0.6，矩形高层建 筑的风力系数也由 1.3 增加到 1.4 。 8.3.2 条还增加了矩形平面高层建筑的相互干扰系数取值。 在 PKPM 软件中，基本风压和体型系数由设计人员直接指定，以上两项变化需由设计人员确认并在软 件参数中体现，软件不做改变。
1.3 风压高度变化系数
2012 规范在保持划分 4 类粗糙度类别不变的情况下，适当提高了 C、D 两类粗糙度类别的梯度风高度，
由 400m 和 450m 分别修改为 450m 和 550m。B 类风速剖面指数由 0.16 修改为 0.15，适当降低了标准
场地类别的平均风荷载，具体变化如下：
2001规范
图4 从图 4 对比可知 2012 规范四类场地的风振系数均比 2001 规范明显提高，为比较相对变化规律，对于
100 米、200 米和 400 米的结构，分别比较了不同高度处风振系数 2012 规范相比 2001 规范的百分比差 异，以 C 类地区为例，仍然假定基本风压 0.5KN/m2，阻尼比 5%，高宽比等于 5，考虑结构基本周期
≥ 0.74
µ
C z
= 0.544
z
0.44
10
µ
C z
≥
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
基于WASP软件对某风电场的风资源评估研究
通常称 w 为该时刻的风能密度。 从上面两个式子不难看出，风能与平均风速 V 的立方成 正相关，因此对平均风速分布的预测是重中之重。平均风速 的大小与当地的地理位置气候条件等状况密切相关。 1．1．2 年有效小时数 风力发电机的切入速度一般为 3 m /s 或 5 m /s（ 大型风 机） ，而切出速度一般为 24 m / s。在切入速度与切出速度之 间的速度为有效风速。通常来说切入速度和切出速度会根 据风机的型号尺寸和功率发生相应变化。年有效小时数是 指将每年符合上述要求得风速样本进行累计，然后按年取平 均值。 1．1．3 平均风速和风能统计特性 对于观测时间大于一年的平均风速变化一般采用概率 论的方法进行描述。Weibull 分布常常被用来描述一年内平 均风速的变化。Weibull 分布的公式如下：
·其
他·
基于 WASP 软件对某风电场的风资源评估研究
李天成，吴凤波，李 艺，程 旭
（ 西南交通大学土木工程学院，四川成都 610031）
【摘 要】 文章主要讨论和分析了风电场宏观选址和微观选址的方法和主要指标。针对某风电场中已 经建立的测风塔观测数据，首先对数据进行整理和修正，然后利用美国航天局的高程数字 SＲTM 信息地图资 料作为风电场矢量图的来源，最后运用 WAsP 软件对该区域测风塔观测时间内的风资源进行评估，并得到该 区域的风功率密度和年平均发电量。
w珔 = 1 ρc3 Γ（ 3 + 1）
2
k
1．1．4 平均风剖面
由于平均风速一般是指距离地面 10 m 处的风速，所以
一般讨论的风能也是指距离地面 10 m 处的风能。然而风力
发电机的轮毂高度一般距离地面 50 m，因此就需要利用平均
2012新荷载规范风荷载调整理解
2012新荷载规范风荷载计算及其在PKPM软件中的实现引言相对于上一版规范GB50009-2001（以下简称2001规范），《建筑结构荷载规范》GB50009-2012（以下简称2012规范)对风荷载的计算方法做了较大的修改。
其中不仅调整了风压高度变化系数和体型系数等静力计算—高度z处的风振系数；—风荷载体型系数；—风压高度变化系数；—基本风压。
、风 2 (1) 如果不考虑结构在风荷载作用下的动力响应，则由平均风压引起的静荷载取决于体型系数压高度变化系数1.1 及基本风压这三项因素，下面首先讨论顺风向作用下的静荷载计算：基本风压2012规范在2001规范数据的基础上进行了重新统计，部分城市在补充新的气象资料重新统计后，基本风压有所提高。
1.2 体型系数2012规范中表8.3.1中增加了第31项，对于高度超过45m的矩形截面高层建筑需考虑深宽比D/B对背风面体型系数的影响。
当平面深宽比D/B≤1.0时，背风面的体型系数由-0.5增加到-0.6，矩形高层建筑的风力系数也由1.3增加到1.4 。
8.3.2条还增加了矩形平面高层建筑的相互干扰系数取值。
在PKPM软件中，基本风压和体型系数由设计人员直接指定，以上两项变化需由设计人员确认并在软件参数中体现，软件不做改变。
1.3 风压高度变化系数2012规范在保持划分4类粗糙度类别不变的情况下，适当提高了C、D两类粗糙度类别的梯度风高度，由400m和450m分别修改为450m和550m。
B类风速剖面指数由0.16修改为0.15，适当降低了标准场地类别的平均风荷载，具体变化如下：2001规范2012规范zAz1.37910 z1.00010 z0.61610 z0.318100.24z 1.170.32AzAz1.28410 z1.00010 z0.54410 z0.262100.24z 1.090.30Bz 1.00 (2)0.44AzBBB z 1.00 z0.44Cz0.60Cz0.74Czz 0.650.60CDzBz0.62Dzz 0.51B图1列出了四类地貌的风压高度变化系数的新旧规范对比，可以直观看出2012规范四类地区风压高度变化系数均比2001规范减小：图1在PKPM软件中，风压高度变化系数由程序根据上述公式自动进行计算。
桅杆结构脉动风速模拟与风荷载计算
时间改变的量；而脉动风则具有明显的随机性，一 般可用零均值平稳Ｇａｕｓｓ随机过程来描述．作用 于结构上任意处的风速为平均风速和脉动风速之
和，风的模拟主要是针对脉动风而言的． １．１平均风速剖面
平均风沿高度的变化规律，常称为风速梯度 或风速剖面．平均风速随高度的变化的规律常采
［６３
Ｏｗｅｎ
Ｊ Ｓ，Ｅｃｃｌｅｓ Ｂ Ｊ，Ｃｈｏｏ Ｂ Ｓ，ｅｔ ａ１．Ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａ—
ｓｅｒｉｅｓ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ
ｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｔｏ－ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ ｔｉｍｅ
ｔｉｍｅ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｃｉｖｉｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
ｋ＝１
ｌ一０，１，２，…，Ｎ一１
（１１）
２．２脉动风荷载计算 当不考虑结构与风的耦合作用及漩涡影响 时，根据Ｂｅｒｎｏｕｌｌｉ定理，自由流动的风速提供的 单位面积上的风压力为…］
ｗ＝妄弦２
∞，ｌ（叫）＝ｅｘｐ（一互Ｇ７【口ｗ‘△ｌｕｚ））
（６）
（１２）
结构任一高度处的瞬时风速Ｖｉ为平均风速 矿ｉ与脉动风速口；之和：Ｖ；＝彰＋奶 则作用在结构上的风压ｗ
Ｚ
《 杂 崖
ｔ／ｓ
－∥Ｈｚ ｂ）清波叠加法
图３上层纤绳与杆身连接处（高度１１５ ｍ）的风荷载时程
图５高度１２５ ｍ处的脉动风自功率谱比较
万方数据
・１０６０・
武汉理工大学学报（交通科学与工程版）
ｍ
２０１０年第３４卷
为了检验模拟精度，本文将桅杆高度为５５
［２３
Ｄｅｏｄａｔｉｓ Ｇ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｒｇｏｄｉｃ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ
脉动风紊流度的相关参数分析
脉动风紊流度的相关参数分析董新胜;张军锋;杨洋;管品武【摘要】从自然风的基本特性入手,在系统介绍相关背景参数和假定的基础上,包括平均风速剖面U(z)、粗糙高度z0、表面阻力系数κ、剪切速度u*、湍流幅值σu 以及零平面位移zd和参数β等,选择多国荷载规范对其紊流度I(z)取值进行对比分析.对比发现,尽管我国荷载规范GB 50009-2012在修订中提高了I(z)取值,但相较美国、日本和欧洲规范和我国公路桥梁抗风规范,其取值依然偏低,尤其对于A类和B类地区.另外,详细分析了I(z)与粗糙高度z0和表面阻力系数κ等参数的函数关系,为脉动风数值模拟的参数取值提供了参考.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2019(035)003【总页数】6页(P155-160)【关键词】脉动风;紊流度;粗糙高度;表面阻力系数【作者】董新胜;张军锋;杨洋;管品武【作者单位】国网新疆电力公司电力科学研究院,乌鲁木齐830011;郑州大学土木工程学院,郑州450001;国网新疆电力公司电力科学研究院,乌鲁木齐830011;郑州大学土木工程学院,郑州450001【正文语种】中文0 引言受大气湍流和地表粗糙度的影响,自然风本身存在显著的脉动性,这也是结构顺风向风振的主要原因[1-3]。
准确地描述和确定自然风速的脉动性是结构风振效应试验或计算分析的基础。
尽管各国规范[4-8]都采用紊流度描述风速的脉动性,但各国规范紊流度的定义方式、具体取值以及基本假定都存在一定的差异。
尤其是紊流度的定义均针对具体的地貌类型,而各国规范对地貌类型的定义并不一致,这就给规范间的参考借鉴带来了诸多障碍。
随着我国工程界逐步走出国门承揽国际项目,有必要深入了解各国规范对紊流度的定义及差别,为国际工程设计咨询提供参考。
同时,对紊流度所涉及的相关背景参数的准确理解也是脉动风模拟的必要基础。
因此,本文从自然风的基本特性入手,在系统介绍相关背景参数的基础上,选择多国荷载规范如中国的GB 50009—2012和GB 50009—2001[4]、美国的ASCE7-10[5]、日本的AIJ-2004[6]、欧洲的EN-2010[7]以及公路桥梁抗风规范JTG D60-1—2004[8]等多部规范,对其紊流度取值进行对比分析。
超强台风山竹近地风场特性实测
第49卷第5期2021年5月同济大学学报（自然科学版）JOURNAL OF TONGJI UNIVERSITY（NATURAL SCIENCE）Vol.49No.5May2021论文拓展介绍超强台风山竹近地风场特性实测谢壮宁1，段静1，刘慕广1，张丽2（1.华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室，广东广州510641；2.深圳市国家气候观象台，广东深圳518040）摘要：基于356m高的深圳气象梯度塔（SZGMT）的实测风速时程数据，分析了超强台风山竹侵袭过程风场特性的竖向分布规律。
结果表明，SZGMT上游地面的平均风速剖面指数为0.238，略高于建筑结构荷载规范（GB50009-2012）的C 类地貌的指数值；纵向湍流强度接近GB50009-2012D类地貌的建议值，三向湍流强度比值较我国公路桥梁抗风设计指南的建议值小，并随高度的增加而增大；阵风因子和湍流强度呈高度线性相关，各向峰值因子的拟合结果接近2.5；纵向湍流积分尺度略大于日本规范AIJ2004和美国规范ASCE7-2010的建议值；实测纵向风速谱和Von Karman谱具有较好的一致性。
关键词：风场特性；剖面；下垫面；台风实测中图分类号：TU312.1；TU317.2文献标志码：A Field Measurement of Near-Ground Wind Characteristics of Supper Typhoon MangkhutXIE Zhuangning1，DUAN Jing1，LIU Muguang1，ZHANG Li2（1.State Key Laboratory of Subtropical Building Science，South China University of Technology，Guangzhou510640，China；2. Shenzhen National Climate Observatory，Shenzhen518040，China）Abstract：Based on the wind speed records from the 356m high Shenzhen Meteorological Gradient Tower （SZMGT），this paper analyzes the vertical distribution of wind characteristics during the invasion of the super typhoon Mangkut.The results show that：the mean wind speed profile exponent of the upstream surface of the SZGMT is0.238，which is slightly higher than that of the Load Code for the Design of Building Structures （GB50009-2012）for terrain category C.The longitudinal turbulence intensity distribution is close to the recommended value of GB50009-2012for terrain category D.The three-direction turbulence intensity ratio is smaller than the recommended value of Highway Bridge Wind Resistance Design Guide，and increases with the increase of height.The gust factor is highly linear with the turbulence intensity，and the fitting result of the peak factor is close to2.5.The observed longitudinal turbulence integral scale profile is slightly larger than the recommended value of AIJ2004and ASCE7-2010，and the longitudinal wind speed spectra are consistent with Von Karman spectrum.Key words：wind characteristics；wind profile；underlying surface；typhoon observation在强（台）风作用下边界层高度范围内风场特性参数（包括平均风速剖面、湍流强度剖面、脉动风速功率谱密度和湍流积分尺度剖面等）的科学描述对于风敏感结构的风效应评估和抗风设计具有十分重要的意义。
高度换算平均风速梯度风剖面
k 1 {1 0.13ln[ ln(1 1 )]}
E(x) 0.5772
x
6
1 n
x
E(x)
n
n
i 1
xi
(xi x)2 1
x [ i1 n 1 ]2
可求得参数 和
对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速
x x ln( ln F )
另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为
• 标准条件 标准高度——10米高 标准的地面粗糙度类别——空旷平坦地面， 重现期 平均风概率分布类型 平均风时距 .
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是 经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时 期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而 重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，
年份
年最大风速（m/s） 15.0
22.7
15.3
14.0
12.3
17.0
18.3
16.3
19.0
14.0
解：
10
平均值、根方差：
x
1 10
10 i 1
xi
16.39(m /
s)
x
[
i 1
( 9
3.02(m / s)
6 [0.57722 ln( ln 0.98)] 2.59
w0
w0
( a )2 10
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
粗糙度类别
描述
zG (m)
A
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
300 0．12
hiwind气象参数
hiwind气象参数
1.高空风速：测量高度上的风速，通常以米每秒（m/s）或节（kt）
为单位。
2.高空风向：测量高度上的风的方向，通常以度数表示（例如，北
风为0度，顺时针方向递增）。
3.高空风剖面：通过多个高度点的测量数据，得出高空风速和风向
随高度的变化情况。
4.高空风切变：指的是高空风速和风向随着高度变化的差异。
风切
变的存在对于飞行、风能发电以及其他气象应用都具有重要意义。
5.高空风能资源评估：通过对 HiWind 数据的分析和建模，可以评
估高空风能资源的潜力和可利用性，从而辅助决策制定和风能项目的规划。
高海拔输电线路风荷载特性及杆塔结构优化研究
高海拔输电线路风荷载特性及杆塔结构优化研究一、技术类别实用关键技术。
二、总体目标针对高海拔风场特性实测数据缺乏、无法支撑高海拔输电线路精益化抗风设计的问题，通过开展高海拔风环境现场实测、理论分析和杆塔结构优化研究，掌握空气密度及风压随海拔高度的变化规律，揭示高海拔地区反映输电线路几何尺度的风剖面、湍流积分尺度特征，提出高海拔输电线路空气密度、风压高度变化系数和阵风响应系数等风荷载参数的计算方法和推荐取值，优化高海拔输电线路杆塔塔型，制定高海拔输电线路抗风设计技术导则，为实现高海拔输电线路差异化设计、提高线路安全性和经济性提供理论依据和技术支撑。
三、课题设置情况1、高海拔风环境全要素实测及风压修正方法研究；2、高海拔杆塔风荷载特性及计算方法优化研究；3、高海拔导线风压不均匀特性及风荷载计算方法研究；4、高海拔杆塔结构抗风优化设计技术研究。
四、项目实施期限本项目研究的起止时间为 2021 年 1 月至 2023 年 12 月。
五、课题内容课题1：高海拔风环境全要素实测及风压修正方法研究主要研究内容：（1）研究高海拔输电线路风速及气温、湿度和压强测点的优化布置方案，开展高海拔输电线路风环境全要素同步测试研究；（2）研究相同海拔高度平原、山丘两类地貌下风速及气温、湿度和压强的差异，研究地貌类型对高海拔空气密度及风压的影响；（3）研究海拔高度、气温、湿度和压强对空气密度及风压的影响规律，研究高海拔输电线路空气密度及风压的修正方法。
预期目标：提出海拔 3000～5000m 输电线路空气密度及风压的修正方法，为基于实际风压的高海拔输电线路差异化抗风设计提供理论依据。
考核指标：（1）获得 3000～5000m 海拔、5 个梯度高度、平原和山丘两类地貌，1 年以上风速/风向及气温、湿度和压强实测数据；（2）提出 3000～5000m 海拔、反映高海拔地貌类型、海拔高度影响的输电线路风压修正方法；（3）申请发明专利 1 项；（4）发表核心期刊或三大检索论文 1 篇。
山地建筑风压高度系数修正系数
220山地建筑风压高度系数修正系数陈苗苗温州设计集团有限公司摘要：我国山区面积占全国总面积的2/3，伴随着城市化进程的加快，出现了山地建筑开发设计的热潮。
本文以温州市林宋组团林里片区地形为例，对本地块做了地形模拟风洞试验，选取5个点进行实测，再通过与我国和美国的荷载规范计算值进行对比，总结本地块的风压高度系数修正系数。
关键词：山地建筑；风压高度系数；温州林里山区；规范一、引言山地建筑在结构设计中风压高度系数该如何修正，直接影响建筑的安全及造价，合理的选取风压高度系数修正系数，将尤为重要，本文提供了温州林里片区地形模型风洞试验所采用的技术参数及试验结果，将试验数据与规范计算数值进行对比，以及由试验结果换算成风压高度系数修正系数的计算方法。
二、正文风压高度变化系数是从某一高度的已知风压(如高度为10米的基本分压)，推算另一任意高度风压的系数。
风压高度变化系数随反映风压随不同场地、地貌和高度变化规律的系数。
以规定离地面高度的风压为依据，为不同高度风压与规定离地面高度风压的比值。
对于山区建筑，我国建筑结构荷载规范(GB50009-2012)采用风压高度变化系数修正系数衡量山区地形的风速加速效应。
中国规范关于风压高度变化系数修正系数的规定具有以下几点缺陷：首先，规范对于山顶的修正系数计算采用线性函数，而大量实测及试验结果均表明，修正系数随高度的变化复杂，线性函数难以准确描述该变化规律；其次，山坡至山顶间的风速分布也不是线性的，使用线性插值并不能合理地反映出山顶的风速变化；最后，规范给出的计算公式适用于理想的二维山体，而对于实际更为常见的复杂山体，该计算公式适用范围有限。
美国荷载规范ASCE7-10也给出了山体地形中风速修正的相关规定。
美国规范规定，当建筑物、其它场所条件和结构位置遇到如下特定条件：在整体地形上有突变的孤山、山脊和悬崖时，需考虑在任意地貌类别下风速的增大效应。
而这种因地形引起的风加速效应是通过考虑地形修正因素η来实现。
风洞试验——精选推荐
风洞试验玻璃幕墙风荷载是玻璃幕墙设计诸荷载(作⽤)中最重要的⼀项。
它的取值直接影响玻璃幕墙的安全，尤其是体型复杂的⾼层建筑玻璃幕墙的设计风荷载更要慎重采⽤。
《玻璃幕墙⼯程技术规范》JGl02—2003规定：“玻璃幕墙的风荷载标准值可按风洞试验结果确定；玻璃幕墙⾼度⼤于200m或体型、风荷载环境复杂时，宜进⾏风洞试验确定风荷载。
”风压是速度压，风速只是代表在⾃由⽓流中某点的风速，房屋建筑设计时不能直接以该风速作为结构荷载，因为房屋本⾝并不是理想地使原来的⾃由风流停滞，⽽是让⽓流以不同⽅式在房屋表⾯绕过，因此房屋对⽓流形成某种⼲扰，要完全从理论上确定⽓流影响的物体表⾯的压⼒，⽬前还是做不到。
⼀般都是通过试验的⽅法确定风作⽤在建筑物表⾯所引起的压⼒(吸⼒)与来流风压的⽐值，即风荷载体型系数，它表⽰建筑物表⾯在稳定风压作⽤下的静态压⼒分布规律，主要与建筑物的体型与尺度有关(荷载规范共列出38种基本体型)，当周围有较多⾼层建筑时，这⼀群体对风产⽣特定的群体⼲扰因⽽形成了特定的风环境，对所设计的⾼层建筑也会产⽣影响，受到群体⼲扰影响时，对称的截⾯形状会出现并不对称的风压分布，特别是上游和下游建筑物对⽓流产⽣的⼲扰造成群体⼲扰影响下的⽓流特性与单体有很⼤差别，⽽我国现⾏规范未考虑群体⼲扰的影响因素，还有⼀些⾼层建筑采⽤⼀些特殊的体型(⾮基本体型)，且不同⾼度采⽤不同的截⾯形状，沿⾼度变化的截⾯风压分布，再加上群体⼲扰的影响，其风压分布复杂多变，例如正负风压系数都出现在双园弧⾯尖⾓拐⾓，双园弧⾯与过渡段交接处的尖⾓上有极强的压⼒脉动等，这些分布规律在荷载规范风荷载体型系数表中是查不到的，需要通过风洞试验来验证和确定。
⼀些⾼层建筑即使平⾯形状与基本体型相似，但周围环境不尽相同，最好还是通过风洞试验来确定风荷载体型系数。
现在已有很多⾼层建筑采⽤风洞试验来确定风荷载，经过对⼀部份风洞试验报告分析，发现在同⼀地点，⾼度、体型均相近的建筑设计风荷载取值悬殊，也有同⼀建筑由两个试验单位试验，试验结果差别很⼤，甚⾄有些试验单位的试验报告提出的设计风荷载⽅案中，出现按C类地区计算出的风压⽐按B类计算的数据要⼤的不正常情况。
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
风压风速换算和风的级别
风压风速换算和风的级别2008-11-05 09:25我们知道，风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。
根据伯努利方程得出的风－压关系，风的动压为wp=0.5·ro·v²其中wp为风压[kN/m²]，ro为空气密度[kg/m³]，v为风速[m/s]。
由于空气密度(ro)和重度(r)的关系为r=ro·g, 因此有 ro=r/g。
wp=0.5·ro·v² ----------> wp=0.5·r·v²/g此式为标准风压公式。
在标准状态下(气压为1013 hPa, 温度为15°C), 空气重度r=0.01225 [kN/m³]。
纬度为45°处的重力加速度g=9.8[m/s²], 我们得到wp=0.5·ro·v² ----------> wp=0.5·r·v²/g ---------->wp=v²/1600 风速换算风压此式为用风速估计风压的通用公式。
应当指出的是，空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变。
一般来说，r/g 在高原上要比在平原地区小，也就是说同样的风速在相同的温度下，其产生的风压在高原上比在平原地区小。
由此可见风压换算风速为 v= sqrt(wp*1600)sqrt为根号开方的意思风的几级风：风是指空气的水平流动现象。
用风向和风速表示：风向分十六个方位，是指风吹来的方向；风速用风级或多少米/秒表示，分用2分钟的平均情况表示的平均风速和瞬间情况代表的瞬时风速。
风的强度用风速表示，一般采用蒲风级或多少米/秒来衡量，分十三级：静风：即0级风。
和风：即4级风。
风速在5.5-7.9m/s之间的风。
微风：即3级风。
大风：即8级风。
平均风速为17.2-20.7m/s的风。
港口机械风载荷计算标准的应用
港口机械风载荷计算标准的应用韩振生【摘要】This paper introduces the calculation method of storm-wind pressure at the standard,FEM1. 004∶ 2000, section 1 (hereinafter referred to as FEM1. 004)and the difference of calculation method between GB standard and FEM, giving the reasonable calculation method which meets the GB standards and administrative regulation. With the method,o-ver-heavy equipment over-amplified non-working load and investment wasting can be avolded.%介绍了FEM1．004∶2000第一部分中关于锚固风压计算方法和中欧标准关于风载荷的对比情况，给出了满足国内标准和法规的锚固风压合理计算方法。
运用该方法，可避免造成设备过重、非工作载荷过度放大和投资浪费。
【期刊名称】《港口装卸》【年(卷),期】2016(000)006【总页数】4页(P42-45)【关键词】基本风速;平均风;脉动风;湍流强度;等效静态风压【作者】韩振生【作者单位】大连华锐重工港机设计院【正文语种】中文20世纪90年代后期，交通部颁发文件，要求国内港口设备非工作设计风速为55 m/s。
我国南北海岸线长，气候差异大，不同地区应用相同的风载荷，以及对如何将文件要求55 m/s的非工作风速应用于设计并和相关标准融合，产生了一些问题，导致载荷过大并增加码头和设备成本。
本文将FEM与国内标准进行对比分析，给出港口机械非工作锚固风压的合理计算方法。
高度换算平均风速梯度风剖面
)2a
3、静力风荷载计算
w(z) s (z)z (z)w0
任一地面粗糙度类别的风压如下：
wa
(z)
wba
(
z zba
)2a
风压高度变化系数定义为任意高度处
的平均风压与基本风压的比值
z
wa (z) w0
wba
(
z zba
)2a
w0
z
3.12 ( z zGa
)2a
3.12 ( 10 zGa
)2a ( z )2a 10
ca
(z 10
)2
a
ca
3.12 ( 10 zGa
重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一 次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证 率应为：
P 1 1 T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极 值Ⅰ型的概率分布函数。
F (x) exp{exp[(x ) / ]}
根据概率论 由风速资料
E(x) 0.5772
18.3
16.3
19.0
14.0
解：
10
平均值、根方差：
x
1 10
10 i 1
xi
16.39(m / s)
x
9
3.02(m / s)
6 [0.57722 ln( ln 0.98)] 2.59
v0 x1 x x 16.39 2.593.02 24.21(m/ s)
350 0．16
C
有密集建筑群的城市市区
400 0．22
D
有密集建筑群的且房屋较高的城市市区
450 0．30
地貌的近似确定有下述原则： (1) 以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半圆
对数风剖面计算公式
对数风剖面计算公式引言：对数风剖面是一种用于描述大气中温度和湿度随高度变化的数学模型。
它被广泛应用于气象学、大气科学和空气污染研究等领域。
本文将介绍对数风剖面的计算公式及其应用。
一、对数风剖面的定义对数风剖面是指大气中温度和湿度随着高度变化的关系。
在对数风剖面中，温度和湿度的变化遵循对数函数的规律。
对数风剖面的计算公式能够准确描述大气的变化趋势，并在气象预测、空气质量评估等方面提供重要参考。
二、对数风剖面的计算公式1. 温度计算公式对数风剖面中，温度随高度的变化可以通过以下公式计算：T = T0 - ΔT * log(h/h0)其中，T表示温度，T0表示地面温度，ΔT表示温度递减率，h表示高度，h0表示地面高度。
该公式表示了温度随高度对数变化的关系。
2. 湿度计算公式对数风剖面中，湿度随高度的变化可以通过以下公式计算：RH = RH0 * exp(-b * (h-h0))其中，RH表示湿度，RH0表示地面湿度，b表示湿度衰减率，h表示高度，h0表示地面高度。
该公式表示了湿度随高度指数变化的关系。
三、对数风剖面的应用对数风剖面的计算公式被广泛应用于气象学和大气科学领域，具有重要的实际应用价值。
以下是对数风剖面的几个应用案例：1. 气象预测对数风剖面的计算公式能够提供大气温湿度随高度变化的信息，对气象预测具有重要意义。
通过对数风剖面的分析，可以预测某一地区的温度和湿度变化情况，为气象预报员提供重要参考。
2. 空气质量评估对数风剖面的计算公式可以用于评估空气质量。
通过分析大气中温度和湿度的变化趋势，可以判断某一地区的空气质量是否良好。
例如，温度递减率较小、湿度衰减率较大的地区往往空气湿度较高，不利于空气质量的改善。
3. 气候研究对数风剖面的计算公式也可用于气候研究。
通过对多个地区的对数风剖面进行比较分析，可以揭示不同地区的气候特点。
例如，温度递减率较大、湿度衰减率较小的地区往往气候较干燥，有利于农作物的生长。
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w10,
3.12
(
10 ZG
)
2
w0
ZG——梯度风高度
（3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风速 的比值，统计所得的比值如表
时距
1h
10min 5min 2min 1min 0.5min
20s
10s
5s
瞬时
比值
0.94
1
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
1.35
1.39
w0
w0
( a )2 10
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
粗糙度类别
描述
zG (m)
A
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
300 0．12
B
田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城 市郊区
350 0．16
C
有密集建筑群的城市市区
400 0．22
D
有密集建筑群的且房屋较高的城市市区
E(x) 0.5772
x
6
1 n
x
E(x)
n
n
i 1
xi
(xi x)2 1
x [ i1 n 1 ]2
可求得参数 和
对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速
x x ln( ln F )
另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为
第二章 结构上的静力风
在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值 几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是 平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在10 分钟以上，远离一般结构物的自振周期，
2.1 基本风速和基本风压
• 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进 行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基 本风速。
当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可 根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定 基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般 应有30年以上的资料。
例
根据某沿海城市1989－1998年10年的记录，用年最 大平均风速计算基本风压。1989－1998年年最大平 均风速数据见表.
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
1.50
（4）不同重现期的换算
• 重现期不同，保证率也就不同 Nhomakorabea• 日本以重现期为100年的风速为基准，换算表达式
如下：
k v(T ) 0.55 0.098ln{ln[ T ]}
v(100)
T 1
欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为50年 的风速为基准，换算表达式如下：
k 1 {1 0.13ln[ ln(1 1 )]}
年份
年最大风速（m/s） 15.0
22.7
15.3
14.0
12.3
17.0
18.3
16.3
19.0
14.0
解：
10
平均值、根方差：
x
1 10
10 i 1
xi
16.39(m / s)
x
[
i 1
( xi
16.39)2 1 ]2
9
3.02(m / s)
6 [0.57722 ln( ln 0.98)] 2.59
• 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不 可能同时作用在全部长度上。
• 10分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短 了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分， 风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速 的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因 ： （1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
梯度风高度(大气边界层高度)
离地约300～500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的 影响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的 高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。
指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律
v(z) ( z )a
vb
zb
——为地面的粗糙度系数。
a米高风压：
x x x
从而，保证率和保证系数的关系式如下：
6
[0.57722
ln(
ln
F
)]
平均风时距标准
一般而言，时距越长，平均风速也越小 。 我国规范就规定以10分钟为取值标准。
原因：
• 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻 力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时 就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短 时距甚至于瞬时极大风速作为标准。
中占有重要地位。 （2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大
风速，因此应该考虑年最大风速。 （3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果
取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然 出现周期。
基本风压定义
当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的 风速观察数据，经概率统计得出50年一遇最大 值确定的风速，相应的风压。
v0 x1 x x 16.39 2.593.02 24.21(m/ s)
w0
v02 1600
24.212 1600
0.37(kN
/ m2)
非标准情况的换算关系——(1)高度换算
平均风速梯度(风剖面)
平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也 常称为风剖面
重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一 次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证 率应为：
P 1 1 T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极 值Ⅰ型的概率分布函数。
F (x) exp{exp[(x ) / ]}
根据概率论 由风速资料
450 0．30
地貌的近似确定有下述原则： (1) 以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半圆
影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可 以该地区的主导风向为准。
(2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类 别，当H＜9m为B类，9m≤H≤18m为C类，H＞18m 为D类。
非标准地貌的换算
不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风 高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯 度风速度均相等。 10m高风压换算值：
• 标准条件 标准高度——10米高 标准的地面粗糙度类别——空旷平坦地面， 重现期 平均风概率分布类型 平均风时距 .
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是 经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时 期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而 重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，