第四章 风荷载
第4章风荷载
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
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。
风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，
它不仅对结构物产生水平风压作用，还会引 起多种类型的振动效应。
风灾实例 1926年9月，美国迈阿密17层高的 Meyer-Kiser大楼在一次飓风袭击下， 维护结构受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在风暴中严 重摇晃，顶部残留位移达0.61m。
第4章 风荷载
风致桥梁破坏 1940 年 11 月 7 日 ， 美 国 华 盛 顿 州 塔 科 马 桥 （ Tacoma Bridge ）因风振致毁，这一严重的桥梁事故，开始促使人 们对桥梁的风致振动问题进行系统深入的研究。该桥主跨 长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通 过两年时间的施工，于 1940 年 7 月 1 日建成通车。但由于当
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆 amax (m/s2) 0.15 0.25
第4章 风荷载
抗风减振措施
台北 101 大楼（高 508 米），在 92楼 层悬挂设置重达 800 吨的悬浮阻尼 球，通过吸收振动能量，避免大楼 在强风下大幅晃动
第4章 风荷载
抗风减振措施
上海环球金融中心（高492米），在395 米的第 90 层安装两台重达 150 吨、长宽 各 9 米的风阻器，中间桔红色的是用钢 索悬吊的重 100 多吨的配重物，其下安 装了驱动装置。
第4章 风荷载
第4章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 风的有关知识 风压
风荷载
内容提要
结构抗风计算的几个重要概念 顺风向结构风效应 横风向结构风效应
建筑幕墙设计(第四章)荷载及其组合
横向验算风荷载单独作用下挠度。
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 风荷载是作用于幕墙的一种主要直接作用，它垂 直作用于幕墙面板表面。 设计要求：(1)既需考虑长期使用过程中，在一定时距平
均最大风速的风荷载作用下保证 正常使用功 能不受影响。 (2)在阵风袭击下不受损坏，避免事故发生。
风荷载计算公式:
w w（主体结构） w w（外围护 幕墙）
k Z s z o k gz s z o
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 1 基本风压Wo
当风以一定速度向前运动遇到幕墙阻碍时，幕墙承受风 压，幕墙所在地区不同，它们的基本风压不同。
Vo / 2 wo
A：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀疏的乡镇 C：密集建筑群的城市市区（一般城市) D：密集建筑群且房屋较高城市（北京、上海等）
4 荷载及荷载组合
A z c z
1.379( z /10) 0.616( z /10)
0.24
0.44
B z D z
4 荷载及荷载组合
4 阵风系数 gz 第二节 风荷载
瞬时风压峰值与10min平均风压（基本风压）的比值， 取决于场地粗糙度类别和建筑物高度。 K (1 2 ) 玻璃幕墙 石材金属幕墙取2.25 gz f K-地区粗糙度调整系数 A取0.92 B取0.89
A f
C取0.85 D取0.8
4 荷载及荷载组合
第一节 概述 2 幕墙的荷载组合 承载Hale Waihona Puke 极限状态G G w w w
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
荷载与结构设计第4章风荷载
脉动系数f：脉动风压与平均风压之比，脉动系数随高度
增加而减小。
f
0.5315.8(0.1)6(z) 10
式中 ——地面粗糙度指数，为A、B、C及D四类地貌。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
《荷载规范》给出了脉动影响系数表格，供设计时查用。
三、结构振型系数
顺风向响应可仅考虑第一振型影响，采用近似公式或查表 确定结构的第一振型系数。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
高耸构筑物（按弯曲型考虑）：
z
6z2H24z3Hz4 3H4
以剪力墙的工作为主的高层建筑结构（按弯剪型考虑）：
z tan4(Hz )0.7
悬臂型高耸结构的截面沿高度按连续规律变化时，可根据 结构迎风面顶部宽度BH与底部宽度B0的比值，按表确定第1 振型系数。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
当迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线规律 变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表中的脉动影响系
风荷载体型系数的确定：采用相似原理，在边界层风洞内 对建筑物模型进行测试。
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
风洞试验室
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
风洞试验
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
建筑物模型
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
桥梁模型
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
1.00
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
四、脉动影响系数 反映风压脉动相关性对结构的影响，由公式确定：
H
v
0
f zzdz
H 0
z2dz
第4章风荷载
重现期/年 重现期换算系数 100 1.10 60 1.03 50 1.00 40 0.97 30 0.93 20 0.87 10 0.77 5 0.66
4.1.4 山区的基本风压
对于山区的建筑物，基本风压还应考虑地形的修正，修 正系数分别按下述规定采用： (1) 对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数可按下述 公式采用：
1 2 2 w v v 2 2g
式中，w——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)； v——风速(m/s)。
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
实测风速时距 时距换算系数 60min 0.940 10min 1.00 5min 1.07 2min 1.16 1min 1.20 0.5min 1.26 20s 1.28 10s 1.35 5s 1.39 瞬时 1.50
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。
4.1.3 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4.1取值。
z B [1 tan (1 )]2 2.5H
风荷载
第二节 风压
• 风压定义：
当风 以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物 产生压力，即风压。
风压的产生
4-14
第二节 风压
一、 风压与风速的关系
伯努利方程：
气压为101.325kPa 常温150C 绝对干燥
纬度450海面
4-15
初始条件
第二节 风压
二、基本风压
• 基本风压的定义：
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速称为基本风压。
φ13=0.53
4-49
第四节 顺风向结构风效应
因建筑的高宽比H/B=3，查表4-10得脉动影响系数:
ν=0.49。
代入式(4-49)得各区段中点高度处风振系数：
β1=1.19 β2=1.26 β3=1.31 β4=1.36 β5=1.41
5. 按式（4-45）计算各区段中点高度处的风压值
4-50
4-40
第四节 顺风向结构风效应
或
w(z) (z)s (z)z (z)w0
其中风振系数
令 得
4-41
(z) 1 1(z) z (z)
第四节 顺风向结构风效应
4-42
第四节 顺风向结构风效应
4-43
第四节 顺风向结构风效应
对于低层建筑结构(剪切型结构) 对于高层建筑结构(弯剪型结构)
1.雷诺数
结构形状
动力相似定律
雷诺数相同，动力相似 层流向湍流转换
式中： ρ：流体密度； μ ：流体粘性系数
动粘性
l：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸。
4-30
第三节 结构抗风计算的几个 重要概念
➢ 对于空气：
Re=69000vl=69000vB 如果Re<1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体； 如果Re>1000，则以惯性力为主，为低粘性流体。
第4章 风荷载
第四章风荷载主要内容：¾4.1 风的有关知识¾4.2 风压¾4.3 结构抗风计算的几个重要概念¾4.4 顺风向结构风效应¾4.5 横向结构风效应4.1 风的有关知识1 . 风的形成由于存在压力差或气压梯度，空气从气压高的地方向气压底的地方流动而形成风。
2 . 两类性质的大风1.台风弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡旋内部产生上升和对流运动→加强涡旋→‥‥‥→台风2.季风冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋夏季：大陆热，海洋凉，风：海洋→大陆3. 我国的风气候总况我国的风气候总体情况如下：(1)台湾、海南和南海诸岛，由于地处海洋，年年受台风直接影响，是我国的最大风区。
(2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆上的大风区。
风速梯度由沿海指向内陆。
台风登陆后，由于受地面摩擦的影响，风速能弱很快，在离海岸100km处，风速约减小一半。
(3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒潮入侵路线一致。
华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风。
黑龙江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速不大。
(4)青藏高原地势高，平均海拔4-5km，也属较大风区。
(5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮风到此也是强弩之末。
(6)云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地形闭塞，形成我国最小风区。
4. 风级为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风划分为13个等级。
风速越大，风级越大，由于早期人们还没有仪器来测定风速，就按照风所引起的现象来划分风级。
风的13个等级如表4-1所示。
b w m w（5）基本风速的重现期设基本风速的重现期为T0年，则1/T为每年实际风速超过基本风速的概率，每年不超过基本风速的概率为：基本风压：当地比较空旷平坦地面上，离地10m高处统计所得50年一遇10分钟时距内的最大风速。
第四章 风荷载-PPT课件
（ 影 响 是 以 沿 海 开 始 出 现 8 级 风 或 暴 雨 为 标 准 。 ）
2、季风(season wind) 冬季:大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低 风从大陆吹向海洋 夏季:大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高
风从海洋吹向大陆
三、风级（根据风对地面或海洋物体影响程度） 13个等级（0级12级）（P37，表4-1） 0级 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级12级 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
一、结构的风力和风效应 PL 截面 风速 B PM PD
流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力 顺风向力→PD 、 横风向力→ PL 、扭力矩→ PM 结构的风效应
~ 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
v(t)
v
vf
t
v 平 均 风 速 — 长 周 期 成 分 ， 周 期 一 般 在 1 0 m i n 以 上
高度 10米高为标准高度 公称风速时距 =10min
1 v v t dt 公 称 风 速 ,即 一 定 时 间 间风速的样本时间
基本风速的重现期T0 基本风速出现一次所需要的时间
o
一年
最大风速 --随机变量
p
面积 p0=1-1/T0
2 v 2 w 风 压 ： ( k N /m ) 1630
3 2 = 0 . 0 1 2 0 1 8 k N / m （ 空 气 单 位 体 积 的 重 力 ） ， g = 9 . 8 m / s
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）
第4章 风荷载
同济大学 土木工程
风效应：由风力产生的结构位移、速度、加速 度响应等。
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、顺风向平均风与脉动风
风有两种成分构成 = 平均风 + 脉动风
二、顺风向平均风与脉动风
脉动风的特性：
可用功率谱密度描述 功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布
Davenport谱
式中，ρ：流体密度； μ：流体粘性系数 l ：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸 对于空气：Re=69000vB 如果Re<1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体； 如果Re>1000，则以惯性力为主，为低粘性流体
地区流向低纬地区
在高空：空气从低纬
地区流向高纬地区
同济大学 土木工程
§4.5 横风向结构风效应
同济大学 土木工程
大气热力学环流模型
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、两类性质的大风
1.台风 热带海洋面上形成的低压气旋。
同济大学 土木工程 同济大学 土木工程
4
2013-10-17
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
一、顺风向平均风效应
平均风下结构风载 ：
一、顺风向平均风效应 w( z ) s z ( z ) w0
1. 风载体型系数
第一阶振型函数
风振 ( z ) 1 1 ( z ) 系数： z ( z)
土木工程概论第四章
4.1.1 建筑概念建筑是人类重要的物质文化形式之一。
在人类文明发展史上，最初的建筑主要是为遮风避雨、防寒祛暑而营造的，是人类为抵抗残酷无情的自然力而自觉建造起来的第一道屏障，只具有实用的目的。
随着物质文明的发展和社会的进步，建筑越来越具有审美的性质，直至发展成为以作为权势象征为主要目的的宫殿建筑，以供观赏为主要的目的园林建筑。
建筑是时代的一面镜子，它以独特的艺术语言熔铸、反映出个时代、一个民族的审美追求。
建筑艺术在其发展过程中，不断显示出人类所创造的物质精神文明，以其触目的巨大形象，具有四维空间（包括顶面）和时代的流动性，讲究空间组合的节律感等，而被誉为“凝固的音乐”、“立体的画”、“无形的诗”和“石头写成的史书”。
汉语“建筑”是一个多义词。
它既表示营造活动，又表示这种活动的成果——建筑物，也是某个时期、某种风格建筑物及其所体现的技术和艺术的总称，如隋唐五代建筑、文艺复兴建筑、哥特式建筑等等。
典型的建筑工程是房屋工程，它是兴建房屋的规划、勘察、设计（建筑、结构和设备）、施工的总称，目的是为人类生产与生活提供场所。
4.1.2 房屋建筑的组成①房屋建筑的规划像人生活的环境，由规划师负责的；②房屋建筑的布局和艺术处理像人的体型、容貌、气质，由建筑师负责的；③房屋建筑的结构像人的骨骼和寿命，由结构工程师负责的；④房屋建筑的给排水、供热通风和电气等设施像人的器官、神经，由设备工程师负责的。
4.1.3 建造房屋建筑的基本问题①房屋所在位置土地的表面现状，即地形；②房屋所在位置地面以下的土质情况，即地基；③房屋所经受的自然界和人为作用力，即荷载；④建造房屋所采用的原材料，即建筑材料；⑤房屋结构建筑的组成，即结构的构件、受力和失效；⑥房屋建筑工程有哪些类别，其中房屋的结构又有哪些基本的结构体系。
4.2 结构荷载如果地球没有引力，空中没有风吹，土层不会下陷，气温没有变化，荷载就不会存在，房屋也就不需要结构。
但实际上房屋的建造者必须考虑结构，因为结构能承受房屋所受的各种自然界给予的和人为的荷载。
《荷载与结构设计方法》第4章-风荷载PPT课件
➢ 确定基本风压 ➢ 确定风荷载体型系数或局部风压体型系数 ➢ 确定风压高度变化系数 ➢ 确定结构基本周期 ➢ 确定脉动风荷载的空间相关系数 ➢ 确定振型系数 ➢ 确定脉动风荷载的背景分量因子 ➢ 确定脉动风荷载的共振分量因子 ➢ 确定风振系数。 ➢ 确定风荷载标准值
2021
43
第4章 风荷载
2021
30
第4章 风荷载
风压-局部体型系数
➢在角隅、檐口、边 棱处和在附属结构 的部位，局部风压 会超过按风荷载体 型系数计算出的平 均风压。
E/5
Sa
Sb
D
B
H
迎风面
1.0
侧面
Sa
Sb
-1.4 -1.0
-0.6
➢封闭式矩形平面房屋的局部体型系数 ➢非直接承受风荷载的围护构件的折减系数
2021
➢ 时距越大，风速越小 ➢ 高度越大，风速越大（梯度风高度范围内） ➢ 地面越粗糙，风速越小 ➢ 重现期越长，风速越大
2021
8
第4章 风荷载
风压-风速与风压的关系
理想状态：
流向 小股气流
高压气幕
建筑物 w1dA
dl
压力线
(a)
(b)
w
=
1 2
ρv2
w 1 v2 1 v2
2
2g
(w1 + dw1)dA
新规范提高了C、D两类地 面粗糙度（大城市市区）的 梯度风高度，why?
➢ 风压高度变化系数：任一高度、任一地貌条件下的风 压与基本风压的比值，表4-8。
2021
14
第4章 风荷载
风压-风荷载体型系数：风压分布规律
侧风面
_
迎风面
第四章风荷载
【思考题】《规范》GB50009对远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高
度变化系数z如何确定？
风压高度变化系数
ห้องสมุดไป่ตู้
离地面或海平
面高度（m） A
5
1.17
10
1.38
15
1.52
20
1.63
30
1.80
40
1.92
50
2.03
60
2.12
70
2.20
80
2.27
90
2.34
100
2.40
150
2.64
粗糙度和温度垂直梯度 通常认为在离地面高度为300m 500m时，风速不再受地面粗糙度
的影响，达到“梯度风速”，该高度称为梯度风高度HG
地面粗糙度等级低的地区，其梯度高度比等级高的地区为低。 GB50009-2001地面的粗糙度类别
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、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
200
2.83
250
2.99
地面粗糙度类别
B
C
D
1.00
0.74
0.62
1.00
0.74
0.62
1.14
0.74
0.62
1.25
0.84
0.62
1.42
1.00
0.62
1.56
1.13
0.73
1.67
1.25
0.84
1.77
1.35
0.93
1.86
1.45
1.02
第四章风荷载作用下框架内力分析
第四章 风荷载作用下框架内力分析4.1 风荷载作用下的楼层剪力地区基本风压：0ω=0.45KPa风载体型变化系数：s μ=0.8-（-0.5）=1.3 风压高度变化系数：按C 类地区查表3风振系数：由于房屋高度未超过30米， 1.0β=0k z s z ωβμμω= （4-1） 由于房屋宽度为75m ，层高3.6m,故此框架结构受到的结点水平风荷载kF BH ω=（对顶层考虑女儿墙高度900mm ）作用于房屋楼面处的集中风荷载标准值wk F 如下： 5层：5w k F =1.0⨯1.3⨯0.8⨯0.45⨯76.3⨯（3.62+0.9）=118.909kN 4层：4w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909 kN 3层：3w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909Kn 2层：2w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909kN 1层：1w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯（4.22+3.62）=128.82kN 风荷载作用下剪力分布图3引自GB50009-2001，《建筑结构荷载规范》FF F F F 3600V 13900V 3V 2V 4V 536003600360096.41215.322334.237453.14581.96图4-1 风荷载作用下的剪力分布图4.2 风荷载作用下的框架内力4.2.1风荷载作用下的柱端弯矩表4-1 A 柱柱端弯矩表4-2 C 柱端弯矩4.2.2风荷载作用下梁端弯矩表4-3 风荷载作用下的梁端弯矩4.2.3风荷载作用下梁端剪力和柱轴力标准值表4-4 风荷载作用下梁端剪力和柱轴力标准值4.2.4风荷载作用下的框架梁内力图如下图4-2 风荷载作用下的框架内力图。
第四章 风荷载
第四章 风荷载 第一节 风的基本知识
二、两类性质的大风
1. 台风 台风是发生在热带海洋上空的一种气旋。在暖热带洋面 上空，在合适的环境下，气流产生上升和对流运动。 2. 季风 由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大 陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风。
第四章 风荷载 第一节 风的基本知识
16
17
184-201
202-220
100-108
109-118
51.0-56.0
56.1-61.2
第四章 风荷载 第一节 风的基本知识
四、风的破坏作用 当风速和风力超过一定限度时，就会给人类社会带来巨大 灾害。 2005年8月23日，卡特里娜飓风在在美国新奥尔良以西地区 登陆，登陆时风速达到225km/h（64.4m／s）。
3
4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
微风
和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风 飓风
0.6
1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0
1.0
1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.5 —
旌旗展开
吹起尘土 小树摇摆 电线有声 步行困难 折毁树枝 小损房屋 拔起树木 损毁重大 摧毁极大
V Vz
式中 V——标准条件10m高度处时距为10分钟的平均风速（m/s）；Vz— —非标准条件z高度（m）处时距为10分钟的平均风速（m/s）；——换 算系数，按下表取值。
实测风速高度（m）
高度换算系数
4
1.158
6
1.085
8
1.036
10
1.000
12
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§4.3
风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）为方便设计人员使用，用风 压高度变化系数 综合考虑不同高度和不同地貌情况的影响。对于平坦或稍 有起伏的地形，风压高度变化系数直接按下表取用；对于山区的建筑物， 风压高度变化系数除由下表确定外，还应考虑地形条件的修正。表中地貌 （地面粗糙程度）分为A、B、C、D四类。
§4.2
基本风速和基本风压
3. 平均风速的时距 风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。 平均风速与时距的大小有密切关系，如果时距取的很短，例如3s，则平均 风速只反映了风速记录中最大值附近的较大数值的影响，较低风速在平均 风速中的作用难以体现，致使平均风速较高；相反，如果时距取的很长， 例如1天，则必定将一天中大量的小风平均进去，致使平均风速值较低。一 般来说，时距越大，平均风速越小；反之，时距越小，则平均风速越大。
§4.1
风的基本知识
4.1.3 我国的风气候总况
§4.1
4.1.4 风级
风的基本知识
为了区分风的大小，根据风对地面(或海面)物体的影响程度将风划为若 干等级。风力等级（wind scale）简称风级，是风强度的一种表示方法。 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 称蒲福风力等级(Beaufort scale )。 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，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小，分为 13个等级（0～12级）。 后来又在原分级的基础上，增加了风速界限，将蒲福风力等级由 12级台风 扩充到17级，增加为18个等级（0～17级）。
§4.2
基本风速和基本风压
2. 标准地貌的规定
地表越粗糙，例如大城市市中心，风能消耗也越厉害，因而平均风速 也就越低。粗糙程度越低，如海岸附近，平均风速很高，空旷平坦地区次 之，小城市又次之，大城市市中心最低。由于粗糙度不同，影响着平均风 速的取值，因此有必要为平均风速规定一个统一的标准。 目前风速仪大都安装在气象台，它一般离城市中心一段距离，且一般 周围空旷平坦地区居多，因而我国及世界大多数国家的规范规定，基本风 速或风压是按空旷平坦地貌而定的。
§4.1
风力 等级 0 1 2 3 4 5 6 7
风的基本知识
表4.1 蒲福风力等级表
海岸渔船 征象 静,烟直上 烟示风向 感觉有风 旌旗展开 吹起尘土 小树摇摆 电线有声 步行困难 距地10m高处相当风速 km/h <1 1-5 6-11 12-19 20-28 29-38 39-49 50-61 mile/h <1 1-3 4-6 7-10 11-16 17-21 22-27 28-33 m/s 0.0-0.2 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
51.0-56.0
17
202-220
109-118
56.1-61.2
§4.1
风的基本知识
4.1.5 风的破坏作用 当风速和风力超过一定限度时，就会给人类社会带来巨大灾害。 2005年8月23日，卡特里娜飓风在在美国新奥尔良以西地区登陆，登陆 时风速达到225km/h（64.4m／s）。
§4.1
风的基本知识
第四章
风荷载
§4.1 风的基本知识 §4.2 基本风速和基本风压 §4.3 风压高度变化系数 §4.4 风荷载体型系数 §4.5 顺风向风振 §4.6 恒风向风振 §4.7 桥梁风荷载 § 思考题
§4.1
风的基本知识
4.1.1 风的形成 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处辐射程度和大气升 温的不均衡性，在地球上的不同地区产生大气压力差，空气从气压大的地 方向气压小的地方流动就形成了风。 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。
8
大风
5.5
7.5
折毁树枝
浪长高有浪花
62-74
34-40
17.2-20.7
§4.1
9
10 11
风的基本知识
7.0
9.0 11.5
烈风
狂风 暴风
10.0
12.5 16.5
小损房屋
拔起树木 损毁重大
浪峰倒卷
海浪翻滚咆哮 波峰全呈飞沫
75-88
89-102 103-117
41-47
48-55 56-63
英国Ferrybridge电站有8座冷却塔，每座高116m，直径93m，其中3座在
1965年11月1日由于塔群尾流相互干扰风毁。
§4.1
风的基本知识
§4.2
4.2.1 基本风速
基本风速和基本风压
风的强度常常用风压来表示，而风压可以根据风速来求出。但是风速 随着高度不同，位置越高，风速越大，而且不同的周围环境，风速亦有不 同，因而风速随建筑物所在地区的地貌而变化。为了比较不同地区风速的 大小，必须对不同地区的地貌、测量风速的高度等有所规定。在规定条件 下确定的风速称为基本风速，它是结构抗风设计必须具有的基本数据。根 据规定的高度、地貌、时距和样本时间所确定的最大风速的概率分布，按 规定的重现期确定基本风速，然后依据风速与风压的关系即可确定基本风 压。
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。
§4.3
风压高度变化系数
§4.3
风压高度变化系数
§4.4
风荷载体形系数
侧风面
+
迎风面
-
背风面
侧风面
在风的作用下，迎风面由于气流正面受阻产生风压力，侧风面 和背风面由于旋涡作用引起风吸力。迎风面的风压力在房屋中 部最大，侧风面和背风面的风吸力在建筑物角部最大（上图）。
风速记录表明，10 min至1 h的平均风速基本上是一个稳定值，若时距 太短，则容易突出风的脉动峰值作用，使风速值不稳定。另外，风对结构 产生破坏作用需要一定长度的时间或一定次数的往复作用，因此我国《建 筑结构荷载规范》（GB 50009—2012)所规定的基本风速的时距是10 min。
§4.2
基本风速和基本风压
§4.2
基本风速和基本风压
5.基本风速的重现期 实际工程设计时，一般需考虑几十年(如30年、50年等)的时间 范围内的最大风速所产生的风压，则该时间范围内的最大风速定义 为基本风速，而该时间范围可理解为基本风速出现一次所需的时间， 即重现期。 设基本风速的重现期为T0年，则 为每年实际风速超过基本 风速的概率，因此每年不超过基本风速的概率或保证率户。为实际 每年的最大风速是不同的，因此可认为年最大风速为一随机变量， 图为年最大风速的概率密度分布。显然，基本风速的重现期越大， 其年保证率加越高，则基本风速越大。
名称 静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风
海面状况浪高/m 一般 — 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 最高 — 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5
陆地地面物征象 平静 微波峰无飞沫 小波峰未破碎 小波峰顶破裂 小浪白沫波峰 中浪折沫峰群 大浪白沫离峰 破峰白沫成条
§4.2
基本风速和基本风压
图 年最大风速概率密度分布
§4.2
4.2.2 基本风压
基本风速和基本风压
根据风速，可以求出风压。由于风压在地面附近受到地面物体 的阻碍( 或称摩擦 )，造成风速随离地面高度不同而变化，离地面越 近，风速越小。而且地貌环境( 如建筑物的密集程度和高低情况 )不 同，对风的阻碍或摩擦大小不同，造成同样高度不同环境的风速并 不同。为了比较不同地区风速或风压大小，必须对不同地区的地貌、 测量风速的高度等有所规定。按规定的地貌、高度、时距等量测速 所确定的风压称为基本风压。
§4.2
基本风速和基本风压
§4.2
基本风速和基本风压
2.非标准地貌的换算
基本风压是按空旷平坦地面处所测得的数据求得的，如果地貌不 同，则由于地面的摩阻大小不同，使得该地貌处10高处的风压与基本风压 将不相同。图是加拿大风工程专家Davenport根据多次观测资料整理出的 不同地貌下平均风速沿高度的变化规律，称之为风剖面。可以看出，由于 地表摩擦的结果，使接近地表的风速随着离地面距离的减小而降低。只有 离地300~500m以上的地方，风才不受地表的影响，能够在气压梯度风高 度，可用HT表示。
4. 最大风速的样本时间
样本时间对最大风速值的影响较大。以时距为10min的风速为例，样本 时间为1h的最大风速为6个风速样本中的最大值，而样本为1d的最大风速， 为144个样本中的最大值，显然1d的最大风速要大于1h的最大风速。最大风 速有它的自然周期，每年季节性地重复一次，因而年最大风速最有代表性， 对于工程结构应该能承受一年中任何日子的极大风速。目前，包括我国在 内的世界各国基本上都取1年作为统计最大风速的样本时间。
§4.2
基本风速和基本风压
基本风速通常应符合以下五个规定：
1.标准高度的规定 风速随高度而变化。离地面越近，由于地表摩擦耗能大，因 而平均风速越小。因此为了比较不同地点的风速大小，必须规定统 一的标准高度。 由于我国气象台记录风速仪高度大都安装在 8 ～ 12m 之间，因 此我国《建筑结构荷载规范》（GB50009--2012）规定以10m高为 标准高度，并定义标准高度处的最大风速为基本风速。
§4.2
基本风速和基本风压
4.不同重现期的换算 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就不同。 由于不同结构的重要性不同，结构设计时有可能采用不同重现期的基本风 压。因此需了解不同重现期风速或风压间的换算关系。