风振系数与阵风系数
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值 Document number：WTWYT-WYWY-BTGTT-YTTYU-2018GT风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
通用规范风荷放大系数
通用规范风荷放大系数
《建筑结构荷载规范》中的风振系数和阵风系数都是在平均风压基础上的放大系数。
它们都是因为要考虑风压随时间的上下波动（风荷载脉动）而引入的，只不过阵风系数用于围护结构，只取决于风场特性；而风振系数用于主要受力结构，除了风场特性之外还和结构的动力特性相关。
规范的“风荷载放大系数”是这两个系数的统称，第4.6.5条的第1款和第2款分别规定了主要受力结构和围护结构风荷载放大系数的取值要求。
主要受力结构的放大系数不能小于1.2，是对所有工程结构都适用吗？和原来荷载规范的风振系数适用范围似乎不同？
是的。
和原来荷载规范的规定有所不同，主要受力结构风荷载放大系数的规定，适用于所有工程结构。
作用于结构表面的风压时时刻刻都在发生变化，即使不考虑动力放大效应、将结构作为准静态结构（即根据Kx(t)=P(t)计算结构的响应），风荷载引起的响应也是围绕均值波动的（见下图）。
只用平均风荷载进行设计，将会低估结构的响应。
因此，所有工程结构
在进行主要受力结构设计时，都应当考虑风荷载脉动的增大效应，在平均风荷载基础上乘以放大系数。
而且根据通用规范，主要受力结构的放大系数不应小于1.2。
阵风系数的解析
4顺风向的等效风荷载
由度。如果层数为n，则结构有3n个自由度。 由各运动方向的平衡条件，可列出3n个联立微分方程
组，其矩阵形式为：
M~ ~y C~~y K~~y P~(t) （5）
d
d
d
式中：
~y d
x d
y d
x x x , y y y , T
d1 d 2
dn d1 d 2
1
数。当取空间相关性系数与风的频率无关仅与位置有关的
(x, x, z, z) xz
时，1 , u1 值分别为：
2
H
(i) 2 S
()d
1
1
1
f
H H lx (z) lx (z) (z) (z) (z) (z) (z) (z) (x, x, z, z) (z) (z)dxdxdzdz
1 2
u 0 0 0
0
f
1
s
z
f
s
z
xz
H m(z) 2 (z)dz
0
1
1
1
（3）
H (iw) －－第1振型频率影响函数（传递函数）
1
S () －－风谱，代表风能在各个频率上的分布函数（此时平均值＝0，根方差＝1）
f
(z)
－－脉动系数
(
x,
f
x,
z,
z)
－－风压空间相关性系数
xz
有关值可采用：
0.49
0.48
0.46
0.43
D
0.43
0.46
0.46
0.48
0.49
0.50
0.49
0.49
0.49
0.48
0.46
脉动增大系数
风振系数及其计算取值
风振系数及其计算取值公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]风振系数及其计算取值科技名词定义中文名称：风振系数英文名称：wind vibration coefficient 定义：脉动风压引起高耸建筑物的动力作用。
此时风压应再乘以风振系数βz。
风振系数βz与风速、脉动结构的尺度、结构固有频率、振型、结构组织以及地面粗糙度等有关。
应用学科：资源科技（一级学科）；气候资源学（二级学科）风振系数是指风对建筑物的作用是不规则的，风压随风速、风向的紊乱变化而不停地改变。
通常把风作用的平均值看成稳定风压或平均风压，实际风压是在平均风压上下波动的。
平均风压使建筑物产生一定的侧移，而波动风压使建筑物在该侧移附近左右振动。
对于高度较大，刚度较小的高层建筑，波动风压会产生不可忽略的动力效应，在设计中必须考虑。
目前采用加大风荷载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以风振系数。
当房屋高度大于30m、高宽比大于时，以及对于构架、塔架、烟囱等高耸结构，均考虑风振。
（ PS:对于30m以下且高宽比小于的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=。
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，一般不需要考虑脉动风振作用，而仅考虑平均风压作用。
但是为了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。
阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。
门式钢架也只需要考虑阵风系数。
但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。
而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。
这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样。
）《建筑结构荷载规范》（GB5009-2001）在计算风荷载时提到了这两个系数，但是在结合实际工程使用中，结构上的风荷载可分为两种成分：平均风和脉动风。
对应地，风对结构的作用也有静力的平均风作用和动力的脉动风作用。
老前辈的38条结构设计“忠告”
老前辈的38条结构设计“忠告”1、优化设计并非是把别人的设计拿过来，按照原设计思路死扣用钢量(俗称*蚊子腿上剔精肉”)，因为这样通常大幅度降低了原设计的安全度，“荷载优化”是选取适当的荷载，应当兼顾业主对结构小幅改动的可能性，比如吊挂灯具、功能分区重新布局。
把恒载取得很小，用钢量没有减小太多，功能限制则限制太死。
优化首先考虑变化方案，简化结构传力模式和传力途径，做到大处节省，具体到杆件节点则要放宽。
如果原结构各部件安全储备相差严重时，可以选择一一个合适的安全储备标准来调整各构件型号，该加大的加大，该减小的减小。
结构安全是整体安全，个别杆件强大没啥用。
2、《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2001) 5.0.6条:检测单位鉴定达不到要求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。
一级建造师《项目管理》中讲:检测单位鉴定达不到要求时，经原设计单位核算认为满足安全时可以验收。
对未达要求的行为承担“违约责任”。
3、网架焊接球如果采用压制钢板制作，钢板厚度公差接近+2.5mm,《强规》规定偏差不大于13%和1.5mm。
怎么办呢?制作时可以把钢板加厚1mm就可以避质检找麻烦了。
4、设置20吨以上的吊车的厂房在国内不允许按《门式刚架规程》设计，主要在于国内吊车梁安装偏差和吊车轨道安装偏差造成卡规，使水平力增加4-5倍，导致厂房剧烈晃动，没法正常使用。
总之，任何先进的设计方法都无法超越实际施工水平来实现，要求符合国情(或者“公司加工实力”)。
比如对20吨驾操吊车的门架按美国规范控制柱头位移为H/240(国内H/400)，晃动得没人愿意驾操，省那- -点点钢材和厂房适用性相比就显“设计扣到家”有多么可笑了。
5、什么样的维护系统需要考虑阵风系数? (1)、对脆性材料。
如玻璃幕墙，必须采用阵风系数。
(2)、对阵风作用下，对荷载临时提高能够承受的钢材等，不需要考虑阵风系数。
(3)、不该考虑阵风系数的维护系统考虑了阵风系数，安全度比主结构高出一-倍，不利于主体安全。
建筑结构荷载规范修订_GB50009-2012
可变荷载为主
m n
Sd = ∑ γ GjSG jk + γ Q1 γ L1 SQ1k + ∑ γ Qi γ Liψ ciSQik
j=1 i=2
恒载为主
m j=1
Sd = ∑ γ GjSG jk + ∑ γ Qiγ Liψ ciSQik
i=2
n
p 工程中很难判断恒载或哪一种可变荷载为主 p 要轮次试算
34
《建筑结构荷载规范》修订
5.3 屋面积雪系数修订
3 拱形屋面 µr,m=0.2+10f/l （µr,m≤2.0）
0.5µr,m
不均匀分布的情况
r,m
le/4
le/4 le
le/4
le/4
均匀分布的情况
l µr=8f
µr 60° f l
35
(0.4≤µr≤1.0)
表3.2.5 楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数 结构设计使用年限（年） 调整系数 5 0.9 50 1.0 100 1.1
注：1 当设计使用年限不为表中数值时，调整系数可按线性内插确定； 2 对于荷载标准值可控制的活荷载，设计使用年限调整系数取1.0。
18
《建筑结构荷载规范》修订
E.3.3 重现期为R的最大雪压和最大风速可按下式确定：
5
《建筑结构荷载规范》修订
1.2 现状与面临问题
n 全球气候变化，极端天气与灾害频发——风灾
2005-美国卡特里娜飓风， 上百万人流离失所
6
《建筑结构荷载规范》修订
n 全球反恐，恐怖活动升级
以美国911事件为标志，重大工 程设计面临预防恐怖袭击问题
7
《建筑结构荷载规范》修订
浅谈如何计算风载荷
浅谈如何计算风载荷高层建筑结构除了抵抗竖向荷载之外，风载荷和地震作用往往是结构设计的主要形成因素。
它们主要是水平荷载。
风作用出现的概率较大，而地震作用时偶然不经常的水平和竖向荷载，大风作用的时间较长，空气流动形成的风速到建筑物时，就在建筑物表面产生压力和吸力，这种风力作用称为风荷载。
随着建筑物高度的增高，风荷载的影响越来越大。
一、风载荷标准值和基本风压：《建筑结构荷载规范》GB50009-2010 8.1.1条：垂直于建筑物表层上的风载荷标准值，应按下列规定确定：1.计算主要受理结构时，应按下式计算：WK=βzusuzw0 W0-风载荷标准值，βZ-高度Z处的风振系数，US-风载荷体型系数，UZ-风压高度变化系数。
2.计算维护结构时，应按下式计算：WK=βgzUSUZW0，βgz=高度Z处的阵风系数，US-风载荷局部体型系数，基本风压是指风载荷的基准压力，一般按当地空旷平坦地层上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，承载力设计时应按基本风压的 1.1倍采用。
但围护值不乘系数。
二、风载荷体型系数Us：确定风载荷的体型系数Us是一个比较复杂的问题，它不但与建筑的平面外形，高宽比，风向与变风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的变层处理，周围建筑物密集程度及其高低有关。
当风流经建筑物时，对建筑物不同部位会产生不同的效果，即产生压力和吸力。
空气流动产生的涡流，对建筑物局部则会产生较大的压力和吸力。
通过对某建筑物的实测结果从中可以大致得出如下规律：○1整个迎风层上均受压力，其值中部最大，向两侧逐渐减小。
沿高度方向风压的变化很小，在整个建筑物高度的1/2-2/3处稍大，风压分布近似于矩形。
○2整个背风层上还受吸力，两侧大，中部略小，其平均值約为迎风面风压平均值的75%左右。
沿高度方向，风压的变化也很小，更近似于矩形分布。
○3整个侧面，在正面风力作用下，全部受吸力，约为迎风面风压的80%左右。
对风荷载计算的一点认识
目前规范[2]按主体结构和围护结构对风荷载的计 算进行了区分，基本公式如下： wk z s z w0 (2)
wk gz s1 z w0
(3)
上述两个公式分别用于主体结构计算和围护结 构计算，两个公式都是用静力等效的方法把复杂问题 简单化，在基本风压 w0 的基础上分别乘以相应系数。 其中，风压高度变化系数 μz、风荷载体型系数 μs 和局 部体型系数 μs1 主要与风的空间不均匀性有关；风振 系数 βz 和阵风系数 βgz 主要与风的时间脉动性和结构 阻尼特性有关。各参数的相关关系如图 2 所示（引自 中国建筑科学研究院陈凯博士的讲座演示文档）。
(a) 分区归并前体型系数极小值
（b） 分区归并前体型系数极大值
和分区归并等，分区归并是将相近测点的数据进行人 为归并以达到简化模型输入目的。图 4 给出了某体育 场屋盖结构风荷载体型系数分区归并前后的示意。需 要注意的是，当屋面高度变化较大时，归并的区块不
（上接第 32 页） 图 7 所示：9）套筒焊缝高出部分全部打磨平整，外观要求 光滑平整；10）Q100LY 和 Q345 芯材对接前要预热，预热 温度 150℃左右，层间温度不能大于 250℃，最终的预热工 艺与焊条选择需要焊接工艺评定后确定。 3 结论 （1）建立了巨型屈曲约束支撑的 ABAQUS 模型，对
图 3 新旧பைடு நூலகம்范风压高度变化系数对比
2.2.2 横风向、扭转风振等效风荷载的计算 《新荷规》对横风向和扭转风振进行了更明确的 规定。设计人员需了解什么情况下考虑横风向风振作 用，什么情况下考虑扭转风振作用。对体型简单规则 的建筑规范附录提供了简化计算公式，平面和立面体 型复杂的建筑宜通过风洞试验确定。 一般而言，以下两类建筑需要考虑横风向风振的 影响：1）建筑高度超过 150m 或高宽比大于 5 的高层
GB50009-2001建筑结构荷载规范
建筑结构荷载规范GB50009-2001 第1章总则第2章术语及符号2.1术语2.2符号第3章荷载分类和荷载效应组合3.1荷载分类和荷载代表值3.2荷载组合第4章楼面和屋面活荷载4.1民用建筑楼面均布活荷载4.2工业建筑楼面活荷载4.3屋面活荷载4.4屋面积灰荷载4.5施工和检修荷载及栏杆水平荷载4.6动力系数第5章吊车荷载5.1吊车竖向和水平荷载5.2多台吊车的组合5.3吊车荷载的动力系数5.4吊车荷载的组合值,频遇值及准永久值第6章雪荷载6.1雪荷载标准值及基本雪压6.2屋面积雪分布系数第7章风荷载7.1风荷载标准值及基本风压7.2风压高度变化系数7.3风荷载体型系数7.4顺风向风振和风振系数7.5阵风系数7.6横风向风振附录A常用材料和构件的自重附录B楼面等效均布活荷载的确定方法附录C工业建筑楼面活荷载附录D基本雪压和风压的确定方法附录D.1基本雪压附录D.2基本风压附录D.3雪压和风速的统计计算附录D.4全国各城市的雪压和风压值附录D.5全国基本雪压,风压分布及雪荷载准永久值系数分区图附录E结构基本自振周期的经验公式附录E.1高耸结构附录E.2高层建筑附录F结构振型系数的近似值附录F.1结构振型系数按实际工程由结构动力学计算得出.在此仅给出截面沿高度不变的两类结构第1至第4的振型系数和截面沿高度规律变化的高耸结构第1振型系数的近似值.在一般情况下,对顺风向响应可仅考虑第1型的影响,对横风向的共振响应,应验算第1至第4振型的频率,因此列出相应的前4个振型系数.附录G本规范用词说明建筑结构荷载规范GB50009-2001第1章总则第1.0.1条为了适应建筑结构设计的需要，以符合安全实用、经济合理的要求，特制订本规范。
第1.0.2条本规范适用于工业与民用房屋和一般构筑物的结构设计。
第1.0.3条本规范是根据《建筑结构设计统一标准》(GB50068-2001)规定的原则制订的。
第1.0.4条建筑结构设计中涉及的作用包括直接作用(荷载)和间接作用(如地基变形、混凝土收缩、焊接变形、温度变化或地震等引起的作用)。
荷载规范修改说明
补充风、雪、温度基本气象数据，应对全球气候变化及 自然灾害频发 增加温度作用、偶然荷载，完善标准体系架构，满足特 殊结构或特殊使用环境设计所需 增加活荷载设计使用年限调整系数，调整和完善活荷载， 适当提高安全度 从风剖面、体形系数以及风振响应计算等方面，全方位 统筹考虑风荷载修订，补充高层、大跨抗风研究新成果
2006.12.28
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《建筑结构荷载规范》修订
E.3.3 重现期为R的最大雪压和最大风速可按下式确定：
xR u1lnlnRR1
1.28255
u 0.57722
u ——分布的位置参数，即其分布的众值；
——分布的尺度参数； ——样本的标准差；
——样本的平均值。
(E.3.3)
2006.12.28
j1
i=2
γ L i ——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数
2006.12.28
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《建筑结构荷载规范》修订
规范条文
3.2.5 可变荷载考虑设计使用年限的调整系数应按下列规定采用： 1 楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应按表3.2.5
采用； 2 对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限，按本规范第
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《建筑结构荷载规范》修订
3、荷载组合
3.1 关于荷载及荷载组合的几个基本概念 3.2 活荷载设计使用年限调整系数 3.3 荷载组合应用 3.4 非线性的组合问题 3.5 偶然荷载组合
2006.12.28
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《建筑结构荷载规范》修订
3.1 关于荷载及荷载组合的几个基本概念
设计使用年限
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需
栏杆顶部水平荷载从0.5提高至1.0； 人员可能集中时，增加栏杆竖向荷载1.2， 水平向荷载可分别考虑。
建筑结构荷载规范风振系数
建筑结构荷载规范·风荷载·顺风向风振和风振系数编制日期：2002-3-1 点击：344 人次如果公式不能正确显示，您需要安装IE6和MathPlayer7.4.1对于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及对于高度大于30m 且高宽比大于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。
风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。
注:近似的基本自振周期T1 可按附录E 计算。
7.4.2对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5 且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式(7.1.1-1)通过风振系数来计算，结构在z 高度处的风振系数βz可按下式计算:`β_z=1+(ξv varphi_z)/μ_z`(7.4.2)式中`ξ`—脉动增大系数；`v`—脉动影响系数；`v varphi_z`—振型系数；`μ_z`—风压高度变化系数。
7.4.3脉动增大系数，可按表7.4.3 确定。
注：计算`ω_0T_1^2`时，对地面粗糙度B 类地区可直接代入基本风压，而对A 类、C 类和D 类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62 和0.32 后代入。
7.4.4脉动影响系数，可按下列情况分别确定。
1结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等):1) 若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表7.4.4-1 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，而质量沿高度按连续规律变化时，表7.4.4-1 中的脉动影响系数应再乘以修正系数`θ_B`和`θ_voθ_B`应为构筑物迎风面在z 高度处的宽度Bz 与底部宽度`B_o` 的比值；`θ_ν`可按表7.4.4-2 确定。
注：`B_H、B_o` 分别为构筑物迎风面在顶部和底部的宽度。
浅谈结构设计——风荷载计算
浅谈结构设计——风荷载计算城市建筑越做越高,尤其是一线城市.在过去的一年,我们所接触的住宅、公寓、办公楼,几乎没有低于150m的.粗略来讲,结构高度提高,周期变长,地震力减小（想想地震反应谱）；但是,结构迎风面增加,风载加大,如果结构高宽比较大的话,结构横风向风振效应显著增大.此消彼长,超高层建筑基本以风控为主.基于本人的感受,我们工程师普遍对风载的认识要浅于对地震的认识,这当然不是一件好事.这篇文章就以工程师的角度,结合自身实践,谈谈本人对“风荷载”的一些浅薄认识.横风向风振效应《荷规》规定,“建筑高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑、高度超过30m且高宽比大于4的细长圆形构筑物,应考虑横风向风振的影响”.但规范对横风向风振的计算,往往偏大.我们曾对比过几栋超高层塔楼,塔楼高宽比基本在7.0及以上,核心筒高宽比在20.0及以上,主要结论是：1）在顺风向,风洞实验结果与规范差别不大；2）在横风向,风洞实验结果比规范小15%~20%（以最大层间位移角指标为准）.到目前为止,不少专家普遍认为规范计算的结构横风向效应偏大,但究竟偏大多少,由于项目经验不同,众说纷坛,但基本接受10%~15%的区间值.像Arup、TT这样的国际咨询公司,给出的经验值也处于这个区间.地面粗糙度在做设计时,我们其实很少细究场地粗糙度,一般按经验取一个大家都认可、偏保守的粗糙度类别.但如果大家对粗糙度取值有异议,无法统一,该怎么办呢？规范对粗糙度的判别方法,其实是有说明的.《荷规》8.2.1条条文说明：以上统计方法并不复杂,经过一些合理简化,可以比较容易地确定平均高度.操作的难点是拿到拟建房屋2kM范围内的房屋数据.但如果偏保守计算,也可以仅取1km范围的房屋数据,统计总面积时,仍按2kM计算即可.我们曾算过一个距海边873m的一个项目场地,计算结论是,加权高度为6.7m,粗糙度可以按B类.除了国标,《广东省荷载规范》也提供了粗糙度的计算方法.广东省荷规不是以加权高度来划分粗糙度,而是以平面建筑密度和10层以上高层建筑平面面积占总建筑面积比值这两个指标进行划分.其中,B类粗糙度被描述为“有少量稀疏房屋高度到达10m的区域：平面建筑密度小于15%”.这条没有为建筑密度规定下限,其实是一个很大的BUG.根据字面意思,平面建筑密度无穷小,只要有几栋（甚至1栋）超过10m的建筑,粗糙度就可以划分为B类？这与逻辑不符.同样地,国标对B类的定义也有问题,应该给出一个下限值.风洞实验刚性模型风洞实验根据本人目前的理解,我们现在拿到的很多超高层建筑结构风洞实验报告,基本采用刚性模型来测试.即在刚性模型表面密布气孔,采用一定风速施加在模拟场地,然后测量统计各气孔承担的风压力.刚性模型的测试方法并不和结构的动力特性耦合,所以,结构外形不变,仅是动力特性发生变化,并不需要重复做风洞实验,仅需简单的数值换算即可（某次超限会上,专家提到的,具体原理,有待进一步考证）.与刚性模型实验相对,气动弹性模型实验就要复杂得多,但其可以较真实地考虑结构与风的相互作用.相似比在风时程分析时,我们通常采用风洞实验的时程数据.有时需要注意对时程的时间步长进行换算,换算依据即是相似比.对不熟悉此原理的结构工程师,换算过程很容易出错.以下我们提供一个自己的算例,以帮助大家理解整个过程.假定风洞试验的几何缩尺1/400,基本风压为=0.45kN/m2,场地类型为A类时,10m高度处风压高度变化系数=1.283,修正风压为=0.577kN/m2,风速=30.38m/s,顶点位置风速为=45.34m/s.风洞试验中塔楼顶部最高处A类边界层验风速为10.09m/s,即风速缩尺=1/4.5,风压测量采样频率为313Hz,采样时间步长为0.00319s,则时程分析中风时程时间步长为0.283s.敏感系数与重现期《高规》4.2.2条规定,“对风荷载比较敏感的高层建筑,承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用”.“对风荷载是否敏感,主要与高层建筑的体型、结构体系和自振特性有关,目前尚无实用的划分标准.一般情况下,对于房屋高度大于60m 的高层建筑,承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用”.从这条来看,敏感系数是针对高层建筑的,且主要是和房屋高度有关.《高规》的这条规定简洁明了,具有很好的操作性.与此相对,《荷规》就比较含糊.《荷规》提到,“除超高层,自重较轻的钢木主体结构,也应该考虑敏感系数”.如何提高呢？“适当考虑提高风载重现期来确定基本风压”.按提高重现期的方法考虑敏感系数,很容易和《高规》产生出入.比如,深圳地区,如果按100年的重现期考虑基本风压,应为0.90kPa,但如果是考虑1.1的系数,则为1.1X0.75=0.825kPa.我们看到一些报告,写的是房屋高度超过60m,结构对风荷载敏感,按100年的重现期考虑基本风压,但给出的数却是0.825kPa,这就有问题了,起码和规范对不上.再来解释一下这个1.1是怎么来的.张相庭在《结构风工程理论·规范·实践》一书中曾给出不同重现期风压的换算公式,如按此公式,相对50年重现期的基本风压,100年重现期的放大系数确实为1.1.只是规范在编排过程中,有些调整罢了,即如此,应以规范为准.基本风压、风速、风级有些建筑师、业主会问我们结构工程师,我们设计的这个楼,可以抵抗几级风？我们不少的工程师竟然答不出来.其实这个问题比问我们“某某楼可以抵抗几级地震”更容易解释.那为什么答不出来呢？因为不少人只有基本风压的概念,而没有风速的概念.流体力学中的伯努利公式可以描述基本风压与风速之间的关系,标准空气密度ρ=1.25kg/m³,以深圳为例,50年一遇基本风压0.75kPa,对应的=40=34.64m/s,100年一遇基本风压0.90kPa,对应的=37.94m/s.根据国家标准《热带气旋等级》（GBT19201-2006）：热带低压(TD)：最大风速为10.8～17.1米/秒,底层中心附近最大风力6-7级；热带风暴(TS)：最大风速为17.2～24.4米/秒,风力8-9级；强热带风暴(STS)：最大风速为24.5～32.6米/秒,风力10-11级；台风(TY)：最大风速为32.7～41.4米/秒,风力12-13级；强台风(STY)：最大风速为41.5～50.9米/秒,风力14-15级；超强台风(Super TY)：最大风速为51.0以上米/秒,风力16级或以上.35m/s（对应0.75kPa）的风速相当于台风级别,风力大概在12~13级.看起来好像还不够大,因为我们经历过的超强台风风速都是在50m/s以上,但别忘了,气象预报给出的最大风速和我们规范中统计的最大风速是不同的.气象站测量的风速,“是以正点前2min至正点内的平均风速作为该正点的风速”.而《荷载规范》是以“离地10m高,10min内的平均风速作为统计风速”.如果按《荷载规范》的方法换算,气象预报的50m/s风速是要小于50m/s的.参考最早的《浦福风力等级表》,空旷平地上标准高度10m处的风速为32.7~36.9m/s,即是最高级别12级,被描述为“海上引起14m 高的巨浪,陆上绝少见,摧毁力极大”.我们可以想象一下,这是什么样的风力.结论是,按规范风荷载反算的风速及风级,事实上比想象中大.我们极少听到按规范设计的主体结构,在台风中被刮倒或摧毁的案例.真正在台风中被破坏的多数为附属结构,比如雨蓬、幕墙、阳台、出屋面构架等.风振系数与阵风系数在结构主体计算时,我们采用风振系数,在计算围护结构时,却采用阵风系数,这两者有何区别呢？可能很多工程师并不一定明白.我们把风对结构的作用分为静力的平均风作用以及动力的脉动风作用.静力风压使建筑物产生一定的侧移,而脉动风压使建筑物在该侧移附近左右振动.对高度较大、刚度较小的高层建筑,脉动风压会产生不可忽略的动力效应,在设计中必须考虑.那该如何考虑呢？即在静力风压的基础上乘一个风振系数,以考虑这个动力效应,因此,风振系数有点类似动力放大系数的概念.对围护结构来说,我们需要考虑的是局部风压作用,围护结构的局部刚度一般相对较大,风振影响一般很小可以忽略.围护结构风压计算,直接采用瞬时风压,所以,阵风系数,其实就是瞬时风较平均风的增大系数,即阵风风速与时距10min的平均风速的比值.在高度越高、越开阔平坦的场地,瞬时风与平均风越接近（仅有一个时距的差异）,其阵风系数也越小.这就是规范8.6.1表格变化规律的由来.总的来说,风振系数是把风成份中的脉动风引起的风振效应转换成等效静力荷载所乘的系数.阵风系数是在不考虑风振系数时,考虑到瞬时风比平均风要大所乘的系数.这两者虽然都是针对平均风所采用的增大系数,但概念截然不同.风荷载计算中的其他细部概念,有待大家一起挖掘讨论.以上仅为个人观点,欢迎讨论.。
建筑结构荷载规范(2)
随含水率而不同
随含水率而不同 随含水率而不同 随含水率而不同 随含水率而不同 加防腐剂时为
常用厚度为 常用厚度为 常用厚度为
名
锻铁 铁矿渣 赤铁矿 钢 紫铜 赤铜 黄铜 青铜 硫化铜矿 铝 铝合金 锌 亚锌矿 铅 方铅矿 金 白金 银 锡 镍 水银 钨 镁 锑 水晶 硼砂 硫矿 石棉矿 石棉 石棉 石垩 高岭土 石膏矿 石膏
类和 类地区应按当地的基本风压分别乘以
和 后代入
脉动影响系数 可按下列情况分别确定
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 脉动系数可按表
确定
表
脉动影响系数
总高度
粗 糙 度 类 别
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 而质量沿高度按连续规律变化时 表
塔架
+1.3
项次 类 别
体型及体型系数
续表
角钢塔架整体计算时的体型系数
挡风系数 风向
方形 风向
单角钢 组合角钢
三角形 风向
塔架
管子及圆钢塔架整体计算时的体型系数
当
时 按角钢塔架的 值乘以 采
用
当
时 按角钢塔架的 值乘以 采
用 中间值按插值法计算
(a) f/l>1/4
(b) f/l>1/4
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
风振计算应按随机振动理论进行 结构的自振周期应按结构动力
学计算
注 近似的基本自振周期 可按附录 计算
对于一般悬臂型结构 例如构架 塔架 烟囱等高耸结
构 以及高度大于
高宽比大于 且可忽略扭转影响的高
层建筑 均可仅考虑第一振型的影响 结构的风荷载可按公式
阵风系数和风振系数
风速包括两部分，10分钟平均风速＋脉动风速；相应风压也包括两部分,平均风压+脉动风压。
如果结构较柔，应考虑结构共振，即乘以风振系数。
对于刚度较大的结构（T<0.25s），荷载规范规定可以不考虑风振影响问题：1、结构刚度较大，可不考虑共振，取风振系数=1。
即只考虑平均风压，而不考虑瞬间风压增大，是否正确？2、阵风系数，是考虑瞬间风速增大时风压相应增大，对平均风压值的放大系数，和结构振动周期无关。
如果结构刚度较大不考虑共振，风压应为平均风压乘以阵风系数；如刚度较小，应考虑共振，风压应为平均风压乘以风振系数。
风振系数应是阵风系数基础上考虑了共振影响，应比阵风系数更大的一个值。
这个说法对不对？A: 结构刚度较大，可不考虑风荷载作用在结构上引起的动力放大，取风振系数=1。
此时不需要再考虑瞬间风压增大。
考虑瞬间风压体现在阵风系数上，用于围护结构的设计。
考虑瞬间风压是由于玻璃幕墙等围护结构是脆性材料，因而将风速的时距由10分钟变为3秒（瞬时），具体就是将平均风压乘阵风系数。
若结构刚度较小，要考虑风荷载作用在结构上引起的动力放大，即将平均风压乘风振系数，风振系数是通过结构随机振动计算得到的等效风荷载相对于平均风压的放大，与阵风系数无关。
B:（1）《建筑结构荷载规范》关于风荷载部分的第一条就规定，风振系数是用于结构整体设计；阵风系数是用于围护结构设计（如玻璃幕墙，膜结构等）。
（2）阵风系数与结构的动力特性无关，仅与风压时程的统计特性有关，也不能简单的认为是10分钟平均换算到3秒平均，应该是在统计的基础上、在一定失效概率的基础上的统计值，滦贵汉的硕士论文应该就是做了这个方面的工作（峰值因子的选取）。
在规范中，简单的将阵风系数仅与高度有关，不能考虑建筑的干扰作用。
最佳的做法应该是在风洞试验的基础上再通过统计的方法确定。
（3）结构刚度无穷大，也不能取风振系数＝1。
风振系数是随时间变化的风压对结构作用引起的结构响应的放大，一般认为包括三个部分：1）风压自身的脉动值对响应的放大；2）结构动力特性对响应的放大；3）气弹效应对结构的放大。
【土木建筑】4顺风向的等效风荷载资料
1
1
4 1
1
(
1
)2
2
2 1
1
2
S () f
2x2 0 4
3(1 x2 )3
x 600 30
0 v
wT2
10
0
0
(z) 0.5 3.51.8(0.16) ( z )
0.49
0.48
0.46
0.43
D
0.43
0.46
0.46
0.48
0.49
0.50
0.49
0.49
0.49
0.48
0.46
脉动增大系数
T2 01
0．01
0．02
0．04
0．06
0．08
0．10
0．20
0．40
0．60
0．80
1．00
2．00
4．00
6．00
8．00
10．0 20．0 30．0
H
(i) 2 S
()d
1
1
1
f
H H lx (z) lx (z) (z) (z) (z) (z) (z) (z) (x, x, z, z) (z) (z)dxdxdzdz
1 2
u 0 0 0
0
f
1
s
z
f
s
z
xz
3．54 1．77
3．91 1．96
4．14 2．06
(z) 1
tg
4
z H
风振系数和阵风系数
风振系数和阵风系数
众所周知，自然风可以认为由长周期的平均风和短周期的脉动风组成。
因此风作用也应由平均风荷载作用和脉动风荷载作用组成。
平均风由于作用时长较大，因此可以近似看成静荷载作用。
而规范中对脉动风荷载作用的考虑采取的是一种简化近似计算方法，即将脉动风荷载作用按照平均风荷载作用乘以影响系数（学过抗风的就知道这部分主要由背景分量和共振分量组成，背景分量主要是由风速瞬时变化引起，而共振分量是由于结构振动引起的）的方法计取，这也就是我们抗风中荷载等效的方法之一。
由此可以知道风振系数实质就是前述影响系数加1，也即总风荷载作用与平均风荷载作用的比值。
而对于围护结构，我们一般要特别考虑的是其局部风压作用，而围护结构的局部结构刚度一般相对较大，风荷载作用后围护结构局部振动一般很小可以忽略不计，因此在计取其脉动风荷载作用是可以不考虑结构振动引起的共振分量。
正因为此，脉动风荷载作用可以按照脉动风速可以近似认为平均风速乘以瞬时风速瞬间增
大系数后按照平均风荷载作用处理方法计取。
由此可以知道阵风系数实质上就是脉动风速瞬时增大系数加1，也即忽略了结构自身振动影响的总风荷载作用与平均风荷载作用的比值。
综上所述，风振系数和阵风系数都是考虑脉动风荷载作用的增大系数，但是不同之处是阵风系数是根据结构自身特性进行的进一步简化计算结果。
有了上述分析我们就很容易理解“随建筑高度的增大，阵风系数反而是减小的；
随地面粗糙度的增大，阵风系数也是增大”这句话了。
而风振系数不具有这样特性主要是由于随建筑高度的增大，结构振动响是逐渐变大的，虽然脉动风瞬时影响引起的风振作用减小，但两者一起考虑后，随着建筑高度的增大，风振系数不一定逐渐减小。
第8讲 风荷载_顺风向风荷载标准值
2.40
20
1.55
1.63
1.99
2.40
土木工程系 黄林
7
2014/12/3
第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
=
已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑, 平面沿高度保持不变, 质量和刚度沿 竖向均匀分布。H=100m, B=33m, 地面粗糙度为A类, 基本风压w0=0.44kN/ m2。结构的基本自振周期T1=2.5s。求风产生的建筑底部弯矩标准值。 解：(1)为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m高，
土木工程系 黄林
5
2014/12/3
第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的共振分量因子R按下式计算
=
+
⁄
=
பைடு நூலகம்,>
f1 : 结构第1阶自振频率(Hz)
w0 : 基本风压(kN/m2)
kw: 地面粗糙度修正系数，对A、B、C、D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、 0.54、0.26
(3).风荷载局部体型系数μsl
对檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突构件，取-2.0; 对封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面，查规范； 对其他房屋和构筑物，取相应单体风荷载体型系数的1.25倍
3. 风振系数βz
(1). 刚性结构
结构基本自振周期T1≤0.25s的结构、高度小于30m或高宽比小 于1.5的房屋，不用考虑风振影响。
=
()
φ1(z): 结构第1阶振型系数, 查规范(附录G) =
+
⁄−
H: 结构总高度(m) ρx: 脉动风荷载水平方向相关系数 ρz: 脉动风荷载竖直方向相关系数
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风振系数应该大于等于1.0。对于30m以下且高宽比小于1.5的房屋建筑，可以不考虑脉动风压影响，此时风振系数取β（z）=1.0。
对于一般高层建筑和一般高耸结构，计算风压荷载的时候，可以只考虑顺风向第一振型风振影响，高阶振型影响很小，可以忽略（这点与地震荷载有点不一样，地震荷载一般都计算3-15个振型的影响，而风压荷载只需要计算一个振型影响）。
对于周期小于0.25S的结构,如围护结构等,其的刚性比较大,变形比较小,可不考虑其的共振分量.此时可仅在平均风压的基础上,近似考虑脉动风的瞬间的增大因素,既考虑瞬时风压的作用.
所以,应该以是否超过0.25S来作为判定的依据.
所以,本人认为,檩条属于柔性结构,而外面的维护板材等应该是刚性结构.故檩条应考虑风振系数,而板材应考虑阵风系数.
计算风荷载时的结构基本自振周期T1，是按照荷载规范附录E的公式近似计算的。（在pkpm等软件中，计算高层建筑地震荷载时的振型和周期取值不是按照这个来取值的，而是按照质量刚度矩阵求出来的。这点与风荷载计算不一样）。
关于计算风荷载时的基本振型系数，可按照附录F取值。附录F的振型系数是根据张相庭的公式φz1=tan（pi/4*(z/H)^0.7）计算得出来的。而之前的老规范以及一些老教材中，则是采用φz1=z/H这种简单的直线振型取值的。目前欧美及日本澳洲的规范中，都采用φz1=（z/H）^y,y通常为0.7-0.9不等，各国取值不一样。而这些公式均与实际高层建筑振型曲线有一点误差。因为高层建筑基本振型有很多种，剪切型，弯曲型，弯曲剪切型等，都因结构体系不同而异。所以说，各种振型公式都是近似的。
对于结构是否考虑风振系数和阵风系数的区别是:柔性结构和刚性结构.而柔性结构和刚性结构的区别是周期是否大于0.25S.
对于周期大于0.25S的结构,如高层结构(高度大于30M且高宽比大于1.5的结构)和高耸结构(周期大于0.25S的高耸结构).应考虑其的风振影响.从振动理论来分析.作用在结构上的荷载采用两种方式,但在结构的风振计算中,一般是第1振型起主要作用,因而采用风振系数乘以平均风压的做法.
对于低矮、刚度比较大的结构，脉动风压引起的结构振动效应比较小，了考虑脉动风压的影响，还是引入一个与风振系数不同的参数：阵风系数。阵风系数考虑的是脉动风压的瞬间增大系数，即脉动风压的变异效应。 门式钢架也只需要考虑阵风系数。但是门式钢架规程中没有采用阵风系数。而参照美国的规范弄的，这个规范里的体型系数也是参考美国的，规程中解释已经考虑了阵风系数。这与荷载规范GB5009中的体型系数不一样
第三：风振系数和阵风系数 是完全两种不同的风荷载处理方法，如果硬要说他们有什么联系的话，那么就在于他们都是以基本风压为基数换算的
风振系数与阵风系数的区别：
第一：风振系数考虑了动力放大效应的等效静力荷载的放大系数，阵风系数是基于统计规律的瞬时最大风速得到的静力换算系数。
第二：采用阵风系数的一般是很刚的构件（例如维护结构），而风振系数对较柔的结构作用很明显，对于刚度很大的结构由于动力效应不明显可取一，参见/viewthread.php?tid=167074&h=1&bpg=1&age=30 或者荷载规范7.4.1。
小弟在几年前曾经统计分析过很多高层建筑的振型数据，拟合归纳出了一个比张相庭公式更加精确更加接近实际振型的高层建筑平动基本振型系数计算公式：φz1=sin（pi/2*(z/H)^1.8），曾发表。对于一般的高层建筑有其是框剪结构的高层建筑，此公式要比规范公式精确。当然也可用于其它结构体系的风振计算（包括顺风向和横风向风振计算），误差也比规范公式小得多。欢迎大家使用。