第4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
最新《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型121、荷载与作用在概念上有何不同？3荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
452、说明直接作用和间接作用的区别。
6将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效7应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才8可称为荷载。
93、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？10①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用11②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用12③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
134、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？14效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
15第二章重力16171、结构自重如何计算？18将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
19202、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，2122由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称23为土的有效重度。
243、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？25基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使26用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
27284、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
29主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，3031同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
3233车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；34车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
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
第4章 荷载
4.1 Vertical Loads 竖向荷载
▪ For closely spaced identical loads (such as joist loads), it is customary to treat them as a uniformly distributed load rather than as discrete loads, as shown in Table. 4.1, Table 4.2, Table 4.3.
Chapter 4 Loads 荷载
▪ Lateral loads which act horizontally on the structure: ▪ ① wind load (WL). ▪ ② earthquake load (EL). ▪ ③ hydrostatic and earth loads. ▪ 水平荷载：包括风荷载、地震荷载、土压力。
R
(
20)
P 40
0.5
(psf)
(4.1)
4.2 Lateral Loads 水平荷载
▪ 1. Wind 风载 ▪ Wind load depends on: velocity of the wind, shape of the building, height,
geographical location, texture of the building surface and stiffness of the structure. Wind loads are particularly significant on tall buildings. ▪ 结构所承受的风载主要取决于风速、建筑的形状、高度、地理位置、 建筑表面形状及建筑结构的刚度。风荷载对结构的影响十分重要。
《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。
第4章 风荷载 [兼容模式]
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4-16
第二节 风压
（3）公称风速的时距 式中 v0：公称风速； v(t)：瞬时风速； τ：时距。10min~1h的平均风速基本稳定，我国取 τ=10min。
(4) 最大风速的样本时间 风有它的自然周期，每年季节性的重复一次。
4-17
一般取一年为统计最大风速的样本时间。
第二节 风压
(5) 基本风速的重现期T0
4-10
台风云娜登陆时卫星云图
4-11
台风云娜袭击浙江, 截至16日12时的统计， 风云娜已在浙江造成164 人不幸遇难，失踪24人， 受灾人口达1299万人， 直接经济损失达181.28 亿元。
4-12
第二节 风压
• 风压的定义：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。
w2 2 s z ( z 2 ) w0 1.33 1.3 0.997 0.44 0.758kN / m 2
w3 3 s z ( z3 ) w0 1.40 1.3 1.25 0.44 1kN / m 2
w4 4 s z ( z 4 ) w0 1.45 1.3 1.45 0.44 1.202kN / m 2
在各区段中点高度处的风压 高度变化系数值分别为：
μz1=0.615
4-42
μz2=0.997
第四节 顺风向结构风效应
μz3=1.25 4. μz4=1.45 μz5=1.62
按式（4-49）确定风振系数。由 查表4－9，查得脉动增大系数 ξ=1.51 由式（4-43b）计算各区段中点高度处的第1振型 相对位移 11=0.16 12=0.35 13=0.53 14=0.70 15=0.89 注意：如果w。未知，则按下式计算
第四章 风荷载
§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
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）
第四章设计要求及荷载效应组合共59页文档
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
大部分钢结构计算需要考虑P-△效应。
《高钢规》5.2.10条 高层建筑钢结构同时符合下列条件
时，可不验算结构的整体稳定。
一、结构各层柱子平均长细比和平均轴压比满足下式要
求：
Nm m 1 N pm 80
式中，λm—楼层柱的平均长细比； Nm—楼层柱的平均轴压力设计值； Npm—楼层柱的平均全塑性轴压力；
钢结构
除框架结构外的转 换层
各种结构类型
1/120 1/50
4.2 侧移限制
4.2.2 防止倒塌层间位移限制
对框架结构，当轴压比小于0.40时，可提高10%；当柱子全 高的箍筋构造采用比本规程中框架柱最小配箍特征值大30% 时，可提高20%，但累计提高不宜超过25%。
4.3 舒适度要求
高度不小于150m的高层建筑结构应具有良好的使用条 件，满足舒适度要求。按现行国家标准《建筑结构荷载规 范》规定的10年一遇的风荷载取值计算的顺风向与横风向 结构顶点最大加速度不应超过表4-4的值。必要时，可通过 专门风洞试验结果计算确定顺风向与横风向结构顶点最大 加速度 a m a x。
Npm fyAm
fy—钢材屈服强度； Am—柱截面面积的平均值。
4.4 稳定和抗倾覆
4.4.2 高层钢结构的稳定验算
二、结构按一阶线性弹性计算所得的各楼层相对侧移值， 满足下列公式要求：
u 0.12 Fh
h
Fv
式中，Δu—按一阶线性弹性计算所得的质心处层间侧移； h—楼层层高； ∑Fh—计算楼层以上全部水平作用之和； ∑Fv—计算楼层以上全部竖向作用之和；
式中，E J d 为结构一个主轴方向的弹性等效侧向刚度，可按倒 三角形分布荷载作用下结构顶点位移相等的原则，将结构的侧
《建筑结构荷载规范》-新版条文说明
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）新内容有关调整部分：新规范于2002年3月1日启用，原规范（GBJ9-87）于2002年12月31日废止；新规范规定必须严格执行的强制性条文共13条，具体分配为：第1章有1条、第3章有3条、第4章有5条、第6章有2条、第7章有2条；楼面活荷载作了一些调整和增项，屋面不上人活荷载也作了一些调整；风、雪荷载由原按30年一遇重新规定为按50年一遇，同时对滁州市的风、雪荷载值也作了一点调整：10米高50年一遇基本风压值为0.35KN/M2，雪压值为0.40KN/M2，雪荷载准永久值系数为0.2，属于第Ⅱ分区；在计算风载时，风压高度变化系数根据地面粗糙度类别来确定：原规范（GBJ9-87）将地面粗糙度类别分为三类（A、B、C）。
随着我国建设事业的蓬勃发展，城市房屋的高度和密度日益增大，因此，对大城市中心地区的粗糙程度也有不同程度的提高，新规范（GB50009-2001）特将地面粗糙度改为四类（A、B、C、D），其中A、B类的有关参数不变，C类指有密集建筑群的城市市区，其粗糙度指数α由0.2改为0.22，梯度风高度HG仍取400m，新增添的D类，是指有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区，其粗糙度指数α为0.3，梯度风高度HG取450m；专门规定了围护结构构件的风荷载及相关计算；在常用材料和构件的自重之“附表A”中，增设了“建筑墙板”一览表。
强制性条文部分：第1章“总则”之强制性条文：第1.0.5条：规范采用的设计基准期一律为50年；第3章“荷载分类和荷载效应组合”之强制性条文：第3.1.2条：建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的代表值：对永久荷载应采用标准值作为代表值；对可变荷载应根据设计要求采用标准值、组合值、频遇值或准永久值作为代表值；对偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定其代表值。
第3.2.3条：对于基本组合，荷载效应组合的设计值应从以下两种组合值中取最不利值中确定：①由可变荷载效应控制的组合；②由永久荷载效应控制的组合；第3.2.5条：基本组合的荷载分项系数，应按下列规定采用：永久荷载的分项系数：当其效应对结构不利时；——对由可变荷载效应控制的组合，应取1.2；——对由永久荷载效应控制的组合，应取1.35；当其效应对结构有利时；——一般情况下，应取1.0；——对结构的倾覆、滑移或漂浮验算，应取0.9；可变荷载的分项系数：——一般情况下，应取1.4；——对标准值大于4. 0KN/M2的工业房屋楼面结构的活荷载，应取1.3；第4章“楼面和屋面活荷载”之强制性条文：第4.1.1条：民用建筑楼面均布活荷载的标准值及其组合值、频遇值和永久值系数应按表4.1.1的规定采用（摘录）：住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园，楼面均布活荷载的标准值取2.0 KN/M2；教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室，楼面均布活荷载的标准值取2. 0KN/M2；食堂、餐厅、一般资料档案室，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2；礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台，楼面均布活荷载的标准值取3.0KN/M2；一般的厨房，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2；餐厅的厨房，楼面均布活荷载的标准值取4.0KN/M2；住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的浴室，厕所、盥洗室，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2；其他民用建筑的浴室，厕所、盥洗室，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2；住宅、宿舍、旅馆、医院病房、托儿所、幼儿园的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取2.0KN/M2；办公楼、教室、餐厅、医院门诊部的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2；消防疏散楼梯和其他民用建筑的走廊，门厅、楼梯，楼面均布活荷载的标准值取3.5KN/M2；对于预制楼梯踏步平板，尚应按1.5KN集中荷载验算；一般情况下的阳台，楼面均布活荷载的标准值取2.5KN/M2；当人群有可能密集时，楼面均布活荷载的标准值取3.5KN/M2；第4.1.2条：设计楼面梁、墙、柱及基础时，第4.1.1条中的楼面均布活荷载的标准值在下列情况下应乘以规定的折减系数：设计楼面梁时的折减系数：——当住宅、宿舍、旅馆、办公楼、医院病房、托儿所、幼儿园的楼面梁从属面积超过25m2时，应取0.9；——当教室、试验室、阅览室、会议室、医院门诊室、食堂、餐厅、一般资料档案室、礼堂、剧场、影院、有固定座位的看台等的楼面梁从属面积超过50m2时，应取0.9；设计墙、柱及基础时的折减系数，参见下表：活荷载按楼层的折减系数墙、柱及基础计算截面以上的层数 1 2~3 4~5 6~8 9~20 ＞20计算截面以上各楼层活荷载总和的折减系数 1.00 (0.90) 0.85 0.70 0.65 0.60 0.55注：当楼面梁的从属面积超过25m2时，应采用括号内的系数。
第3,4章 高层建筑荷载
建筑物的抗震设防类别
建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙 类、丙类和丁类四个抗震设防类别。 甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发 生严重次生灾害的建筑， 乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需 尽快恢复的建筑， 丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建 筑， 丁类建筑应属于抗震次要建筑。
局部风荷载：用于计算局部构件或围护构件或
维护构件与主体的连接。 对于檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等突出构件的 上浮力，取μs>=-2.0。 对封闭式建筑，按外表面风压的正、负情况取2.0或+2.0。
3.1.3风洞试验
（JGJ3-2002)规定：有下列情况之一的建筑物， 宜按风洞试验确定风荷载。 1 高度大于200m 2高度大于150m，且平面性状不规则、立面形 状复杂，或立面开洞、连体建筑等 3 规范或规程中没有给出风载体形系数的建筑 物 4 周围地形和环境复杂的建筑物
3.2.3抗震计算理论
计算地震作用的方法可分为静力法、反应谱方法 （拟静力法）和时程分析法（直接动力法）。
反应谱理论
反应谱：单质点弹性体系在一定的地面 运动作用下，其最大反应（加速度、速 度和位移反应）与体系自振周期之间的 变化曲线（谱曲线）。
• 直接动力理论
用地震波（加速度时程）作为地面运动输入，直接计算 并输出结构随时间而变化的地震反应。 • 地震波的选取： 采用弹塑性动力分析方法进行薄弱层验算时，宜符合以下 要求：
第3章 高层建筑荷载
教学提示：本章主要介绍了高层建筑风荷载
的计算；抗震设防的准则和基本设计方 法，水平地震作用的计算方法（主要是 反应谱法）与竖向地震作用的计算方法。 教学要求：熟练掌握风荷载的计算方法，以 及用反应谱方法计算水平地震作用的方 法，理解抗震设防的准则和基本设计方 法，理解反应谱理论。
《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案
第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。
作用：能使结构产生效应的各种因素总称。
2、说明直接作用和间接作用的区别。
将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。
只有直接作用才可称为荷载。
3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。
4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。
不是。
第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。
2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。
如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。
3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。
主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。
4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。
主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。
5、说明车列荷载与车道荷载的区别。
车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。
第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。
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4章结构构件上的荷载及支座反力计算
第4章结构构件上的荷载及支座反力计算第4章主要是研究结构构件上所受到的荷载以及支座反力的计算。
结构构件上的荷载通常由外部荷载和内部荷载两部分组成。
外部荷载是指结构构件受到的来自外界的荷载作用，例如自重、活荷载、风荷载、地震作用等。
内部荷载是指结构构件内部的荷载，例如弯矩、剪力、轴力等。
在计算结构构件上的荷载时，通常采用静力学的原理，根据平衡条件和变形条件进行计算。
其中，平衡条件是指结构构件上受力的总和必须为零，即ΣF=0，ΣM=0；变形条件是指结构构件上的变形必须满足一定的条件，例如梁的弯曲变形必须满足梁的曲率方程。
在计算支座反力时，一般可以采用静力平衡的原理进行计算。
静力平衡的原理是指在结构构件的静力平衡状态下，结构构件上的受力总和必须为零。
在计算支座反力时，可以通过荷载和受力的平衡条件，根据结构构件的几何特性和荷载分布进行计算。
支座反力的计算是结构设计中的重要内容，其准确性对于结构的稳定性和安全性至关重要。
支座反力的计算需要考虑结构的几何形状、荷载分布、材料特性等因素，并且需要根据结构的使用要求和安全标准进行计算。
常用的计算方法包括力平衡法、变形平衡法、弹性平衡法等。
支座反力的计算是结构设计中的一项基本工作，它为结构的合理设计和安全使用提供重要依据。
合理的支座反力计算可以保证结构的稳定性和安全性，并且对于结构的经济性和可行性也有一定的影响。
总之，第4章是研究结构构件上的荷载及支座反力计算的重要内容。
荷载计算是结构设计的基础工作，而支座反力的计算对于结构的稳定性和安全性具有重要意义。
只有通过合理的计算方法和准确的计算结果，才能够保证结构的合理设计，从而满足设计要求和安全标准。
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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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
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§4.5 横风向结构风效应
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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。
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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)
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）：
对于高耸结构（弯曲型结构）：
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§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
B 0.16
已知： 标准高度下B类地貌风压 w0B 求解： (1) 标准高度A、C、D类地貌风压 (2) H高度A、C、D类地貌风压
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H Ta z0a
标准地貌 （ s）
任意地貌 （ α）
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标准地貌
2
发生过程：弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡
三、我国的风气侯总况
大 风 力 小
台湾、海南、南海诸岛； 东南沿海地区； 东北、华北、西北地区； 青藏高原； 长江、黄河中下游地区； 云贵高原
旋内部产生上升和对流运动→散热、形成暖心→ 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
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为便于应用，上表关系拟合成如下近似公式：
r 0.336 log T0 0.429
§4.2 风 压
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
三、非标准条件下的风速或风压的换算
基本风压：
一、结构的风力与风效应
2. 风压高度变化系数
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我国不同地貌的 α及HT值
地貌 α HT/m
A 0.12 300
B 0.16 350
C 0.22 400
D 0.3 450
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§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
三、非标准条件下的风速或风压的换算
2.非标准地貌的换算
不同地貌在梯度风高处HT的风速相同：
三、非标准条件下的风速或风压的换算
2.非标准地貌的换算
标准高度下。。。 任意地貌风速：
w0 a w0 s 任意地貌风压： H Ts z0s
2 s
地貌 α HT/m
2 a
A 0.12 300
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、基本风压
一、风压与风速的关系 二、基本风压
应符合五个规定：
1 标准高度的规定 1. 2. 地貌的规定 3. 公称风速的时距 4. 最大风速的样本时间
基本风压应符合五个规定：
（5）基本风速的重现期
我国荷载规范
脉动影响系数
§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
三、顺风向总风效应
脉动增大系数
其中，
风振 ( z ) 1 1 ( z ) 系数： z ( z)
钢结构 有填充墙的钢结构 混凝土及砌体结构
三、顺风向总风效应
§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 w( z ) s z ( z ) w0
1. 风载体型系数
双坡屋顶房屋风载体型系数
一、顺风向平均风效应 w( z ) s z ( z ) w0
1. 风载体型系数
截面形状规则的高层建筑
（n为多边形边数）
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气流沿上风面AB速度逐渐增大，之后沿下风面 BC速度逐渐减小。由于在边界层内气流对柱体表面 的摩擦，气流在BC中间某点S处停滞，生成旋涡，并 以一定的周期（或频率fs）脱落
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§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
驰振（galloping）：在某些情况下，外界激励
一、顺风向平均风效应 w( z ) s z ( z ) w0
2. 风压高度变化系数
三、顺风向总风效应
或
w( z ) ( z ) w( z ) ( z ) s z ( z ) w0
其中风振系数：
脉动增大系数
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第一阶振型 高度变化系数
地面越粗糙（ 越大），
风速变化越慢，HT越大；
地面越平坦（ 越小），
风速换算： 风压换算：
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风速变化越快，HT越小 不同地貌在梯度风高度 HT处的风速相同
Davenport 风剖面
§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
（1）标准高度的规定：一般取为10m （2）地貌的规定：空旷平坦 （3）公称风速的时距：一定时间间隔的平均风速
时距，取 10分钟 瞬时风速
当气压101kPa、常温15℃、纬度45 海平面上：
o
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（4）最大风速的样本时间：一般取一年
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§4.2 风 压
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§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
脉动风的特性：
三、横风向风振
1. 雷诺数
涡激振动
（vortex-induced vibration）
2. 频率特性
§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
三、非标准条件下的风速或风压的换算
1.非标准高度换算
实测表明，风速沿高度呈指数函数变化，即：
地面粗糙度 常数 高度
三、非标准条件下的风速或风压的换算
2.非标准地貌的换算
梯度风：不受地表影响，能在气压梯度作用下自由流动的风 梯度风高度HT：出现梯度风的高度
w( z ) s z ( z ) w0
风载体型系数 风压高度变化系数 基本风压
而实际风到达工程结构物表面并不能理想地使气流停 滞，而是让气流以不同方式在结构表面绕过。但伯努 利方程仍成立，即：
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➾ 风载体型系数
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
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§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.2 风 压
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
三、非标准条件下的风速或风压的换算
3.不同时距的换算
各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值
风速 时距 统计比值 1 h 0.94 10 min 1 5 min 1.07 2 min 1.16 1 min 1.20 0.5 min 1.26 20 s 1.28 10 s 1.35 5 s 1.39 1.50 瞬时
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§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
三、横风向风振
2. Strouhal数
涡激振动
三、横风向风振
Strouhal数定义：
（vortex-induced vibration） 旋涡的产生与脱落
风力：风速 个分量）
在结构物表面
风压
沿表面积分
风力（三
1. 标准高度的规定 2 地貌的规定 2. 3. 公称风速的时距 4. 最大风速的样本时间 5. 基本风速的重现期
—— 非标准高度的换算 —— 非标准地貌的换算 —— 不同时距的换算 —— 1年 —— 不同重现期的换算