第三章 风荷载
工程中风压-风荷载理论定义和计算方法
第一章风、风速、风压和风荷载第一节风的基本概念风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
气流一遇到结构的阻塞，就形成高压气幕。
风速愈大，对结构产生的压力也愈大，从而使结构产生大的变形和振动。
结构物如果抗风设计不当，或者产生过大的变形会使结构不能正常地工作，或者使结构产生局部破坏，甚至整体破坏。
风引起对结构作用的风荷载，是各种工程结构的重要设计荷载。
风荷载对于高耸结构(如塔、烟囱、桅杆等)、高层房屋、桥梁、起重机、冷却塔、输电线塔、屋盖等高、细、长、大结构，常常起着主要的作用。
因而，风力的研究，对工程结构，特别对上述工程结构，是设计计算中必不可少的一部分。
对结构安全产生影响的是强风，可分为热带低压、热带风暴、台风或飓风、寒潮风暴、飑风、龙卷风等。
不同的季节和时日，町以有不同的风向，给结构带来不同的影响。
每年强度最大的风对结构影响最大，此时的风向常称为主导风向，可从该城市(地区)的风玫瑰图得出。
由于风玫瑰图是由气象台得出的，建筑所在地的实际风向可能与此不同，因而在结构风丁程上，除了某些参数需考虑风向外，一般都可假定最大风速出现在各个方向上的概率相同，以较偏于安全地进行结构设计。
关于需考虑风向的参数将在下面有关章节中加以说明。
风可以有一定的倾角，相对于水平一般最大可在±10°到—10°内变化。
这样，结构上除水平分风力外，还存在上下作用的竖向分风力。
竖向分风力对细长的竖向结构，例如烟囱等，一般只引起竖向轴力的变化，对这类工程来讲并不重要，因而只有像大跨度屋盖和桥梁结构，竖向分风力才应该引起我们的注意。
但其值也较水平风力为小，但属于同一数量级。
根据大量风的实测资料可以看出，在风的时程曲线中，瞬时风速。
包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10min以上；另一种是短周期部分，常只有几秒左右。
图1—1是风从开始缓慢上升至稳定值后的一个时程曲线示意图。
根据上述两种成分，实用上常把风分为平均风(即稳定风)和脉动风(即阵风脉动)来加以分析。
风荷载上课讲解学习
v vs
=
骣ççç桫zzs
a
÷÷÷÷
wa(z) = w0a
2
v
2
vs
=
骣 ççç桫zzs
2a
÷÷÷÷
(2)非标准地貌的换算
比如香港
J0s
骣 珑 珑 珑 桫HzsTs
鼢 鼢 鼢 鼢 as =
J0a
骣HTa 桫za
aa
w0a w0H zsTs2sH zaTa2a
zs、 HT、 s s— 标准地貌的 梯测 度定 风高 高度 度 指 、 、 数
各类结构体型及其体型系数 房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表规定取用； ❖ 房屋和构筑物与表中的体型类不同时，可参考有关资料采用； 房屋和构筑物与表中的体型类不同且无参考资料可借鉴时，宜由风
洞试验确定； 对重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
风载体型系数s 【例1】 封闭式双坡屋面
（∵风的短周期接近结构自振周期）
重点2：顺风向结构风作用
一、顺风向平均风效应
1、风载体型系数（s）
气流未被房屋干扰前的流速v0，压力p0 房屋表面某点的流速v，压力p
伯努里方程：
p0+v02/2= p+v2/2
w = p - p0 = (1-v2/v02) v02/2 = sw0
s= 1-v2/v02 —风载体型系数，即风作用于建筑物上所引起的实际
压力（或吸力）与来流风的速度压的比值,w /w0= s。
主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关
描述建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律。
风载体型系数s一般采用相似原理，在边界层风洞内对拟建的建筑
物模型进行试验确定。 《规范》GB50009-2001表7.3.1给出了38项不同类型的建筑物和
第三章 建筑结构荷载
第三章建筑结构荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001一荷载分类1、永久荷载：结构自重、土压力、预应力2、可变荷载：楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载3、偶然荷载：爆炸力、撞击力例：工业厂房屋盖自重荷载：防水层（八层作法）标准值0.35kN/m2（沿屋面坡向）找平层（2cm厚水泥砂浆）标准值0.40kN/m2（沿屋面坡向）保温层（10cm沥青珍珠岩）标准值0.30 kN/m2（沿屋面坡向）预应力钢筋混凝土大型屋面板标准值1.40 kN/m2（沿屋面坡向）屋架自重（包括支撑）标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：工业厂房屋盖活荷载：使用荷载标准值0.70 kN/m2（沿水平面）雪荷载标准值0.45 kN/m2（沿水平面）例：常用材料自重（kN/m3）：钢－78.5;钢筋混凝土－25；普通砖－18；焦渣空心砖－10；瓷砖－19.8；木材－4～9；水泥－16；水泥砂浆－20二荷载代表值1、永久荷载采用标准值作为代表值；2、活荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值；3、偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定代表值三 荷载效应组合1、对于承载能力极限状态：包括基本组合、偶然组合；设计表达式：R S ≤0γ其中：0γ－结构重要性系数；1.1、1.0、0.9S －荷载效应组合的设计值； R －结构构件抗力的设计值；◎基本组合由可变荷载效应控制的组合∑=++=ni Qikci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ϕγγγ式中：Gγ－永久荷载的分项系数；Qi γ－第i 个可变荷载的分项系数；S Gk －按永久荷载G k 计算的荷载效应值； S Qik －按可变荷载Q ik 计算的荷载效应值；ci ϕ－可变荷载Q i 的组合值系数由永久荷载效应控制的组合∑=+=ni Qikci Qi Gk G S S S 1ϕγγ注：1.基本组合中的设计值仅用于荷载与荷载效应为线性的情况；2.当对S Q1k 无法明显判断时，轮次以可变荷载效应为S Q1k ，取最不利荷载组合效应；3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时，参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载对一般的排架、框架结构，基本组合可采用简化规则：对可变荷载效应控制的组合：取下列两式的不利值kQ Q Gk G S S S 11γγ+= ∑=+=ni QikQi Gk G S S S 19.0γγ对永久荷载效应控制的组合不变 基本组合的荷载分项系数按下列规定采用永久荷载分项系数：当其效应对结构不利时：对由可变荷载效应控制的组合取1.2；对永久荷载效应控制的组合取1.35当其效应对结构有利时：一般情况下取1.0；对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时取0.9 可变荷载的分项系数：一般情况下取1.4；对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数，按有关规定进行。
高层建筑 第三章荷载作用与组合
(3) 偶然荷载：在结构使用期间不一定出现，一旦出现， 其量值很大且持续时间较短的荷载。如地 震、爆炸力、撞击力等。 按作用方向：(1) 竖向荷载：荷载作用方向沿垂直方向的 荷载。如结构自重、楼屋面活荷载等。 (2)水平荷载：荷载作用方向沿水平方向的荷 载。如风荷载、水平地震作用等。 与多层建筑相比，高层建筑层数多、高度较大，其竖向荷 载的影响是与建筑高度成正比的线性关系，而水平作用所 产生的作用效应随建筑高度成非线性的增长。并逐渐成为 设计控制指标。 三、荷载代表值 荷载代表值是指为了方便设计给荷载规定以一定的量值。 包括：标准值、组合值、频遇值和准永久值。 其中标准值指正常情况下在设计基准期（如50年）内可能 出现的最不利荷载值，是荷载的基本代表值，而其他代表
离地面或海 平面高度
A 5 1.09 1.00 0.65 10 1.28 1.00 0.65 20 1.52 1.23 0.74 30 1.67 1.39 0.88 40 1.79 1.52 1.00 50 1.89 1.62 1.10 60 1.97 1.71 1.20 70 2.05 1.79 1.28 80 2.12 1.87 1.36 90 2.18 1.93 1.43 100 2.23 2.00 1.50 150 2.46 2.25 1.79 200 2.64 2.46 2.03
值是采用相应的系数乘以其标准值得出。系数查现行《建 筑结构荷载规范》（GB50009-2012）。 永久荷载应采用标准值作为代表值；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；偶然荷载应按建筑结构使用特点确定其代表值。 建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现 的荷载，按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进 行荷载组合，并应取各自的最不利的效应组合进行设计。 对于承载能力极限状态，应按荷载效应的基本组合或偶 然组合进行荷载组合。对于正常使用极限状态，应根据不 同的设计要求，采用荷载的标准组合或偶然组合、频遇组 合或准永久组合进行荷载组合。
03荷载与结构设计方法-风荷载.ppt
第3章 风荷载
风压高度变化系数
表3-5 风压高度 0 变化系数
1.20
第3章 风荷载
风压高度变化系数
山坡和山峰的其他部位如图3.3所示，取A、C处的修正 系数 、 为1，AB间和BC间的修正系数按 的线性插值确定。
图3.3 山坡和山峰示意图 1.21
第3章 风荷载
风压高度变化系数
(2) 山间盆地、谷地等闭塞地形 η =0.75～0.85；对于与 风向一致的谷口、山口， η=1.20～1.50。
10.0 汽船航行困难
9.0
12.5 汽船航行颇危险
11.5
16.0 汽船遇之极危险
全树摇动，迎风步行感觉不便
微枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大
烟囱顶部及平瓦移动，小屋有损 陆上少见，有时可使树木拔起或将建筑物吹 毁 陆上很少，有时必有重大损毁
14
- 海浪滔天
陆上绝少，其捣毁力极大
1～5
6～11
12～19 20～28 29～38 39～49 50～61 62～74 75～88 89～102 103～117 118～133
图3.4 封闭式双坡屋面风荷载体型系数
1.23
第3章 风荷载
风荷载体型系数
二、 群体风压体型系数
当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近 时，宜考虑风力相互干扰的群体效应，使得房屋某些部位的 局部风压显著增大。设计时可将单体建筑物的体型系数 乘以 相互干扰增大系数，该系数参考类似条件的试验资料确定； 必要时宜通过风洞试验得出。
10s
5s
1.12
时距换算系数
0.940
1.00
1.07
1.16
1.20
1.26
荷载课件-风荷载
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
脉动影响系数 1、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； • 若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。 2、结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性
§ 3 - 2 风荷载的计算
波动风压对建筑产生的动力效应与建筑高度和刚度有 关。对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生 一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象。设计时采 用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以 风振系数。
对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高层房屋结构， 以及基本自振周期 大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸 结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的 风载。当超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体 型系数用2，即
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
例题2
例题2
例题3
例题3
例题3
例题3
作业题
1、风的有关知识 2、风荷载计算
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 1 风的形成 不同压力差的地区产生了趋向于压力平衡的空气
流动，便形成了风。
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 2 两类性质的大风 1. 台风
§ 3 - 1 风的有关知识
2. 季风
§ 3 - 1 风的有关知识
的情况（如高层建筑等）
§ 3 - 2 风荷载的计算
振型系数 应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按
风荷载
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）
空旷平坦地貌 高度
房屋建筑10米（桥梁工程20米）高为标准高度 公称风速时距
=10min
公称风速v0
1
v
o
t
dt,
即一定时间间隔内的平均风速
最大风速的样本时间： 一年
基本风速的重现期T0
基本风速出现一次所需要的时间(50年)
最大风速 --随机变量 p
面积 p0=1-1/T0
年平均最大风速 基本风速
第五节 结构抗风计算的几个重要概念 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)
风压高度变化系数
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
第三章 荷载及荷载效应组合
第三章荷载及荷载效应组合一、结构上的荷载分类1.按随时间的变异分类：永久荷载—在设计基准期内其量值不随时间变化，或其变化与平均值相比可以忽略不计的作用。
可变荷载—在设计基准期内其量值随时间变化，且其变化与平均值相比不可忽略的作用。
偶然荷载—在设计基准期内出现或不一定出现，而一旦出现其量值很大且持续时间很短的作用。
2.按随空间位置的变异分类固定荷载—在结构空间位置上具有固定分布的作用。
可动荷载—在结构空间位置上的一定范围内可以任意分布的作用。
3.按结构的反应分类静态荷载—使结构产生的加速度可忽略不计的作用。
动态荷载—使结构产生的加速度不可忽略的作用。
•《荷载规范》• 3.1.1结构上的荷载可分为下列三类:1 永久荷载，例如结构自重、土压力、预应力等。
2 可变荷载，例如楼面活荷载、屋面活荷载和积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载等。
3 偶然荷载，例如爆炸力、撞击力等。
•二、荷载代表值•建筑结构设计时，对不同荷载应采用不同的设计值。
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。
•《荷载规范》• 3.1.2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。
• 2.1.4荷载代表值representative values of a load设计中用以验算极限状态所采用的荷载量值，例如标准值、组合值、频遇值和准永久值。
•2.1.6标准值characteristic value/nominal value荷载的基本代表值，为设计基准期内最大荷载统计分布的特征值(例如均值、众值、中值或某个分位值)。
• 2.1.7组合值combination value对可变荷载，使组合后的荷载效应在设计基准期内的超越概率，能与该荷载单独出现时的相应概率趋于一致的荷载值；或使组合后的结构具有统一规定的可靠指标的荷载值。
第3章风荷载
第3章风荷载wind load1997年第11号台风近中心最大风速54m/s，远远超过12级风36.9m/s的风速，8级以上大风风圈半径5003.1 风的有关知识3.1.1风的形成由于地球表面各处的温度、气压变化，气流就会从压力高处向压力低处运动，把热量从热带向两极输送，因此形成不同方向的风，并伴随不同的气象变化。
台风Typhoon夏季，当东北风和西南风在热带海洋上交汇，就会形成一个小的漩涡，这个漩涡形成后，不断吸收热带地区海洋的大气热量，形成热带气旋。
它一边吸收水蒸气，一边飞速地旋转，强度也不断加强，形成热带风暴、强热带风暴乃至台风。
多个台风生成，台风一般生成在热带洋面上，它属于热带气旋的一个种类。
季风seasonal wind主要是因海陆间热力环流的季节变化。
夏季大陆增热比海洋剧烈，气压随高度变化慢于海洋上空，所以到一定高度，就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度，空气由大陆指向海洋，海洋上形成高压，大陆形成低压，空气从海洋海向大陆，形成了与高空方向相反气流，构成了夏季的季风环流。
冬季大陆迅速冷却，海洋上温度比陆地要高，因此大陆为高压，海洋上为低压，低层气流由大陆流向海洋，高层气流由海洋流向大陆，形成冬季的风力等级风力等级名称海面大概的波高（米）海面和渔船征象陆上地物征象相当于平地十米高处的风速(米/秒)一般最高范围中数0无风--海面平静静、烟直上0.0-0.201软风0.10.1微波鱼磷状,没有浪花.一般渔船正好能使舵.烟能表示风向,树叶略有摇动。
0.3-1.512轻风0.20.3小波,波长尚短,但波形显著,波峰光亮但不破裂.人面感觉有风,树叶微响,旗子开始飘动。
1.6-3.323微风0.6 1.0小波加大,波峰开始破裂;浪沫光亮,有时有散见的白浪花树叶及小枝摇动不息,旗子展开,高的草摇动不息。
3.4-5.444和风 1.0 1.5小浪,波长变长;白浪成群出现.能吹起地面灰尘和纸张,树枝摇动,高的草呈波浪起伏5.5-7.975清劲风 2.0 2.5中浪,具有较显著的长波形状;许多白浪形成.有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波,高的草波浪起伏明显8.0-10.796强风 3.0 4.0轻度大浪开始形成,到处都有更大的白沫峰.有时有飞沫.大树枝摇动,电线呼呼有声,高的草不时倾伏于地.10.8-13.8127疾风 4.0 5.5轻度大浪,碎浪而成白浪沫沿风向呈条状全树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便.13.9-17.1168大风 5.57.5有中度的大浪,波长较长,波峰边缘开始破碎成飞沫片.可折毁小树枝,人迎风前行感觉阻力甚大.17.2-20.7199烈风7.010.0狂浪,沿风向白沫呈浓密的条带状,波峰开始翻滚.草房遭受破坏,屋瓦被掀起,大树枝可折断.20.8-24.42310狂风9.012.5狂涛,波峰长而翻卷;白沫成片出现,整个海面呈白色.树木可被吹倒,一般建造物遭破坏.24.5-28.42611暴风11.516.0异常狂涛,海面完全被白沫片所掩盖,波浪到处破成泡沫.大树可被吹倒,一般建造物遭严重破坏.28.5-32.63112飓风14.0-空中充满了白色的浪花和飞沫,海面完全变白.陆地少见,其摧毁力很大.>32.6333.2 风压(1)风压：气流遇到建筑物的阻碍产生压力气幕，即风压。
第3章 风荷载
风作用在建筑物表面上所引起的实际压力与来流风的 速度压的比值——风荷载体型系数
• 建筑物表面任一点的净风压力除以建筑物来流风压，再加权
平均
风洞试验
风载体型系数ms
• 描述了房屋表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律 ，主要与房屋的体型和尺度有关。
设计时采用各个表面风作用力的平均值
《高层混凝土规程》的补充规定
荷载与结构设计方法
第3章：风荷载
风的基本概念与类型
风 是大气层中空气的流动。由于地球表 面不同地区的大气层所吸收的太阳能量不同， 造成了各地空气温度的差异，产生的气压差驱 动空气从气压高的地方向气压低的地方流动， 即形成了风
常见的自然灾害风类型：
热带气旋、季风和龙卷风
3
1.1
热带气旋
1) 概念
发生在热带海洋上的大气漩涡，是热带低压、热带风暴、 台风和飓风的总称。
Ⅱ类场地，基本风压
，已知结构基本自振周期1.9s。
(墙厚300mm)
求：在横向风荷载作用下一层底的剪力及倾覆力矩
解：1、求风荷载标准值 wk = Z ms mZ w0
(1)基本风压值
(2)风荷载体形系数 (3)风压高度变化系数
为简化计算，将建筑物分为5段，每段顶标高取在楼层处， 每段中点距地面的距离作为计算风压高度，地面粗糙度，位于 城市郊区为B类，
多层房屋的风荷载
• 考虑风振的情形 (1) H＞30m、H/B(窄边宽度)＞1.5同时满足
(2) 自振周期T1＞0.25s的高耸结构
(3) 跨度＞36m的屋盖
高层建筑自振周期的确定
《荷载规范》
总风荷载的确定
风荷载的等效换算
例题
例∶已知剪力墙结构如图所示，38层，123.5m高，位于城市郊区
结构力学第三章 风荷载
09年8月9日迫近中国的台风莫拉克，18时30分由霞浦进入福建，登陆时中心附近 最大风力有12级（33米/秒）。随着莫拉克迫近，浙江同福建两省共疏散接近100万人，
7万多艘船回港避风。浙江苍南县的降雨量超过 250毫米。
· 在8月10日05时30分，中央气象局解除台风警报并在10分钟后发布豪雨特报。 · 在8月11日凌晨减弱为热带低气压。
静 寻常鱼船略摇动 鱼船张帆时可随风移行2-3km/h 鱼船渐觉簸动,随风移行5-6km/h 鱼船满帆时倾于一方 鱼船缩帆(即收去帆之一部) 鱼船加倍缩帆,捕鱼需注意风险 鱼船停息港中,在海上下锚 近港鱼船皆停留不出 汽船航行困难 汽船航行颇危险 汽船遇之极危险 海浪滔天
静、烟直上 烟能表示风向,但风向标不能转动 人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动 树叶及微枝摇动不息,旌旗展开 能吹起地面灰尘和纸张,树的小枝摇动 有叶的小树摇摆,内陆水面有波 大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难 全树摇动,迎风步行感觉不便 微枝折毁,人向前行感觉阻力甚大 烟囱顶部及平瓦移动,小屋有损
名称
浪高(m) 一般 最高
— 0.1 0.3 1.0 1.5 2.5 4.0 5.5 7.5 10.0 12.5 16.0 —
m/s
0-0.2 0.3～1.5 1.6～3.3 3.4～5.4 5.5～7.9 8～10.7
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
— 0.1 0.2 0.6 1.0 2.0 3.0 4.0 5.5 7.0 9.0 11.5 14.0
热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级
名称 台风 （Typhoon） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 热带风暴 (Tropical storm) 热带低压 (Tropical depression) 属性 最大风速出现＞32．6 米/秒，也即 12 级以上（64 海里 /小时或以上） 最大风速出现 24．5-32．6 米/秒，也即风力 10-11 级 （48-63 海里/小时） 最大风速出现 17． 2-24． 米/秒， 4 也即风力 8-9 级 （34-47 海里/小时） 最大风速出现＜17． 米/秒， 2 也即风力为 6-7 级 （22-33 海里/小时）
3高层建筑结构荷载3
0.8+1.2/n1/2
Department of urban Construction and Environment Science
3. 2 风荷载
（2）群体风压体型系数 ） 对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时， 对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡 的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。 的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。 高层规程》规定，当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时， 《高层规程》规定，当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜 考虑风力相互干扰的群体效应。 考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干 扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定， 扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞 试验确定。 试验确定。 （3）局部风压体型系数 ） 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时， 在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载 体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。 体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。 檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时， 檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风 荷载体型系数不宜小于2.0 设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。 2.0。 荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。
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3.1.2 活荷载
4、施工活荷载 、 施工活荷载一般取 1.0~1.5kN/m2。 对高层建筑结构，计算活荷载产生的内力时， 对高层建筑结构，计算活荷载产生的内力时，可不考 虑活荷载的最不利布置。高层民用建筑楼面活载不大， 楼面活载不大 虑活荷载的最不利布置。高层民用建筑楼面活载不大， 一般为1.5 ~2 kN/M2，只占全部竖向荷载的 一般为 ，只占全部竖向荷载的10% ~ 15%，当活载较大时，为简化计算，可按活荷载满 ，当活载较大时，为简化计算， 布进行计算， 布进行计算，然后将这样求得的梁跨中截面和支座截面 的放大系数。 弯矩乘以 1.1~1.3 的放大系数。 活载——按荷载规范取。 按荷载规范取。 活载 按荷载规范取
第3章 风荷载2
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3.3.3 横风向风振 很多情况下，横风向力较顺风向力小得多，对于对称 结构，横风向力更是可以忽略。然而，对于一些细长的柔 性结构，例如高耸塔架、烟囱、缆索等，横风向力可能会 产生很大的动力效应，即风振，这时，横风向效应应引起 足够地重视。 横风向风振是由不稳定的空气动力特性形成的，它与 结构截面形状及雷诺数(Reynolds number)有关。
淮海工学院土木工程系 （/jiangong/index.htm）
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（二）计算方法： 对于一般悬臂型建筑结构(例如构架、塔架、烟囱和高层建筑等)，高 度大于30m且高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，可仅考虑 第一振型的影响。结构的风振系数按下式计算：
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工程科学家雷诺在19世纪80年代，通过大量实验，首先给出 了以惯性力与粘性力之比为参数的动力相似定律，该参数以 后被命名为雷诺数。只要雷诺数相同，流体动力便相似。后 来发现，雷诺数也是衡量平滑流动的层流(1aminarflow)，向 混乱无规则的湍流(turb u1ence)转换的尺度。 因为惯性力的量纲：ρv2l2而粘性力的量纲是粘性应力μv/l乘 以面积l2。故雷诺数只Re的定义为：
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3.3.2 顺风向平均风与脉动风 大量风的实测资料表明，在风的顺风向风速时程曲线 中．包括两种成分(图3-6)：一种是长周期成分，其值一 般在10mi n以上；另一种是短周期成分，一般只有几秒 左右。根据风的这一特点，实用上常把顺风向的风效应 分解为平均风(即稳定风)和脉动风(也称阵风脉动)来加 以分析。
第三章 风荷载
第二十六页，共26页。
规范中，给出的一些风载体型系数：
第五页，共26页。
4、风振系数βz
荷载规范规定，对高度大于30m，高宽比大 于1.5的房屋结构均需考虑风振系数。
z
1 z z
第六页，共26页。
z ——振型系数，对于质量和刚度沿高度分布比较
均匀的弯剪型结构，可近似取z/H；
——脉动增大系数。
第七页，共26页。
2.6.3 抗震结构延性要求和抗震等级
一、延性结构 1、结构的延性 延性是指构件和结构屈服后，具有承载能力 不降低或基本不降低、且有足够塑性变形能力 的一种性能，一般用延性比表示延性，即塑性 变形能力的大小。 塑性变形可以耗散地震能量，大部分抗震 结构在中震作用下都进入塑性状态而耗能。
第二十一页，共26页。
2、相关因素
风载大小主要和近地风的性质、风速、风向有关；
和该建筑物所在地的地貌及周围环境有关；
同时和建筑物本身的高度、形状及表面状况有关。
第一页，共26页。
二、单位面积上的风荷载标准值ωK
KZZS0
1、基本风压值ω0 是用各地区空旷地面上离地10m高，统计50
年（或100年）重现期的10分钟平均最大风速计 算得到的。
ω0分别乘以1.1(一般高层建筑)和1.2(特别重 要的高层建筑)。 2、风压高度变化系数μz
在10m以上，随着高度增加，风速加快，风
压值也就加大。
第二页，共26页。
第三页，共26页。
3、风载体型系数μs 一般多、高层建筑常用的各种平面形状各个
第三章 风荷载
w0单位面积上的风压力kN/m2 空气单位体积重力kN/m3 g重力加速度m/s2
v0 平均风速m/s
• 不全 同国 的地不理同位的置地，理大位气置 条， 件大 是气 不的 同的/g，的 γ和值g均 值不 也相 不同 相， 同风 。速v0与离地
(3)单层房屋取βz=1.0
(4)A=6m ×3.5m
Fw z s1 s2 w0A 10.328 0.50.4563.5 1.63kN
背
B
6m
A
迎
μs1
迎
wk1
Fw wμsk33
μs2
背
A
wk2
wμsk44
Fw z s1 s2 w0A 10.328 0.50.4563.5 1.63kN
w0 2gv02
基本风压按规范表格给出的50年一遇的风压值采w用0 ，但单 不位 得面 小于积上的
0.3kN／m2。 对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比空 较气 敏单 感位 的体积重
其他结构（自重较轻的钢木主体结构） ，这类结构g风荷载重 很力 重加 要，速计度m
算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因此基本v0风压应平 适均 当风 提速 高，m/s
3.2 风压
风压的定义：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，即风压。风速→风压
• 主要侧向荷载之一 风
• 水平风压（静力作用） 荷 • 振动效应（动力作用） 载
依据当地风速资料确定基本风压
测量高度 地貌环境
基本风速（抗风设计的基本数据）
➢ 一、风速与风压的关系（由流体力学中的伯努利方程得到）
P 0.65(kN / m2 ) 2.5m 1.625kN / m
第三章 风荷载
z ( z)
a ( z ) H TS 2 H Ta 2 Z 2 ( ) ( ) ( ) 0 ZS Z sa Z sa
S a
a
μ z综合反映了地貌、高度对风压的影响《建筑结构荷载规范》 为方便设计人员使用，将μ z制成表，见表3-5 任意粗糙度地区、任意高度Z处的风压:
a (Z ) z ( z)0
(３) 顺风向总风效应
考虑顺风向平均风效应、顺风向脉动风效应。垂直作用于建筑 物表面的风荷载标准值按下式计算：
k z s z0
式中ω0—基本风压 μz—风压高度变化系数 μs—风荷载体型系数 βz—风振系数
基本自振周期T1大于0.25s的工程结构以及H＞30m 且H/B＞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 H≤30m,H/B≤1.5多层建筑，取风振系数βz＝１
第三章 风荷载
基本内容: 1 风的基础知识 一 风的基础知识
1风的形成
由于太阳对地球大气加热和温度上升的不均衡性，在地球相同高度的 两点间产生了压力差，压力差促使空气从气压高的地方向气压低地方 流动便形成了风，如盛行风向一年内呈季节性近乎反向递转的季风等
2 风压 3 风荷载对结构的影响 4 风荷载的计算
例3-3 某矩形高层建筑，高H=150m，宽B=40m，沿高度不变。 顶层层高4m，地面粗糙度B类，基本风压ω0=0.45kN/m2 结构基本周期T1=2s，求作用于结构顶层的风力
解: 风荷载体型系数
风压高度变化系数 振型系数 风振系数
s 1.3
z 2.38
4 150
148 0.7 1 ( z ) tan[ ( ) ] 0.9854
(2) 横风向结构风效应 Ⅰ旋涡脱落现象
第三章 风荷载
5.1m
5.1m
6.5m
在高度Z=5.1m、1o.3m、15.3m和20.4m处风压高度系数 μz=1、 1.01、 1.15 和1.26 风振系数：房屋总高度未超过30m，βz=1.0 一榀框架上各楼层处作用的风荷载标准值： Fω4k=(1×1.3×1.26×0.4)×6×(5.1/2)=10.02kN Fω3k=(1×1.3×1.15×0.4)×6×5.1 =18.30kN Fω2k=(1×1.3×1.01×0.4)×6×5.1 =16.07kN Fω1k=(1×1.3×1×0.4)×6×5.1 =15.91kN
HTa
HTS vT
vT
H Ta a HTs s vT vT ( ) ( ) v0 a Z sa v0 Zs
Zs
v0
Zsa
v0a
v0 a v0 (
H TS s H Ta a ) ( ) Zs Z sa
标准地貌α s 非标准地貌α
a
H Ts 2 s H Ta 2 a 1 2 0 a v0 a 0 ( ) ( ) 2 Zs Z sa
( z) z
式中ξ—脉动增大系数 ν—脉动影响系数 φ(z)—振型系数
● 脉动增大系ξ数按以下公式计算,为方便使用制成表3-10
x2
1
● 脉动影响系数υ:
6
4 2 3
(1 x )
如果结构迎风面宽度远小于其高度 ①若外形、质量沿高度比较均匀时，可按表3-11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 变化时，可按表3-11查得系数再乘以修正系数θB、θυ (θB为构筑物迎风面在高度z处的宽度与底部宽度Bo 的比 值， θυ可按表3-12确定) 如果结构迎风面宽度较大，且外形、质量沿高度比较均匀 时，可根据H/B按表3-13确定 ● 振型系数φ(z)应根据结构动力计算确定，也可近似按教材 式3-31式3-32和式3-33计算，或沿高度比较均匀的高层建筑 可按《建筑结构荷载规范》附录F确定
第3章1-风荷载
s ——第i个表面的风载体型系数；
ai ——第i个表面法线与总风荷载作用方向的夹角。
3.2 风荷载
3.2.2总体风荷载和局部风荷载
W z z0 (s1B1 cos1 s 2 B2 cos2 ... sn Bn cosn )
3.2 风荷载
3.2.3风洞试验
风洞试验要求在风 洞中能实现大气边界层 内风的平均风剖面、紊 流和自然流动，即能模 拟风速随高度的变化， 大气紊流纵向分量与建 筑物长度尺寸应具有相 同的相似常数。一般， 风洞尺寸达到宽2-4m、 高2-3m、长5-10m时可满 足要求。
3.2 风荷载
例题3-1
计算具有右图平面的 框架-剪力墙结构的总 风荷载及其合力作用 点。18层，高58m， H/B=1.72，D类地区， 地区标准风压 w0=0.70kN/m2。
-0.7
+0.4
-0.7
0 +0.8
-0.5 -0.5
0
-0.5
3.2 风荷载
4.风振系数 z
稳定风压(平均风压——静力): 风速的平均值产生的风压, 使建筑 物产生静侧移； 波动风压——动力：实际风速产生的风压，在平均风压附近 波动。
它把圣保罗大教堂与新的泰特现代艺 术画廊和星球剧院联系起来。这座泰 晤士河上的“千年桥”耗资1820万英 镑，2000年6月10日首次向公众开放时， 桥身出现明显摆动，三天后被迫关闭。 有关部门在这座350米长的步行桥上加 装了91个类似汽车减震器的装置，方 得以重新向公众开放。重新开放后的 千年桥热闹非凡。
伦敦千年桥
4.风振系数 z
3.2 风荷载
考虑范围： 房屋结构 H>30m 且 H/B>1.5 高耸结构 T1>0.25s
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速度压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律。 11.当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，漩某 些部位的局部风压会显著增大，这种增大效应可通过将单体建筑的体型系数 s 乘以 来确定。 12.《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012 规定，验算檐口、雨篷等围护构件时，其局部风荷 载体型系数取为_ 13.顺风向的风效应分解为 _ 14. _ _。 和 _来分析。 _
二、单项选择题 1.在结构横向风振分析中，锁住区域所对应的风速区间为 共振风速） 。 A．(0.7~1.0) vcr C．(1.3~1.6) vcr B．(1.0~1.3) vcr D．(1.0~1.5) vcr ） 。 （注：vcr 为
2.在相同基本风压和高度的前提下，哪一种地理环境下的风压最大？（ A C 中小城市 城市郊区 B 海岸、湖岸、海岛地区 D 大城市市中
影响，但应考虑脉动
18.实验研究表明，当横风向风力作用力频率 f s 与结构横向自振基本频率 f1 接近时，结构横 向产生 _ 。 _。 _。
19.一般而言，高度超过 30m 且高宽比大于 4 的细长圆形截面构筑物，需要考虑 20.风荷载作用下同时发生的顺风向和横风向的风振时，结构的风荷载效应应按
四、计算题 1.一幢矩形平面的 17 层办公楼，钢筋混凝土高层剪力墙结构，其平面尺寸为 20 m 50m，房 屋的高度 H=50m，T1 = 0.08n ，如图 2。基本风压 w0 0.45KN / m 2 。地面粗糙度属 D 类，求 结构顶点顺风向风荷载标准值。注：可忽略扭转的影响。 2.某房屋修建在山坡高处,山麓附近的基本风压为0.35KN/m2， 高差H=30m，在坡顶B处有一高度为25m的房屋，地面粗糙度类 别为B类。 求：（1）房屋顶部的风压地形条件修正系数 B 。见图； （2）若该房屋位于D点，D点距离 B点180m，求该建筑物地面
是由不稳定的空气动力作用造成的，其可能产生漩涡脱落驰振、颤振和扰
振等空气动力学现象。 15.对于高度大于 30m 且高宽比大于 1.5 的房屋以及基本自振周期 T1 >0.25s 的各种高耸结构， 均应考虑 _ 。
16.在初步设计或近似计算时， 结构的基本自振周期 T1 可采用实测基础上回归得到的经验公式 近似求出， 如 13 层高的钢筋混凝土框架剪力墙结构， 其结构基本自振周期为 17.对于围护结构，脉动引起的振动影响很小，因此可不考虑 风压的分布，即在平均风的基础上乘以 _ 。 _ 。
7.《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012 规定的基本风速的时距为
8.通常认为在离地表 300~500m 及以上高度时，风速才不再受地面粗糙度的影响，也就是所谓 的 _ 。 _。
9.根据我国地形地貌的特点， 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012 将地面粗糙度分为 10. _
_是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风的
高度处的风压。 3.某高校在保定市区中心拟建一栋 6 层教学楼，房屋总高 23.4m，其平面尺寸为 80.5*22m， 如图 2 所示，试问图示风向作用下，风荷载对房屋底部产生的总剪力标准值为多少？
4.某房屋修建在山坡高处,坡底为 A，坡顶为 B，山麓附近的基本风压为 0.40KN/m2，A、B 之 间高差 H=35m，在坡顶 D 处有一高度为 26m 的房屋，如右图，D 距离 B 处的水平距离为 100m， 地面粗糙度类别为 B 类。 求： （1）房屋离地 15 米高度处的的风压地形条件修正系数 ηD 。 （11 分） (2)房屋离地 15 米高度处的的风压。 （3 分） 5.某房屋修建于距海岸 65km 的海岛上，其屋檐距地面 10m。试问，该屋檐处的最小风压高度 变化系数 z 为何值？ 6. 某城市郊 区拟建一 栋 28m 高 的钢筋混 凝土框 架结构房 屋，当地 50 年重 现期的基 本风压 100年重现期的基本风压为 w0 0.65KN / m2 。 房屋平面尺寸 B L 14m 25m ， w0 0.50KN / m2 ， 迎风面宽度为 14m ，采用玻璃幕墙做为维护结构，幕墙骨架的从属面积为35 m 2 ，试问： （1）计算高度28m处迎风面幕墙骨架维护结构的风荷载标准值（ KN / m2 ） 。 （2）计算高度 28m 处背风面幕墙骨架维护结构的风荷载标准值( KN / m2 ) 7.一栋平面为圆形的钢筋混凝土瞭望塔，塔的高度为 H 28m ，塔身截面为圆形，外墙面直 径为 6.6m，塔身墙面光滑无突出表面。该塔的基本风压 w0 0.6KN / m2 ，建于 D 类粗糙度地 区。已知塔的结构基本自振周期为 T1 0.24s ，按建筑结构荷载规范作答。问： （1）在某一特定风向作用下，风荷载对塔底部产生的剪力标准值（KN）？ （2）在（1）题风向作用下，风荷载对塔底部产生的倾覆力矩标准值（ KN m2 ）？
3.某桥梁结构，不超过桥梁设计最大风速的概率是（ ） A．1-1/25 B.1-1/50 C.1-1/75 D. 1-1/100
4.某房屋修建于地面粗糙度为 B 类的山间盆地内，其屋檐距地面 15m，试问，该屋檐处的最 小风压高度变化系数 z ，与下列何项最接近（ ） A．0.83 B.0.85 C.0.98 D. 1.13 ）
三、简答分析题 1.什么叫基本风压？简述基本风压的 5 个规定。 2.对于工程结构，什么条件下应考虑风压对结构产生的顺风向的风振。 对于一个高度为24米高的住宅，在计算顺风向风荷载时，如何考虑顺风向风振？ 3.是否对于所有的建筑结构都需考虑顺风向和横风向的风振，并说明理由。 4.风振形成机理。 5.如何确定风荷载体型系数？与哪些因素有关？ 6.高层建筑为什么要考虑群体建筑间风压的相互干扰？如何考虑？ 7.简述脉动风对结构的影响和工程中的考虑方法。 8.计算风荷载时需要考虑几个方面的因素。
5.已知保定市 50 年的基本风压为 0.4KN/mm2，求重现期为 100 年的风压（ A．0.42 B. 0.43 C.0.44 D.0.45 )
6.下列哪项不是影响风压高度变化系数 z 的因素( A．离地面或海平面高度 C.地形 7.下列说法正确的是( ) B.地面粗糙度
D.大气边界层高度以上
9.不属于扭转风荷载的产生因素为（ ） A． 立面风压的非对称作用 建筑的使用功能 10.对结构振型系数下列说法错误的是（ A.应根据结构动力学方法计算确定； B.一般情况下，对结构顺风向的风振的响应，可进考虑第一振型的影响。 C. 对圆形截面的高层建筑及构筑物横风向的共振响应，应验算第一至第二振型的响应。 D. 在确定风荷载时，为简化计算，应根据结构的变形特点，采用近似方法计算结构振型系 数。 ） B. 结构质心和刚心的不重合 C.截面形状 D.
第三章
一、填空题 1.我国 《建筑结构荷载规定》 规定以 2.对于一般结构基本风压的重现期为
风荷载
高为标准高度， 并定义 。
为基本风速。
3.由流体力学中的伯努利方程，自由气流的风速产生的单位面积上的风压力 w0 为 4.对于高耸结构及对风荷载比较敏感的高层结构， 基本风压的重现期为 _
。 _。
5.风在达到结构物以前吹越过 2km 范围内的地面时，描述该地面上不规则障碍物分布状况的 等级，称为 _ 6. _。 即一定时间间隔内（称为时距）的平均风速。 _。
A.气流经过结构物时，结构的迎风面和背风面均受压； B. 风荷载体型系数描述的是建筑物表面在脉动风压作用下的静态压力的分布规律； C. 圆 形 截 面 构 筑 物 的 s ， 仅 与 地 面 粗 糙 度 有 关 ， 和 直 径 及 雷 诺 数 无 关 ； D. 局部风荷载体型系数 sl 是考虑建筑物表面风压分布不均匀的实际情况作出的调整。 8.下列何项不属于导致建筑物横风向风振的主要激励。 A．漩涡脱落 B. 横风向湍流 C.顺风向脉动 D.气功弹性