风荷载例题

风荷载例题

下面以高层建筑为例，说明顺风向结构风效应计算。

由0k z s z W W βμμ=知，结构顺风向总风压为4个参数的乘积，即基本风压0W 、风压高度变化系数z μ、风荷载体型系数s μ、风振系数z β。因基本风压与风压高度变化系数与结构类型和体型无关，以下主要讨论高层建筑体型系数和风振系数的确定，然后通过实例说明高层建筑顺风向风效应的计算。

1．高层建筑体型系数

高层建筑平面沿高度一般变化不大，可近似为等截面，且平面以矩形为多。根据风洞试验及实验结果，并考虑到工程应用方便，一般取矩形平面高层建筑迎风面体型系数为+0.8（压力），背风面体型系数为-0.5（吸力），顺风向总体型系数为 1.3s μ=。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002第3.2.5条：

2．高层建筑风振系数

高层建筑风振系数可根据《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ 3-2002进行计算，也可参考《建筑结构荷载规范》。

3．实例

【例1】已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑，平面沿高度保持不变，质量和刚度沿竖向均匀分布。100H m =，33B m =，地面粗糙度指数s α＝0.22，基本风压按粗糙度指数为0.16s α=的地貌上离地面高度s z ＝10m 处的风速确定，基本风压值为200.44/w kN m =。结构的基本自振周期1 2.5T s =。求风产生的建筑底部弯矩。

解：

(1) 为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m 高，取其中点位置的风载值作为该区段的平均风载值，。

(2) 体型系数 1.3s μ=。

(3) 本例风压高度变化系数

在各区段中点高度处的风压高度变化系数值分别为

10.62z μ= 21z μ= 3 1.25z μ=

4 1.45z μ=

5 1.62z μ=

（4） 风振系数的确定，由

201a w T ＝0.62×0.44×2.52＝221.71/kN s m ⋅

查表得脉动增大系数 1.51ξ=

计算各区段中点高度处的第1振型相对位移

11ϕ＝0.10 12ϕ＝0.30 13ϕ＝0.50 14ϕ＝0.70 15ϕ＝0.90

因建筑的高度比/3H B =，查表得脉动影响系数0.49ν=。

将上式数据代入风振系数的计算公式，得到各区段中点高度处的风振系数： 1β＝1.12 2β＝1.22 3β＝1.30 4β＝1.36 5β＝1.41

(5) 计算各区段中点高度处的风压值

21 1.12 1.30.620.440.40/w kN m =⨯⨯⨯=

22 1.22 1.3 1.000.440.70/w kN m =⨯⨯⨯=

23 1.30 1.3 1.250.440.93/w kN m =⨯⨯⨯=

24 1.36 1.3 1.450.44 1.13/w kN m =⨯⨯⨯=

25 1.41 1.3 1.620.44 1.31/w kN m =⨯⨯⨯=

(6) 由风产生的建筑底部弯矩为

5(0.40100.70300.9350 1.1370 1.3190)2033 1.77210M kN m =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯⨯⨯=⨯⋅

【例2】某城市郊区有一30层的一般钢筋混凝土高层建筑，如图所示。地面以上高度为100M ，迎风面宽度为25米，按100年重现期的基本风压200.55/w KN m =，风荷载体型系数为1.3。

1．假定结构基本自振周期1 1.8T s =，试问，高度为80米处的风振系数与下列何

项数值接近？

A 1.276

B 1.315

C 1.381

D 1.499

2．试确定高度100米处围护结构的风荷载标准值（2/KN m ）与下列何项数值最

为接近？

A 1.616

B 1.945

C 2.256

D 2.505

3．假定作用于100m 高度处的风荷载标准值22/k w KN m =，又已知突出屋面小

塔楼风剪力标准值500n P KN ∆=及风弯矩标准值2000n M kN m ∆=⋅，作用于

100m 高度的屋面处。设风压沿高度的变化为倒三角形（地面处为0）。试问，在地面（z=0）处，风荷载产生倾覆力矩的标准值（kN m ⋅）与下列何项数值接近？

A 218760

B 233333

C 303333

D 306133

4．若建筑物位于一高度为45m 的山坡顶部，如图。试问，建筑屋面D 处的风压

高度变化系数与下列何项数值最为接近？

A 1.997

B 2.290

C 2.351

D 2.616

解：

1．城市郊区，B 类粗糙度，80z m =时，0.8z ϕ=， 1.95z μ=。201 1.782w T =， 1.54 1.441.44(1.7821) 1.518221

ξ-=+⨯-=- 100H m = ， /4H B = ， 所以0.505ν= 1.51820.5050.811 1.3151.95

z z z ξνϕβμ⨯⨯=+=+= 2．已知 1.51gz β= ， 1.3s μ= ， 2.09z μ=

0 2.256k gz s z w w βμμ==

3． 12200050010050100100218666.723

k M kN m =+⨯+⨯⨯⨯⨯=⋅ 1.4306133k M M kN m ==⋅

4．由《建筑结构荷载规范》第7.2.2条，

tan 0.450.3α=>，取tan 0.3α=。100z mm =， 2.22 2.5z H

=<， 1.4k =