第6章抗风设计解析
第6章抗风设计全解
§6-1 风载荷的分布和计算
驻
Lmin
点
线
1—外壁风压
上
1
2 2—内壁风压
内
பைடு நூலகம்
外
敞口罐驻点处的实际风压：
壁
外压W0+内壁吸力0.5W0＝
风
1.5W0 ；系数1.5称为体型
压
系数，用K1表示。
分
布
K
§6-1 风载荷的分布和计算
● 设计风压的计算（应考虑风压和罐内负压） ⑴对敞口罐如浮顶罐（有风的吸力），则：
区），应将上述结果再乘以W0/70，即：
Wz 0.0
5D82HW0 70
选择抗风圈截面时，应满足的条件：
Wmin≥Wz
式中 —实际采用抗风圈的最小截面系数，计算时应计 入抗风圈上、下两侧各16范围内的罐壁截面积（当罐 壁加有腐蚀裕量时，计算时应扣除）。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的结构要求
⑴ 抗风圈的外周边可以是圆形或多边形；抗风圈可 采用型钢或型钢与钢板的组合件制成，钢板的＝5， 角钢的最小尺寸为63×6。
⑵ 抗风圈兼作走台时，其最小宽度b为600（图6-2）， 并应在外侧设置栏杆；抗风圈上表面不应有影响行 走的障碍。
罐壁
b b1
支承架
⑶腹板洞口结构：
① 、、截面均须满足≥； ② 任一加强件的截面积均≮32t2； ③ ≥b； ④ 扁钢（垂放）两端与罐壁间应采用双面
§6-1 风载荷的分布和计算
② 基本风压（或标准风压）W0
W0
V2
2g
V2 16
（6-1~2）
(P a 7m 60 ， m T 1 ℃ H 5 ， 空 g 气 1 .2容 k 2/g m 5 3 )重 f 5
建筑结构的抗风设计与控制
建筑结构的抗风设计与控制随着现代建筑技术的不断发展，抗风设计与控制对于建筑结构的安全和可持续发展至关重要。
本文将探讨建筑结构的抗风设计原理、措施与方法，并分析其对建筑的影响和作用。
1. 抗风设计的重要性建筑结构的抗风设计是指在建筑物的设计与施工过程中，考虑到气象条件和气候特点，采取相应的措施和设计原则，使建筑物能够抵御风力的作用，确保其在长期使用中的稳定性和安全性。
抗风设计对于建筑结构来说至关重要，不仅直接关系到人民的生命财产安全，还关系到建筑物的使用寿命和经济效益。
2. 抗风设计原理抗风设计的基本原理是通过减小风力对建筑物的影响，降低风力对建筑物结构的作用，增强建筑物的抵抗力和稳定性。
其主要原理包括：2.1 稳定原理：通过设计合理的结构形式、选择适当的材料和构造，使建筑具有足够的抗倾覆和抗倒塌能力。
2.2 减小风力影响原理：通过合理的立面设计、减小建筑物与风的迎角、设置遮挡物等方法，降低风力对建筑物的作用。
2.3 控制风振原理：通过合理选择阻尼系统、增加刚度和强度，控制风振的产生和传递，保证建筑物结构在风载荷作用下的稳定性。
3. 抗风设计的措施与方法为了实现建筑结构的良好抗风性能，需要采取一系列的措施与方法。
以下是一些常见的措施与方法：3.1 合理的建筑形态设计：选择具有较小风力影响的建筑形态，如流线型、圆形、卵形等，并避免棱角过多的设计。
3.2 优化构造设计：通过合理的结构配置和布置，提高结构的稳定性和抗风性能。
例如增加立杆、加强柱子和梁的抗风刚度。
3.3 选择合适的材料：选用具有良好抗风性能的材料，例如高强度混凝土、结构钢等。
3.4 设置风挡和遮阳装置：在建筑物的外立面或周边设置适当的风挡和遮阳装置，减小风力对建筑物的直接作用。
3.5 增加阻尼措施：在建筑物结构中增加适当的阻尼系统，如阻尼器、减震墩等，以减小风振效应。
4. 抗风设计对建筑的影响与作用抗风设计不仅可以提高建筑结构的抗风能力，还可以对建筑物的整体性能和舒适度产生积极影响。
混凝土结构的抗风设计
混凝土结构的抗风设计引言：混凝土结构在现代建筑设计中起着至关重要的作用。
风是一种主要的自然力量，它对建筑物的安全性和稳定性有着巨大的影响。
因此，在混凝土结构设计过程中，抗风设计是非常重要的一环。
本文将探讨混凝土结构的抗风设计原理和方法，并介绍一些常用的设计规范。
一、风对混凝土结构的影响风是由大气运动引起的空气流动现象，具有惊人的威力。
在混凝土结构中，风对结构的影响主要体现在以下几个方面：1. 风荷载：风的作用会产生水平荷载，即风荷载，它会对建筑物施加压力，特别是对墙体、屋顶等立面结构的垂直表面产生较大压力。
2. 气流压力分布：在流体介质中，例如风，会产生静压和动压，对建筑物施加压力。
静压主要作用于建筑物表面，而动压则作用于建筑物各个方向的边缘区域。
3. 风振：风的振动频率可以与结构固有频率共振，使得结构产生共振振动，并且可能导致结构疲劳破坏。
二、抗风设计的基本原则在进行混凝土结构的抗风设计时，需要遵循以下几个基本原则：1. 定义设计风速：根据地理位置和气象资料，确定设计基准风速。
这是设计的起点，对结构的风荷载计算和抗风设计有着重要影响。
2. 考虑结构稳定性：抗风设计的首要考虑是结构的整体稳定性。
建筑物应具备足够的刚度和强度，以能够有效抵抗风荷载产生的压力。
3. 选择合适的结构形式：设计应综合考虑结构的外形、高度、重量等因素，选择适合的结构形式，以提供较佳的风荷载抵抗能力。
4. 强化连接与节点设计：风荷载会在结构的连接与节点处集中，因此需要设计合理的连接和节点细部，以确保结构的整体稳定性。
5. 考虑风振控制：对于高层建筑或其他易受风振影响的结构，需要进行风振分析，采用相应的控制措施，如阻尼器和减振器等，来减小结构产生共振振动的概率。
三、常用的抗风设计规范在混凝土结构的抗风设计中，有一些常用的规范和标准可以作为设计参考。
以下是国际上常用的两个规范：1. ACI 318：美国混凝土协会（American Concrete Institute）发布的混凝土结构设计规范，其中包括了关于风荷载计算和抗风设计的规定。
建筑抗风设计
建筑抗风设计随着建筑技术的不断发展，建筑物在面对自然灾害，如台风和龙卷风等风灾时需要具备一定的抗风能力。
建筑抗风设计成为了建筑领域中的重要课题之一。
本文将探讨建筑抗风设计的原则、方法以及在不同类型建筑中的应用。
一、抗风设计原则建筑抗风设计的基本原则是确保建筑物在强风环境下的安全可靠。
以下是四个基本原则：1.结构稳定性：建筑物应具备足够的刚度和稳定性，以抵御风力的作用。
这可以通过选择和布局适当的结构材料和构件来实现。
2.气动稳定性：适当的建筑造型和外形设计可以降低风阻力，减少对建筑物的风力作用。
建筑物的较佳气动性能可以通过模型试验和数值模拟等手段来研究和优化。
3.连接和固定：建筑物的各个部分和构件之间的连接和固定必须足够强固，以确保整体结构的完整性和稳定性。
合适的连接方式可以通过经验和实践来确定。
4.材料选择：建筑材料的选择和使用应符合抗风的要求。
例如，在抗风建筑中，钢材和混凝土多用于结构和柱基建设，以增强整体抗风能力。
二、抗风设计方法下面是几种常见的建筑抗风设计方法：1.风洞试验：通过风洞试验，可以模拟实际风场并测试建筑物的抗风性能。
风洞试验可以提供关于风荷载和结构响应的详细数据，为设计提供依据。
2.数值模拟：利用计算流体力学（CFD）等数值模拟方法，可以对建筑物在不同风速下的气动性能进行模拟和分析。
数值模拟可以辅助风洞试验并提供更全面的设计信息。
3.结构优化：根据风压分布和结构参数，使用结构优化方法对建筑物进行重新设计，以提高抗风性能。
这可以通过增加结构材料的强度或调整构件和连接方式来实现。
4.风阻器和缓冲设施：在建筑物的设计中，可以引入风阻器和缓冲设施，以减少风力对建筑物的作用。
这包括设置遮挡物、风险缓冲区和减震装置等。
三、建筑抗风设计的应用建筑抗风设计广泛应用于各种类型的建筑物中。
下面是几个不同类型建筑的抗风设计应用示例：1.高层建筑：高层建筑由于自身的高度和结构特点，需要考虑更严格的抗风设计要求。
抗风设计全解
P K1K 2 K zW0
（6-3）
式中 K1——罐体体型系数，可取K1＝1.5；
Kz——高度变化系数（表6-1）， GB500092001是以离地10m为基准的，离地面越高，风
压越大；
K2——转换系数，可取K2＝2.25。
§6-1 风载荷的分布和计算
§6-1 风载荷的分布和计算
① 时距：测量最大平均风压的时间间隔。时距↓， 最大平均风压↑；
§6-1 风载荷的分布和计算
⑵对固定顶罐如拱顶罐（无风的吸力、但有罐内负 压），则：
P K2KzW0 K3 p
（6-4）
式中 K3——呼吸阀开启滞后系数，一般取1.2；
p——呼吸阀负压起跳压力，kgf/m2。
⑶对内浮顶罐（无风的吸力和罐内负压），则：
P K 2 K zW0
（6-5）
§6-2 抗风圈的设计和计算
扁钢或角
A-A
钢加强件
走台
bmin b
bmin
构件a应延伸到bmin
图6-2 抗风圈结构
盘梯洞口
§6-2 抗风圈的设计和计算
⑷ 当抗风圈有可能积存液体时，应开设适当数量的排 液孔，即“泪孔”。
罐
贮罐的风压
外
分布规律是
壁 风
60°
吸力
研究罐壁稳
压
定性的最原
分 布
驻点
压力（约20°范 始数据。
围内≈W0）
风向
§6-1 风载荷的分布和计算
罐 壁 中 部 环K 向 风 压 分 布
1 2
3
1—外壁：局部正压
2—内壁：全为负压
3—1-2：分布不均， 理论上无法计算罐壁 的临界压力，故假设 风压为均匀外压，但 风洞实验表明该假设 偏于安全。
第六章 结构抗风设计
6.2 风荷载计算风压随风速、风向的紊乱变化而不断地改变。
从风速记录来看，各次记录值是不重现的，每次出现的波形是随机的，风力可看作为各态历经的平稳随机过程输入。
在风的顺风向风速曲线(见图6-2所示的风速记录)中，包括两部分：三、时距取值计算基本风压的风速，称为标准风速。
关于风速的标准值，各个国家规定的时距不尽相同，我国现行的荷载规范规定为：当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10min平均最大风速v（m/s）。
由于大气边界层的风速随高度及地面粗糙度变化，所以我国规范统一选10m高处空旷平坦地面作为标准，至于不同高度和不同地貌的影响，则通过其他系数的调整来修正。
时距太短，则易突出风速时距曲线中峰值的影响，把脉动风的成分包括在平均风中；时距太长，则把候风带的变化也包括进来，这将使风速的变化转为平滑，不能反映强风作用的影响。
根据大量风速实测记录的统计分析，10min到1h时距内，平均风速基本上可以认为是稳定值。
平均风速的数值与统计时时距的取值有很大关系。
我国规范规定以10min平均最大风速为取值标准。
首先是考虑到一般建筑物质量比较大，且有阻尼，风压对建筑物产生最大动力影响需要较长时间，因此不能取较短时距甚至极大风速作为标准。
其次，一般建筑物总有一定的侧向长度，最大瞬时风速不可能同时作用于全部长度上，由此也可见采用瞬时风速是不合理的。
而10min平均风速基本上是稳定值，且不受时间稍微移动的影响。
若实际结构设计时所取的重现期与50年不同，则基本风压就要修正。
以往规范将基本风压的重现期定为30年，2001新规范改为50年，这样，在标准上与国外大部分国家取得一致。
经修改后，各地的基本风压值总体上提高了10%，但有些地区则是根据新的风速观测数据，进行分析后重新确定的。
为了能适应不同的设计条件，风荷载也可采用与基本风压不同的重现期，规范给出了全国各台站重现期为10年、50年和100年的风压值，其他重现期R的相应值可按下式确定：（6-6）)110ln /)(ln (1010010−−+=R x x x x R对于对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，其基本风压值可由各结构设计规范，根据结构的自身特点，考虑适当提高其重现期。
建筑结构的抗风设计
建筑结构的抗风设计在建筑工程中，抗风设计是至关重要的一环。
高风速的风力对建筑物产生的压力和风载影响可能导致建筑结构的倒塌和损坏，给人员和财产带来巨大的风险。
因此，合理的抗风设计是确保建筑物安全稳定的关键措施之一。
本文将介绍建筑结构抗风设计的重要性、影响因素和常用的设计方法。
1. 重要性建筑结构抗风设计在保障人员和财产安全方面起到至关重要的作用。
当遭受强风袭击时，建筑物若没有经过合理的抗风设计，可能产生严重变形、位移或倾覆，引发人员伤亡事故。
此外，受强风的冲击，建筑物的墙体、屋顶、窗户等易受损件也容易发生破坏，进而对建筑物内部设备和财产造成损失。
因此，通过合理的抗风设计，能有效减少风灾带来的损害。
2. 影响因素建筑结构抗风设计的成功与否受多种因素的影响。
2.1 地理环境特征地理环境特征是抗风设计的首要因素之一。
不同地区的地理环境特征（如海拔、气候、地形等）会导致当地风速和风向的差别，因此，抗风设计需要结合具体地理环境特征进行。
2.2 建筑物形式和高度建筑物的形式和高度对其抗风能力有直接影响。
例如，高层建筑由于面积较大，截风面积也相应增大，因此需要更强的抗风设计。
此外，建筑物的形式（如平面形状、结构形式等）也会影响到其抗风性能。
2.3 结构材料和构造方式建筑物所采用的结构材料和构造方式直接关系到其承载能力和抗风性能。
结构材料的抗风能力会影响到建筑物的整体稳定性，不同构造方式也会产生不同的抗风效果。
因此，在抗风设计中需要选择合适的材料和构造方式。
3. 设计方法为了确保建筑物具备较好的抗风能力，设计师可以采用以下方法：3.1 强度设计法强度设计法是最常用的抗风设计方法之一。
该方法通过计算建筑物受到的风荷载，并根据结构材料的强度和抗拉性能进行合理设计，以确保建筑物的整体稳定性。
3.2 风洞试验风洞试验是一种能够模拟真实风场条件的实验方法，通过在缩比模型中对建筑物进行风洞试验，可以精确评估建筑物所承受的风荷载和风力效应。
建筑物抗风设计
建筑物抗风设计引言：在地球上的各个角落，自然灾害的威胁始终存在。
其中，风灾是一种普遍且具破坏性的自然灾害，经常伴随着巨大的破坏和损失。
因此，在设计和建造建筑物时，抗风设计成为至关重要的一项任务。
本文将探讨建筑物抗风设计的原理、方法和技巧，以增强建筑物的抗风能力，减少损失。
一、抗风设计的原理1. 风力的作用风是由大气层中气压差所引起的空气运动，其对建筑物的作用主要体现在风压和风扬力两个方面。
风压是指风对建筑物垂直表面产生的压力，风扬力指风对建筑物水平表面产生的拉力。
建筑物抗风设计的关键在于合理分布和使用这两种力。
2. 建筑物的结构强度抗风设计的基础是建筑物的结构强度。
建筑物的结构强度是指建筑物对外界荷载的抵抗能力，包括重力、水平力和风力等。
设计和选择合适的材料、合理的构造和加固方法是确保建筑物结构强度的关键。
3. 风洞试验和数值模拟为了准确评估建筑物的抗风能力，风洞试验和数值模拟成为建筑设计的重要手段。
风洞试验可以模拟真实的风力环境，通过观测模型结构的变形和应力状况，评估建筑物的稳定性。
数值模拟则通过计算流体力学方法，预测和分析建筑物在不同风速下的响应。
二、抗风设计的方法和技巧1. 形状设计建筑物的形状对其抗风能力有直接影响。
流线型的外形可以减小风阻力，降低风压对建筑物的作用。
因此，在设计过程中，应尽量避免棱角和突出物，优化建筑物的气动特性。
2. 避免共振共振是指建筑物在特定频率下受到外部激励时，振动幅度不断增大的现象。
共振会导致建筑物结构的破坏和崩溃。
为了避免共振现象的发生，设计中需要考虑建筑物结构的固有频率，选取合适的抗振措施。
3. 强化连接建筑物的连接部位是脆弱的地方，容易受到风力的破坏。
因此，在设计和施工过程中，需要采取一些措施，如增加连接的强度和刚性，确保连接部位的稳定性。
4. 防护措施除了在建筑物设计中增强结构抗风能力外，还可以采取一些防护措施来减小风灾的影响。
例如，在建筑物周围种植防风林带，设置风抑制构筑物等，都可以有效地降低风力的作用。
土木工程结构抗风设计 南航6
最大风振力为：
对于第l振型，上式变成
高耸结构设计规范建议取 L 0.25
一、烟囱
检查共振风速是否属于跨临界范围。烟囱属于空 心的结构，50m以上的烟囱平均外直径一般在4-12m之 间，周期在0.5-2.5s之间，斯脱罗哈数通常可取0.2。 由前所述，共振风速在24-40m／s之间，这样的风速在 实际工程中是能够出现的。又根据雷诺数的计算式， 雷诺数当在3.5X106以上。所以可以发生横风向旋涡脱 落共振。分析时应予以考虑。
图6-1 高耸结构的变形
二、按无限自由度体系的自振周期计算
对于变截面结构，振型方程应按任意截面 方程直接解出，从而求出自振频率或周期。
假定质量与 正比。当然，实际结构是千变万化的，如需精度 极高的频率及振型，应按结构动力学原理直接进 行计算。
lx 2 ( z )成正比，刚度EI(z)与lx 4 ( z ) 成
三、按有限自由度体系的自振周期计算
（1）按质量总数分散集中到点上。
这种按质星相等集中法，对质量数较多，例如超过 3个时，精确度尚能满足要求，但当质量数很小，例如 2个甚至1个，即产生十分可观的误差。当按质量总值 集中法集中一个质量于是臂型结构顶端时，对频率或 周期可以严生30.2％的误差。
（2）按动能相等原则为基础。
由以上各项简化，临界风速变成
第j振型的最大位移为：
Lj u Lj j ( z ) w0 x j max ( z ) 2 j
Lj 1 2 j
所以，有
对于第l振型，上式积分部分积分值为1.56， 如近似取1.6，则上式变成
c2 L D j ( z ) x1max ( z ) 2000 1m12
（1）只针对圆形截面高耸结构，如烟囱等。 （2）只验算跨临界范围，非跨临界范围不需验 算，只通过构造措施解决。
建筑结构的抗风设计
建筑结构的抗风设计抗风设计在建筑结构中起着至关重要的作用。
随着城市化进程的加快和建筑高度的不断增加，风力对建筑物的影响日益凸显。
本文将从建筑结构抗风设计的基本原理、抗风设计中的关键要素以及未来抗风设计的发展方向等方面进行探讨。
一、基本原理在进行抗风设计时，需要考虑风荷载的作用。
风荷载由于其不确定性和变化性，成为了抗风设计的主要难点。
根据建筑物所处的地理位置和气象条件，设计师需要确定适用的风荷载标准，并结合建筑物的高度和结构形式进行合理分析。
抗风设计的基本原理包括风荷载的计算、风力对建筑物的作用分析以及结构的强度和刚度的设计。
建筑物所受到的风力主要包括气压力和气动力。
气压力作用于建筑物的表面，而气动力则是由于风与建筑物之间的相对运动而产生的。
通过结构强度和刚度的设计，可以保证建筑物在风力作用下的稳定性和安全性。
二、关键要素（一）建筑结构形式不同的建筑结构形式对抗风设计的要求不同。
例如，高层建筑通常采用框架结构或剪力墙结构，而大跨度建筑常采用悬索结构或空间网壳结构。
结构形式的选择直接决定了建筑物的抗风能力。
（二）风荷载计算风荷载计算是抗风设计的重要环节。
风荷载计算需考虑建筑物的高度、地理位置、气象条件等因素，并依据相关规范和标准进行合理的计算。
风荷载计算的准确性和合理性直接影响到建筑物的抗风性能。
（三）结构材料与构件设计结构材料和构件的选择与设计也对抗风性能有着重要影响。
常用的结构材料包括钢材和混凝土，而构件设计则需要考虑风荷载的传递和分配。
合理的结构材料选择和构件设计可有效提高建筑物的抗风能力。
（四）风振问题大风作用下，建筑结构容易产生振动现象，即风振。
风振问题会对建筑物产生不利影响，甚至危及其安全性。
因此，抗风设计中需要考虑风振问题，并采取相应的抑制措施，如加装阻尼器或控制振动装置。
三、未来发展方向（一）气候变化的考虑随着全球气候变化的加剧，极端天气现象频发，抗风设计需要更加关注气候变化对风荷载的影响。
抗风设计(实用解决)
《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）进一步规定基本风压重现期 及其使用情况
基本风压重现期及其使用情况
重现期 10 年
适用情况 舒适度控制
50 年 100 年
抗风设计 抗风设计
行内借鉴
6
行内借鉴
7
几点说明 （1）考虑到房屋高度大于60m的高层建筑对风荷载比较敏感，承载力设计时风荷
行内借鉴
27
横风向顶点最大加速度
aw
ห้องสมุดไป่ตู้
br Tt2
B
BL
t.cr
式中， aw —横风向顶点最大加速度（ m s2 ）；
B —建筑物平均重度 kN m3 ；
t.cr —建筑物横风向临界阻尼比；
Tt —建筑物横风向自振周期（ s ）；
B —建筑物平面的宽度（ m）；
L —建筑物平面的长度（ m）；
横风向:动力 扭转：对称结构，一般可以忽略。
细长柔性结构,横风向可能产生很大的动力效应.
行内借鉴
4
一、顺风力（平均风力+风振力）
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2011）规定：垂直作用于
建筑物表面单位面积上的风荷载标准值：
wk zszw0
式中， w0 ——基本风压（ kN m2 ） s ——风载体形系数 z ——风压高度变化系数 z —— z高度处的风振系数
行内借鉴
20
行内借鉴
21
三、扭转风振
行内借鉴
22
适用范围
行内借鉴
23
四、荷载组合
行内借鉴
24
风振不适感的控制
随着房屋高度增加，在强风作用下，高楼(高层钢结构)所产 生的振动，使人不舒适，所以高楼的抗风设计，不仅要满足强度、 变形和倾覆稳定方面的要求，而且还要使高楼在顺风向振动、横 风向振动和扭转振动控制在不使居住者产生不适感的容许限度内。
建筑工程中的抗风设计与结构
建筑工程中的抗风设计与结构在建筑工程中，抗风设计与结构是至关重要的。
随着城市化进程的加速和高层建筑的日益增多，抗风设计成为了建筑师和工程师必须要考虑的重要因素之一。
本文将介绍建筑工程中的抗风设计与结构，并探讨其在实际工程中的应用。
一、设计原则抗风设计的目的是确保建筑物在强风的作用下保持稳定和安全。
在进行抗风设计时，需要考虑以下几个原则：1. 强度原则：建筑物的结构要具备足够的强度和刚度，能够承受外部风力的作用。
2. 稳定原则：建筑物的结构要设计成稳定的形态，能够抵抗风力引起的倾覆和倒塌。
3. 阻尼原则：通过合理的减振系统来消耗风力能量，减小风对建筑物的作用。
4. 最不利风向原则：抗风设计应以建筑物所在地区最不利的风向和风速为依据。
5. 弹性原则：建筑物在受风力作用下，应具备一定的变形能力，以减小结构的应力和变形。
二、抗风设计方法在实际工程中，抗风设计可采用以下几种方法：1. 刚性抗风设计：采用刚性墙体或框架结构来承受风力，通过提高结构刚度和强度来增加抗风能力。
2. 弹性抗风设计：采用弹性材料和减振器等来消耗风力能量，同时使建筑物能够在风力作用下发生一定的变形。
3. 基础抗风设计：采用适当的基础形式和加固措施来提高建筑物的整体稳定性。
4. 防护抗风设计：采用遮挡墙、减风架等措施，减小风对建筑物的直接作用。
三、抗风结构设计抗风结构设计是指将抗风设计原则和方法应用于具体的建筑结构设计中。
在抗风结构设计中，需要考虑建筑物的高度、形状、材料等因素，并进行力学分析和工程计算。
1. 高层建筑抗风设计：高层建筑由于高度较大，容易受到风力的影响。
因此，在高层建筑的抗风设计中，要考虑结构的抗倾覆和抗倒塌能力，并采取相应的措施，如加固支撑结构、增加刚性墙体等。
2. 桥梁抗风设计：桥梁作为横跨在水面或谷地之上的特殊建筑物，其抗风设计更加重要。
在桥梁的设计中，要考虑风荷载、结构的稳定性和aerodynamic damping 等因素，并采取合适的结构形式和减振措施。
建筑结构设计的抗风设计
建筑结构设计的抗风设计一、引言建筑结构设计中，抗风设计是至关重要的一环。
随着气候变化和自然灾害的增加，建筑物面临的风力挑战日益严峻。
本文将探讨建筑结构设计中的抗风设计，包括设计原则、主要影响因素以及常用的抗风设计方法。
二、设计原则1. 安全性原则抗风设计的首要原则是确保建筑物的安全性。
要根据当地的气候条件，确定适当的设计风速，并根据这个风速进行结构设计。
在设计过程中，要充分考虑建筑物的使用年限，采用合理的强度设计，以确保建筑物在极端风力下的稳定性和安全性。
2. 经济性原则除了安全性，抗风设计还要考虑经济性。
建筑结构设计中的抗风设计应该在保证安全的前提下，尽量减少材料、成本和能源的消耗。
通过合理的结构布置和优化设计的方法，可以在不影响建筑物稳定性的情况下，降低工程造价。
三、影响因素1. 地理环境地理环境是一个风洞效应的重要因素。
地形、地势和地表覆盖物的不同都会对风的流动产生影响。
建筑结构设计时，需要充分考虑周围环境的因素，合理调整建筑物的高度、体型和朝向，以减小风对建筑物的影响。
2. 建筑物特性建筑物的形状、高度、体积和材料等都会对其抗风性能产生影响。
一般来说，流线型的建筑物比较能够减小风的阻力，从而减小风力对建筑物的载荷。
另外，采用轻质材料、减少建筑物表面的突出部分，也能有效减小风力作用。
3. 风力特性风的强度和方向是抗风设计的重要依据。
通过风洞试验、数值模拟等手段，可以获取当地风的统计数据，确定设计风速。
此外，建筑物所在地的历史风灾情况也需要考虑，以便更好地评估风对建筑物的影响。
四、常用的抗风设计方法1. 设计风速根据当地的气象数据和风洞试验结果，确定合理的设计风速。
通常采用不同的风区划分，确定不同类型的建筑物的设计风速。
2. 结构体系选择根据建筑物的形态和所处环境，选择合适的结构体系。
常见的结构体系包括框架结构、筒体结构、拱形结构等。
不同的结构体系对风的响应有不同的特点和抗风性能。
3. 结构布置和优化合理的结构布置可以改善建筑物的抗风性能。
第六章 立式钢油罐的抗风设计1
使其断面系数不低于WZ，如 图 所示。图中
断面 AA、BB、CC 的截面系数均需大于 WZ。 抗风圈的外周边可以是圆形或多边形，它可以采
用型钢与钢板的组合件制成。所用钢板的最小厚
度为5mm。为了满足强度要求，抗风圈本身的
2020/7/27
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接头必须采用全焊透的对接焊缝，抗风圈与罐壁 之间的焊接，上表面应采用连续满角焊，下面可 采用间断焊。当抗风圈有可能积存液体时（例如 外缘向上型），应开适 K1K 2K z W0
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式中：W0，建罐地区的基本风压，kgf / m 2 ； K1 ，体型系数，由于敞口在风力作用下外壁 的最大风压为W0 ，内壁存在的吸力为
外壁最大风压的W0 ，故取K1 1.5 。
2
K 2 ，标准风速，30 年一遇的10 分钟平均风 速，时距越小最大平均风速越高。为使
从图中可看出：只有迎风面60 中心角所对应
的罐壁是受压的，其余罐壁承受的是张力（一部分
压能转化为风速能）。 最大风压是在20 所对应的弧长上，风压近似
为常数，最大风压发生在驻点，其值为W0 。
2、 内壁的风压分布
对固定顶储罐风载引起的风压仅存在罐壁外
部，不存在内壁的风压分布问题。对敞口储罐，由
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固定顶罐没有风的吸力，但有罐内负压；内浮顶罐
（无呼吸阀）既没有吸力又无罐内负压，故三者的
设计外压是不相同的。
注：内浮顶罐罐体上比拱顶罐增加了罐顶通气孔与罐壁通气
孔，减少了呼吸阀。
①罐顶通气孔：一般在原呼吸阀位置（约罐顶顶板中心）安
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装带防雨盖的敞开式罐顶通气孔。
②罐壁通气孔：其位置 H h1 h 2 h 3
结构抗风设计
结构在上述三种力作用下，可以发生以下三种类型的振动。
顺风向弯剪振动或弯扭耦合振动当无偏心力矩时，在顺风向风力作用下，结构将产生顺风向的振动，对高层结构来说，一般可为弯曲型（剪力墙结构），也有剪切型（框架结构）和弯剪型（框剪结构）。
当有偏心力矩时，将产生顺风向和扭矩方向的弯扭耦合振动；当抗侧力结构布置不与x、y轴一致而严重不对称时，还可产生顺、横、扭三向的弯曲耦合振动。
横风向风力下涡流脱落振动当风吹向结构，可在结构周围产生旋涡，当旋涡脱落不对称时，可在横风向产生横风向风力，所以横风向振动在任意风力情况下都能发生涡激振动现象。
在抗风计算时，除了必须注意第一类振动外，还必须同时考虑第二类振动现象。
特别是，当旋涡脱落频率接近结构某一自振频率时，可产生共振现象，即使在考虑阻尼存在的情况下，仍将产生比横向风力大十倍甚至几十倍的效应，必须予以高度重视。
空气动力失稳（驰振、颤振）结构在顺风向和横风向风力甚至风扭力矩作用下，当有微小风力攻角时，在某种截面形式下，这些风力可以产生负号阻尼效应的力。
如果结构阻尼力小于这些力，则结构将处在总体负阻尼效应中，振动将不能随着时间增长而逐渐衰减，却反而不断增长，从而导致结构破坏。
这时的起点风速称为临界风速，这种振动犹如压杆失稳一样，但受到的不是轴心压力，而是风力，所以常称为空气动力失稳，在风工程中，通常称为弛振（弯或扭受力）或颤振（弯扭耦合受力）。
空气动力失稳在工程上视为是必须避免发生的一类振动现象。
当结构沿高度截面缩小时（倾斜度不大于0.02）,可近似取2/3结构高度处的风速和直径。
三个临界范围的特征为：亚临界范围：周期脱落振动超临界范围：随机不规则振动跨临界范围：基本上恢复到周期脱落振动5103Re ×<5.0~2.0≈L µ65105.3Re 103×≤≤×2.0≈L µ6103Re ×>25.0~2.0≈L µ（6-44）（6-43）（6-42）周期振动可以引起共振（涡流脱落频率接近自振频率）从而产生大振幅振动。
建筑结构抗风设计与风荷载分析
建筑结构抗风设计与风荷载分析引言：建筑结构的抗风设计与风荷载分析是建筑工程中非常重要的一部分。
随着城市化进程的加快，高层建筑越来越多地出现在我们的生活中。
而高层建筑由于其高度较大、结构较为复杂，对风的抵抗能力要求较高。
因此，建筑结构抗风设计与风荷载分析成为了建筑工程师必须要深入研究的领域。
一、风荷载的定义与作用风荷载是指风对建筑物表面所产生的压力和力矩。
风荷载是建筑物设计时必须考虑的重要因素，它直接影响着建筑物的安全性和稳定性。
风荷载的大小与建筑物的形状、高度、周围环境等因素有关。
二、风荷载的计算方法风荷载的计算方法主要有静风法和动风法两种。
静风法是指根据风速和建筑物的特性，通过计算得到建筑物的风荷载。
动风法是指通过模拟风场的变化，计算建筑物在不同风速下的风荷载。
两种方法各有优劣，根据具体情况选择合适的方法进行计算。
三、建筑结构抗风设计的原则1.合理选择结构形式：不同的结构形式对风荷载的抵抗能力不同，建筑师应根据具体情况选择合适的结构形式，提高建筑物的抗风能力。
2.合理布置结构构件：结构构件的布置对建筑物的抗风能力有着重要的影响，合理布置结构构件可以提高建筑物的抗风能力。
3.合理选择材料：不同材料的抗风能力也有所不同，建筑师应根据具体情况选择合适的材料，提高建筑物的抗风能力。
4.合理设置风阻设施：风阻设施可以有效地减小风荷载对建筑物的影响，建筑师应根据具体情况设置合适的风阻设施。
四、建筑结构抗风设计的实践建筑结构抗风设计的实践需要建筑师具备一定的专业知识和经验。
在实践中，建筑师需要根据风荷载的计算结果，合理设计建筑物的结构形式、结构构件的布置和材料的选择等。
同时，建筑师还需要根据具体情况设置合适的风阻设施，提高建筑物的抗风能力。
五、建筑结构抗风设计的发展趋势随着科技的进步和建筑工程的发展，建筑结构抗风设计也在不断创新和发展。
未来，建筑师将更加注重风荷载的计算精确性和建筑物的抗风能力。
同时，随着新材料的应用和新技术的发展，建筑师将有更多的手段来提高建筑物的抗风能力。
建筑物抗风设计原则与方法
建筑物抗风设计原则与方法引言：风是自然界中常见的自然力量之一，而建筑物作为人类生存和活动的场所，必须经受风力的考验。
抗风设计是建筑工程中非常重要的一项任务，它关乎建筑物的稳定性、安全性和使用寿命。
本文将探讨建筑物抗风设计的原则与方法。
一、了解风力的特性在进行抗风设计之前，首先需要了解风力的特性。
风力的主要特性包括风速、风向、风压和风荷载等。
风速是风的运动速度，风向是风的运动方向，风压是风对物体施加的压力，而风荷载是风的力量作用于物体上的力。
准确地了解风力的特性对于正确的抗风设计至关重要。
二、选择适当的设计标准不同地区的气候条件不同，建筑物受到的风力也不同。
因此，根据建筑物所处的地理位置和气候条件选择适当的设计标准非常重要。
国家和地区通常会有相应的抗风设计标准，建筑师和工程师应根据这些标准进行设计，以确保建筑物能够承受当地的风力。
三、合理布局和形状设计风的作用力与建筑物的形状和布局密切相关。
合理的布局和形状设计可以减小风的作用力，提高建筑物的抗风能力。
例如，在海岸地区，常常会受到强风的吹袭，此时可以采用分散布局的方式，将建筑物分成几个独立的部分，从而减小风的影响。
四、增加结构的抗风能力建筑物内部和外部的结构设计也是抗风设计的重要内容。
一方面，内部结构需要具备一定的刚性和稳定性，以抵御风的作用力。
因此，在设计中应合理设置柱子、梁和墙壁等结构构件，并采用适当的加固方法。
另一方面，外部结构如立面、屋顶和窗户等也需要具备一定的抗风能力。
合理选择材料、形状和连接方式等可以提高外部结构的抗风能力。
五、采用风洞试验和数值模拟风洞试验和数值模拟是抗风设计中常用的方法。
风洞试验可以模拟不同风力条件下的建筑物受力情况，帮助工程师更好地了解建筑物的响应和破坏机制。
数值模拟则可以通过计算机模拟风的作用力和建筑物的响应，帮助工程师预测和优化建筑物的抗风能力。
结论：建筑物抗风设计是保障建筑物稳定和安全的重要环节。
通过了解风力特性、选择适当的设计标准、合理布局和形状设计、增加结构的抗风能力以及采用风洞试验和数值模拟等方法，我们可以更好地设计出具备抗风能力的建筑物，从而保障人们的生命财产安全。
第六讲结构抗风计算概念顺风效应ppt课件
顺风向风速成分
长周期成分(10min) 顺风向风效应
短周期成分(几秒)
平均风(稳定风)
脉动风(阵风脉动)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
计算单位宽度内底部弯矩
mk =0.43×10+0.64×30 +0.88×50+1.11×70+1.29×90 =261.3 (kN.m/ m2)
Mk =261.3 ×20 ×33=1.72 ×105 (kN.m)
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
例题---顺风向风效应 已知城市市区一矩形 平面RC高层建筑,平 面沿高度保持不变。 H=100m,B=33m。 基本风压w0=0.44kN/m2， 结构自振周期T1=2.5s。 求风产生的建筑底部 弯矩。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
V>V0或V=0 μS〈 0
V<V0或V=0 0〈μS ≤1
实用时将同一部位的μS
值进行平均，作为该部位 的风荷载体形系数代表值
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
建筑设计中的抗风设计和气候适应性
建筑设计中的抗风设计和气候适应性建筑设计是一门综合性学科，不仅要考虑到建筑的美观和功能，还需要考虑到建筑在不同气候条件下的适应性。
在建筑设计中，抗风设计和气候适应性是两个重要的方面。
本文将探讨建筑设计中的抗风设计和气候适应性，并通过一些案例来说明。
抗风设计是指在建筑设计中考虑到建筑在强风环境下的稳定性和安全性。
强风是一种常见的自然灾害，如果建筑没有经过合理的抗风设计，就可能会受到损坏甚至倒塌。
因此，在建筑设计中，需要通过选择合适的结构形式和建筑材料来增强建筑的抗风能力。
例如，在海岸地区，海风较为强劲，建筑师可以选择采用aeromarine 结构来减小风的阻力，从而增加建筑的稳定性。
而气候适应性是指建筑设计中考虑到建筑在不同气候条件下的舒适性和能耗。
随着全球气候变化的影响越来越大，建筑师需要设计更具适应性的建筑来满足不同气候条件下的需求。
例如，在炎热的地区，建筑师可以采用太阳能设计来降低建筑的能耗，如利用太阳能板发电供电、利用太阳能热水器供热等。
而在寒冷的地区，建筑师可以采用保温设计来提高建筑的能效，如采用双层玻璃窗、保温材料等来减少能量的损失。
近年来，随着人们对可持续发展的关注度增加，建筑设计中的抗风设计和气候适应性也越来越受到重视。
一方面，这是为了保护建筑师和用户的安全和健康；另一方面，也是为了减少建筑对环境的影响。
例如，在建筑设计中采用可再生能源，如太阳能和风能，不仅可以减少建筑的能耗，还可以减少对环境的污染。
同时，建筑师还可以通过优化建筑的布局和窗户位置来利用自然光和自然通风，减少对人工照明和空调系统的需求。
在现实的建筑设计中，我们可以看到一些成功的案例，这些案例充分展示了抗风设计和气候适应性的重要性。
例如，中国的“鸟巢”——国家体育场，它是2008年北京奥运会的主场馆，具有较好的抗风能力，并且能够自然通风，减少能耗。
另外，来自荷兰的“水立方”——国家游泳中心，其采用了特殊的建筑材料和结构形式，使其具有良好的抗风能力和气候适应性。
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§6-2 抗风圈的设计和计算
P0—罐壁驻点线上单位弧长的风载荷，kgf/cm，由
风洞试验得出： P0 0.8P 1 0.8H / 2 0.32P 1H ；
H——罐壁总高，cm； P1——设计风压，kgf/cm2， P1 K1 K z W0 ＝70kgf/m2。 将上述数据代入 Wz
Wz
M max
式中 [σ]—材料的许用应力，kgf/cm2，考虑到载荷属 于非经常性的最不利情况，且应力是弯曲应力，故 取[σ]＝0.9σs;
Mmax—圆拱的跨中弯矩，kgf-cm， M max
P0 D 2 2 2 1 4
;
θ—圆拱对应的圆心角，θ＝60°＝1.047弧度；
罐壁
A-A
换系数K2，使其折合成3s的瞬时风压。
§6-1 风载荷的分布和计算
⑵对固定顶罐如拱顶罐（无风的p
（6-4）
式中 K3——呼吸阀开启滞后系数，一般取1.2；
p——呼吸阀负压起跳压力，kgf/m2。
⑶对内浮顶罐（无风的吸力和罐内负压），则：
最大平均风压↑；
② 世界各国时距：60、20、10、5、1min（我国为 10min，故不能直接套用别国的标准风压值）。 ③ 设计罐时应以瞬时风速或风压为依据：油罐在运行 中，当某一瞬间的风压＝Pcr时，它可能被吹瘪。 ④ 瞬时风速：时距为3秒钟的Vmax，目前我国主要城
市的基本风压都是10分钟内的Vmax ，故需乘以转
＝5mm，角钢的最小尺寸为63×6。
⑵ 抗风圈兼作走台时，其最小宽度b为600mm（图6-
2），并应在外侧设置栏杆；抗风圈上表面不应有
影响行走的障碍。
b b1 支承架
⑶腹板洞口结构： ① BB、CC、DD截面均须满足Wmin≥Wz； ② 任一加强件的截面积均≮32t2； ③ bmin≥b； ④ 扁钢（垂放）两端与罐壁间应采用双面 满角焊，并与罐壁加强件焊接成整体。
M max
，其中
K1＝1.5，Kz＝1.15（取离地15米高处的值），W0
得：
（6-6）
Wz 0.058D H
2
§6-2 抗风圈的设计和计算
若建罐地区的基本风压W0>70kgf/m2（如少数沿海地
区），应将上述结果再乘以W0/70，即： W0 2 W z 0.058D H 70 选择抗风圈截面时，应满足的条件：
Wmin≥Wz
式中 Wmin—实际采用抗风圈的最小截面系数，计算 时应计入抗风圈上、下两侧各16ts范围内的罐壁截面积 （当罐壁加有腐蚀裕量时，计算时应扣除）。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的结构要求
⑴ 抗风圈的外周边可以是圆形或多边形；抗风圈可 采用型钢或型钢与钢板的组合件制成，钢板的tmin
P K 2 K zW0
（6-5）
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的作用及位置 ⑴ 作用：浮顶罐无固定顶盖，为使其在风载作用下保 持上口圆度，以维持其整体形状；此外，还可兼作
平台走道。
⑵ 位置：抗风圈一般设在距罐顶端1m左右的外壁上。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈满足强度要求所必需的最小截面系数Wz
教学内容
第六章 立式钢油罐的抗风设计
§6-1 风载荷的分布和计算 §6-2 抗风圈的设计和计算 §6-3 加强圈的设计和计算
教学目标
1、掌握风压的计算，理解并熟悉风载荷 对罐的作用，掌握设计风压的计算； 2、了解抗风圈的结构要求，熟悉抗风圈 的作用及位置，会计算抗风圈所需的 最小截面系数及抗风圈下支托的最大 间距； 3、了解立式圆柱形油罐罐壁的稳定性及 防止失稳的措施，掌握加强圈的设计 及相关尺寸的计算。
定，我国的标准风速是以一般平坦地区，离地面10
米高，30年一遇的10分钟平均最大风速为依据的。 因此，风速资料来源于气象部门的历史记载。如涪 江跨越管道工程在设计时考虑了江油此前近几十年 来的风速记录，在广州和贵阳等地设有风速与风压
观测站。
§6-1 风载荷的分布和计算
② 基本风压（或标准风压）W0
60°
吸力
压力（约20°范 围内≈W0）
研究罐壁稳 定性的最原
驻点
始数据。
风向
§6-1 风载荷的分布和计算
1
罐 壁 中 部 K 环 向 风 压 分 布
1—外壁：局部正压 2
2—内壁：全为负压
3—1-2：分布不均， 理论上无法计算罐壁 的临界压力，故假设 风压为均匀外压，但 风洞实验表明该假设 偏于安全。
引 言
历史上曾发生过一些油罐罐壁被风吹瘪 的事故，这种破坏虽然并不意味着油罐全部 报废，但维修费用很高。因此，不仅要考虑 油罐的强度问题，而且要考虑在风压作用下 的稳定问题。如何保证大型贮罐在风压和负 压或者两者同时作用下的问题已引起了人们 的高度重视。
● 风压的计算
① 风速的确定
据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规
P K1 K 2 K zW0
（6-3）
式中 K1——罐体体型系数，可取K1＝1.5；
Kz——高度变化系数（表6-1）， GB500092001是以离地10m为基准的，离地面越高，风 压越大； K2——转换系数，可取K2＝2.25。
§6-1 风载荷的分布和计算
§6-1 风载荷的分布和计算
① 时距：测量最大平均风压的时间间隔。时距↓，
3
§6-1 风载荷的分布和计算
驻 点 线 上 内 外 壁 风 压 分 布
Lmin
1
2
1—外壁风压 2—内壁风压 敞口罐驻点处的实际风压： 外压W0+内壁吸力0.5W0＝
1.5W0 ；系数1.5称为体型 系数，用K1表示。 K
§6-1 风载荷的分布和计算
● 设计风压的计算（应考虑风压和罐内负压） ⑴对敞口罐如浮顶罐（有风的吸力），则：
V W0 2g 16
V
2
2
（6-1~2）
( Pa 760mmHg， T 15℃ ， 空气容重 1.2255 kgf / m3 )
由此可见，T↓、ω↑、W0↑；在高原ω↓、W0↓;空气 湿度↑、 ω↑、W0↑。
§6-1 风载荷的分布和计算
● 风载荷对敞口罐的作用（假设风压沿罐壁四周是均布的） 罐 外 壁 风 压 分 布 贮罐的风压 分布规律是