风荷载

风荷载是建筑物的主要侧向控制荷载，测量风荷载及预测建筑物风响应是工程需要。利用高频天平能够测量建筑物静态和动态风荷载并预测建筑物的动态响应，这是一种有待广泛推广的新技术。作为技术研究，在1．4m×1．4m风洞中利用一台五分量高频天平获得了两个模型在不同流动状态大气边界层中的广义力谱，计算了相应高层建筑的动态响应，并与国际ESDU风工程计算作了比较，对试验结果的可靠性进行了分析。



主体结构计算时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值应按（3.2.1）式计算，风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积。



3.2.2 基本风压应按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定采用。对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，其基本风压应按100年重现期的风压值采用。

3.2.3 位于平坦或稍有起伏地形的高层建筑，其风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表3.2.3确定。地面粗糙度应分为四类：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。



3.2.4 位于山区的高层建筑，按本规程第3.2.3条确定风压高度变化系数后，尚应按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的有关规定进行修正。

3.2.5 计算主体结构的风荷载效应时，风荷载体型系数μs可按下列规定采用：

1 圆形平面建筑取0.8；

2 正多边形及截角三角形平面建筑，由下式计算：



3 高宽比H/B不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3；

4 下列建筑取1.4：

1）V形、Y形、弧形、双十字形、井字形平面建筑；
2）L形、槽形和高宽比H/B大于4的十字形平面建筑；
3）高宽比H/B大于4，长宽比L/B不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。

5 在需要更细致进行风荷载计算的场合，风荷载体型系数可按本规程附录A采用，或由风洞试验确定。

3.2.6 高层建筑的风振系数βz可按下式计算：



3.2.7 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。一般可将单栋建筑的体型系数μs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；必要时宜通过风洞试验确定。

3.2.8 房屋高度大于200m时宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载；房屋高度大于150m，有下列情况之一时，宜采用风洞试验确定建筑物的风荷载：

—平面形状不规则，立面形状复杂；
—立面开洞或连体建筑；
—周围地形和环境较复杂。

3.2.9 檐口、雨篷、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μs不宜小于2.0。

3.2.10 设计建筑幕墙时，风荷载应按国家现行有关建筑幕墙设计标准的规定采用。




关于风荷载计算 2008-11-15 10:08:01| 分类： 专业相关 | 标签： |字号大中小 订阅 .

注：转自/s/blog_51e18e270100b4fm.html





设计理论这东西，要不在有感觉的时候记下来，不常用的情况下几日一过---必然生疏！

关于风荷载计算

风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。


脉动风和稳定风

风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。

以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。

注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。


从风振的性质看顺风向和横风向风力

顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力，不引起振动。阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。

横风向，既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。


风载现有的计算方法

根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：

（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法

（2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算

（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算。


基本风压和风荷载标准值

谈到基本风压总会想起在渤海的日子，那时大家对在satwe的W0那一栏填修正值还是原始值各执己见，甚至争的面红耳赤，最后我固执的以为自己对，结果花了半天多

的时间也算不出来修正后的基本风压。一晃4年多过去了，时间飞逝，不知萍姐磊哥还有拉拉他们都混的咋样了，怀念。

其实在那一栏应该填原始值的呵呵，当时傻傻的我愣是对那句修正后的基本风压耿耿于怀非要自己修正一下不可，想想还真好笑。其实想想satwe其他的填空项目不就明白了吗，为什么要填粗糙程度，不就是以我们填的粗糙程度帮我们修正我们所填上去的基本风压吗，现在想想简单的很那时真的是始终转不过弯来，看来

时间是个好东西，四年过去了在这个问题上清醒的不得了。


风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。


WK=βzμsμZ W0

W0基本风压

WK 风荷载标准值

βz z高度处的风振系数

μs 风荷载体型系数
μZ 风压高度变化系数


基本风压值与风速大小有关。基本风压W0确定的标准条件务必记牢：空旷平坦平面，离地10m高，统计所得重现期为50年一遇和10min的平均最大风速V 为标准，并以W0=V2/1600来确定的。新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇且不得小于0.3kN/m2，新高规 3.2.2条规定:对于B级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑,应按100年一遇的风压值采用。


μZ 风压高度变化系数

很明显在μZ 表中可以看出高度10米以下的μZ 基本小于一，10米以上的基本大于一。这是因为基本风压是按十米高度给出的，所以不同高度上的风压应将W0乘以高度系数得出。

谈到μZ 个人认为只要记住其和结构高度以及地面粗糙程度有关并弄明白为什么有关即可。

A类：近海湖以及沙漠地区

B类：田野乡村及中小城镇和大城市郊区

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

一般的建筑都选B类，道理简单的很：这样μZ取值偏高，风荷载标准值偏高，计算偏安全。



μs 风荷载体型系数
个人认为一级结构在这里考的多且很到位。

以规则矩形结构平面为例

风荷载体型系数分为三类μs1迎风面体形系数μs2 背风面体形系数μs3 和μs4为侧风面体型系数μs1=0.80

μs2=-（0.48+0.03H/L）

μs3=μs4=-0.60

平常计算风荷载主要是以顺风方向进行计算，则μs=μs1-μs2=0.080+（0.48+0.03H/L）

为什么上式是减号？是因为迎风面的压力

还是背风面的吸力其实都在一个方向上，所以要调整两者的符号，要他们绝对值相加，其实上式完全可以写成μs=/μs1/+/μs2/=0.080+（0.48+0.03H/L）


另外工作中经常会发现一种现象

对于基本矩形的建筑，有的设计院不经计算直接在正压区取1.5的体型系数，

经验取值也只能进行经验的解释：多年来这个系数是这样来的，一般建筑正风压系数为+0.8，侧面-0.7，背面-0.5。假定风来袭时正面门窗开启或者时被风损坏，那么正面的风压将会作用到室内各个部分，故其侧面的风压将会是-0.7-0.8=-1.5。2 m. ?/ U$ |2 X# n1 l- `
但是现代建筑功能复杂，房屋众多，一般不会容易出现这种最不利的情况。所以新版规范进行了修改，改为了内压0.2，正压提高到1.0。q3 A原规范大面风压体型系数取值1.5。

注意：对于一些超高层，在需要更细致的进行风荷载计算的情况下，需要进行风洞试验，以此来确定风荷载体型系数。


βz z高度处的风振系数
风振系数主要是为了考虑风载波动中的动力作用（脉动风力）对建筑产生的振动效应。

进一步说，风振系数加大了风荷载，把原来风荷载中的脉动部分加强后算在了静力荷载上，作用就可以按照静力作用计算风荷载效应了。这是一种近似的把动力问题化为静力计算的方法，可以大大简化设计工作。但是，如果建筑物的高度很大（例如超过200m），特别是对于周期较长比较柔的结构，最好进行风洞试验。用通过实验得到的风对建筑物的作用作为设计依据较为安全可靠。

风振系数牵连的东西最多,包括脉动增大系数,脉动影响系数,风压高度变化系数和振型系数

\其中脉动增大系数又和周期,基本风载和粗糙程度有关 而脉动影响系数又与H/B和粗糙程度有关





设计理论这东西，要不在有感觉的时候记下来，不常用的情况下几日一过---必然生疏！

关于风荷载计算

风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。


脉动风和稳定风

风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。

以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。

注意：不管在何

种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。


从风振的性质看顺风向和横风向风力

顺风向风力分为平均风和阵风。平均风相当于静力，不引起振动。阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。

横风向，既有周期性振动又有随机振动。换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。


风载现有的计算方法

根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：

（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法

（2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算

（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算。


基本风压和风荷载标准值

谈到基本风压总会想起在渤海的日子，那时大家对在satwe的W0那一栏填修正值还是原始值各执己见，甚至争的面红耳赤，最后我固执的以为自己对，结果花了半天多的时间也算不出来修正后的基本风压。一晃4年多过去了，时间飞逝，不知萍姐磊哥还有拉拉他们都混的咋样了，怀念。

其实在那一栏应该填原始值的呵呵，当时傻傻的我愣是对那句修正后的基本风压耿耿于怀非要自己修正一下不可，想想还真好笑。其实想想satwe其他的填空项目不就明白了吗，为什么要填粗糙程度，不就是以我们填的粗糙程度帮我们修正我们所填上去的基本风压吗，现在想想简单的很那时真的是始终转不过弯来，看来

时间是个好东西，四年过去了在这个问题上清醒的不得了。


风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。


WK=βzμsμZ W0

W0基本风压

WK 风荷载标准值

βz z高度处的风振系数

μs 风荷载体型系数
μZ 风压高度变化系数


基本风压值与风速大小有

关。基本风压W0确定的标准条件务必记牢：空旷平坦平面，离地10m高，统计所得重现期为50年一遇和10min的平均最大风速V 为标准，并以W0=V2/1600来确定的。新的荷载规范将风荷载基本值的重现期由原来的30年一遇改为50年一遇且不得小于0.3kN/m2，新高规 3.2.2条规定:对于B级高度的高层建筑或特别重要的高层建筑,应按100年一遇的风压值采用。


μZ 风压高度变化系数

很明显在μZ 表中可以看出高度10米以下的μZ 基本小于一，10米以上的基本大于一。这是因为基本风压是按十米高度给出的，所以不同高度上的风压应将W0乘以高度系数得出。

谈到μZ 个人认为只要记住其和结构高度以及地面粗糙程度有关并弄明白为什么有关即可。

A类：近海湖以及沙漠地区

B类：田野乡村及中小城镇和大城市郊区

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

一般的建筑都选B类，道理简单的很：这样μZ取值偏高，风荷载标准值偏高，计算偏安全。



μs 风荷载体型系数
个人认为一级结构在这里考的多且很到位。

以规则矩形结构平面为例

风荷载体型系数分为三类μs1迎风面体形系数μs2 背风面体形系数μs3 和μs4为侧风面体型系数μs1=0.80

μs2=-（0.48+0.03H/L）

μs3=μs4=-0.60

平常计算风荷载主要是以顺风方向进行计算，则μs=μs1-μs2=0.080+（0.48+0.03H/L）

为什么上式是减号？是因为迎风面的压力还是背风面的吸力其实都在一个方向上，所以要调整两者的符号，要他们绝对值相加，其实上式完全可以写成μs=/μs1/+/μs2/=0.080+（0.48+0.03H/L）


另外工作中经常会发现一种现象

对于基本矩形的建筑，有的设计院不经计算直接在正压区取1.5的体型系数，

经验取值也只能进行经验的解释：多年来这个系数是这样来的，一般建筑正风压系数为+0.8，侧面-0.7，背面-0.5。假定风来袭时正面门窗开启或者时被风损坏，那么正面的风压将会作用到室内各个部分，故其侧面的风压将会是-0.7-0.8=-1.5。2 m. ?/ U$ |2 X# n1 l- `
但是现代建筑功能复杂，房屋众多，一般不会容易出现这种最不利的情况。所以新版规范进行了修改，改为了内压0.2，正压提高到1.0。q3 A原规范大面风压体型系数取值1.5。

注意：对于一些超高层，在需要更细致的进行风荷载计算的情况下，需要进行风洞试验，以此来确定风荷载体型系数。


βz z高度处的风振系数
风振系数主要是为了考虑风载波动中的动力作用（脉动风力）对建筑产生的振动效应。

进一步说，风振系数加大了风荷载，把原来风荷载中的脉动部分加强后算在了静力荷载上，作用就可以按照静力

作用计算风荷载效应了。这是一种近似的把动力问题化为静力计算的方法，可以大大简化设计工作。但是，如果建筑物的高度很大（例如超过200m），特别是对于周期较长比较柔的结构，最好进行风洞试验。用通过实验得到的风对建筑物的作用作为设计依据较为安全可靠。

风振系数牵连的东西最多,包括脉动增大系数,脉动影响系数,风压高度变化系数和振型系数

\其中脉动增大系数又和周期,基本风载和粗糙程度有关 而脉动影响系数又与H/B和粗糙程度有关