风荷载的特性与建筑物的关系及计算
风荷载计算办法与步骤
12风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
2.1风向垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值（基本风压50年一遇³，单位为kN/m2。
也可以用公式计算基本风压的数值，也不得小于0.3kN/m2。
2.2.32.2.4风压高度变化系数风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以B类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。
2.2.6风荷载体形系数1）单体风压体形系数（1）圆形平面；（2）正多边形及截角三角平面，n为多边形边数；（3）高宽比的矩形、方形、十字形平面；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比的十字形、高宽比，长宽比的矩形、鼓形平面；（5）未述事项详见相应规范。
2）群体风压体形系数檐口、雨棚、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，不宜小于米且高宽比的房屋，以及自振周期虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。
且可忽略扭转的可按下式计算：○1g为峰值因子，去g=2.50；为10米高度名义湍流强度，取值如下：○2R为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：为结构阻尼比，对钢筋混凝土及砌体结构可取；为地面粗糙修正系数，取值如下：可以由结构动力学计算确定，对于较规则的高层建筑也可采用下列公式近似计算：○3脉动风荷载的背景分量因子，对于体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑，计算方法如下：、为系数，按下表取值：为结构第一阶振型系数，可由结构动力学确定，对于迎风面宽度较大的高层建筑，当剪力墙和框架均其主要作用时，振型系数查下表，其中H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度≤2H，H为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
高楼大厦风荷载分析与计算
高楼大厦风荷载分析与计算一、引言高楼大厦作为建筑行业中的代表，其稳定性和可靠性对于人们的生命财产至关重要。
在自然灾害或者其他意外情况发生时，高楼大厦需要具备足够的抗风能力，才能保障建筑物和使用者的安全。
因此，对于高楼大厦的风荷载进行分析和计算是非常必要的。
二、高楼大厦风荷载的特点高楼大厦的风荷载在自然界中属于动态荷载，其特点如下：1、不稳定性：风荷载是随机作用的，具有不稳定性，不易预测；2、非线性：风荷载与建筑物的形状、大小、高度等因素密切相关，具有非线性特点；3、多方向：风荷载在不同方向上分布不均，因此需要对不同方向的风功率谱密度进行分析；4、多变性：环境变化、季节变化等都会对风荷载产生影响，因此需要针对不同的情况进行分析和计算。
三、高楼大厦风荷载的计算方法1、ASCE 7-10标准ASCE 7-10标准是美国土木工程师协会所编制的高楼大厦结构设计规范，该规范对于高楼大厦的风荷载计算提供了规范的方法，通过对建筑物的几何特性、地理位置、气象条件、风速等因素进行综合考虑，得出有效的风荷载。
2、CFD方法CFD方法是计算流体力学方法的缩写，它利用数学模型对建筑物受到的风荷载进行仿真计算，能够较准确地模拟真实的风场情况。
该方法的优点在于可以考虑到建筑物的复杂几何形状和建筑群效应等复杂因素。
四、高楼大厦风荷载分析的影响因素高楼大厦的风荷载计算需要考虑多种因素，下面列举几种主要因素：1、建筑物的形状和大小；2、建筑物的高度和层数；3、建筑物所处的地理位置和气象条件；4、建筑物周边的环境条件，如周边建筑、地形等；5、建筑物的结构类型和材料强度。
五、高楼大厦风荷载计算的实例分析以位于上海陆家嘴的环球金融中心表层为例，进行风荷载计算的实例分析。
建筑物的数据：高度：492米层数：101层结构类型：框架结构抗风等级：超过12级风场参数：基本风压力：0.70kN/m2静荷载附加系数：1.1动荷载附加系数：1.2风向因素：纵向和横向计算结果：结构抗风作用高：225m风荷载设计值：6800kN/m2结构面负责建筑面积：16100m2风荷载作用面积：11000m2风荷载设计值：7500kN/m2可以看出，通过计算得到的风荷载值远高于建筑物本身的重量，这也表明高楼大厦的风荷载计算非常重要。
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。
风荷载计算解析
4.2风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物受的风荷载。
4.2.1单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值按下式计算：式中：1.基本风压值Wo按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的最值确定的风速V0(m/s)按公式确定。
但不得小于0.3kN/m2。
对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压采用100年重现期的风压值；对风荷载是否敏感，要与高层建筑的自振特性有关，目前还没有实用的标准。
一般当房屋高度大于60米时，采用100年一遇的压。
《建筑结构荷载规范》（GB50009－2001）给出全国各个地方的设计基本风压。
2.风压高度变化系数μz《荷载规范》把地面粗糙度分为A、B、C、D四类。
A类：指近海海面、海岸、湖岸、海岛及沙漠地区；B类：指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的城镇及城市郊区；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；风荷载高度变化系数μz计算公式A类地区=1.379(z/10)0.24B类地区= (z/10)0.32C类地区=0.616(z/10)0.44D类地区=0.318(z/10)0.6位于山峰和山坡地的高层建筑，其风压高度系数还要进行修正，可查阅《荷载规范》。
3.风载体型系数μs风荷载体型系数是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面风力的大小。
一般取决于建筑建筑物的平面形状等。
计算主体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中P57表4.2－2确定各个表面的风载体型系或由风洞试验确定。
几种常用结构形式的风载体型系数如下图注：“＋”代表压力；“－”代表拉力。
《高层结构设计》 02高层建筑结构的荷载计算
高层建筑结构的荷载计算高层建筑结构的竖向荷载包括自重等恒载及使用荷载等活载，其计算方法与一般建筑结构类似，在此不再重复。
本章主要介绍在高层建筑结构设计中起主导作用的水平荷载—风荷载和地震荷载作用的计算方法。
第一节 风荷载空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生的压力或吸力即建筑物的风荷载。
风荷载的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、形状以及表面状况有关。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值可按下式计算：0ωµµβωz s z k =式中：k ω为风荷载标准值（kN/m 2）；z β为z 高度处的风振系数；s µ为风荷载体型系数；z µ为风压高度变化系数； 0ω为基本风压（kN/m 2）。
1. 基本风压0ω我国《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），《全国基本风压分布图》中给出的基本风压值0ω，是用各地区空旷地面上离地10m 高、重现期为30年的10min 平均最大风速0υ（m/s ）计算得到的，基本风压值1600/200υω=（kN/m 2）。
荷载规范给出的0ω值适用于多层建筑；对于一般高层建筑和特别重要的或有特殊要求的高层建筑可按《全国基本风压分布图》中的数值分别乘以1.1和1.2采用。
2. 风压高度变化系数z µ表1 风压高度变化系数风速大小与高度有关，一般近地面处的风速较小，愈向上风速逐渐加大，但风速的变化与地貌及周围环境有关。
在近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，地面空旷，空气流动几乎无阻挡物（A 类粗糙度），风速随高度的增加最快；在中小城镇和大城市的郊区（B 类粗糙度），风速随高度的增加减慢；在有密集建筑物的大城市市区（C 类粗糙度），和有密集建筑群，且房屋较高的城市市区（D 类粗糙度），风的流动受到阻挡，风速减小，因此风速随高度增加更缓慢一些。
表1列出了各种情况下的风压高度变化系数。
风荷载计算方法与步骤
1 风荷载当空气的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑物所受的风荷载。
1.1 单位面积上的风荷载标准值建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平面高度、风的性质、风速、风向以及高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等因素有关。
垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值ωk （KN/m ²）按下式计算：ωk =βz μs μz ω0风荷载标准值（kN/m 2）=风振系数×风荷载体形系数×风压高度变化系数×基本风压1.1.1 基本风压ω0按当地空旷平坦地面上10米高度处10分钟平均的风速观测数据，经概率统计得出50年一遇的最大值确定的风速v 0(m/s)，再考虑相应的空气密度通过计算确定数值大小。
按公式 ω0=12ρv 02确定数值大小，但不得小于0.3kN/m 2，其中ρ的单位为t/m ³，ω0单位为kN/m 2。
也可以用公式ω0=11600v 02计算基本风压的数值，也不得小于0.3kN/m2。
1.1.2 风压高度变化系数μZ风压高度变化系数在同一高度，不同地面粗糙程度也是不一样的。
规范以B 类地面粗糙程度作为标准地貌，给出计算公式。
μZX=(H tB 10)2αB (10H tX )2αX (Z 10)2αXμZA =1.248(Z 10)0.24μZB =1.000(Z )0.30μZC =0.544(Z 10)0.44μZD =0.262(Z 10)0.601.1.3 风荷载体形系数μS1）单体风压体形系数（1）圆形平面μS =0.8；（2）正多边形及截角三角平面μS=0.8+√n，n为多边形边数；（3）高宽比HB≤4的矩形、方形、十字形平面μS=1.3；（4）V形、Y形、L形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比HB >4的十字形、高宽比HB>4，长宽比LB≤1.5的矩形、鼓形平面μS=1.4；（5）未述事项详见相应规范。
风力发电场风荷载分析
风力发电场风荷载分析风力发电作为一种清洁、可再生的能源形式，在世界范围内得到了广泛的应用和发展。
然而，风力发电场面临着许多挑战，其中之一就是风荷载。
正确的风荷载分析对于风力发电场的设计、安全运行和维护至关重要。
本文将对风力发电场风荷载进行详细的分析和讨论。
一、风荷载简介风荷载是指风力对建筑物、结构物或装置所产生的力或压力。
风荷载的大小取决于风力的强度、方向和持续时间。
对于风力发电场来说，风荷载是一种主要的外部负荷，直接影响着风力发电机组的安全和稳定运行。
因此，风荷载的准确分析对于风力发电场的规划和建设至关重要。
二、风场的风力特性风荷载的分析需要首先了解该地区的风力特性，这包括风速的统计分布、风向的变化规律等。
通常情况下，可以通过观测历史气象数据来获得该地区的风力特性。
在风力发电场规划和设计过程中，需要考虑当地的风力资源情况，选择适合的风力机型和布局形式。
三、风荷载计算方法风荷载的计算是基于风力的动力学原理，并结合了结构特点和设计要求。
常用的风荷载计算方法有两种：平均风速法和峰值风速法。
1. 平均风速法平均风速法是一种经验方法，通过观测或估算该地区的平均风速，并根据建筑物或结构物的高度和形状，确定其所受的平均风荷载。
这种方法适用于一些简单的结构，但对于高度较大、形状复杂的风力发电机组而言，不够准确。
2. 峰值风速法峰值风速法是一种基于峰值风速进行计算的方法。
通过观测或统计该地区的风速数据，找出最大值，然后根据风力发电机组的参数对其进行校正，得到相应的风荷载。
这种方法更加精确，适用于复杂的风力发电场。
四、风荷载分析案例为了更好地理解风荷载的分析过程，下面以某风力发电场项目为例进行详细分析。
该风力发电场位于海边，常年受到强风的影响。
我们首先对该地区的风速数据进行统计分析，得出年平均风速为8m/s，最大风速为25m/s。
根据风力发电机组的技术参数，我们计算出相应的风荷载。
根据风荷载计算结果，我们对风力发电场的塔筒和叶片进行了强度校验，确保其具备足够的抗风能力。
对风荷载计算的一点认识
目前规范[2]按主体结构和围护结构对风荷载的计 算进行了区分，基本公式如下： wk z s z w0 (2)
wk gz s1 z w0
(3)
上述两个公式分别用于主体结构计算和围护结 构计算，两个公式都是用静力等效的方法把复杂问题 简单化，在基本风压 w0 的基础上分别乘以相应系数。 其中，风压高度变化系数 μz、风荷载体型系数 μs 和局 部体型系数 μs1 主要与风的空间不均匀性有关；风振 系数 βz 和阵风系数 βgz 主要与风的时间脉动性和结构 阻尼特性有关。各参数的相关关系如图 2 所示（引自 中国建筑科学研究院陈凯博士的讲座演示文档）。
(a) 分区归并前体型系数极小值
（b） 分区归并前体型系数极大值
和分区归并等，分区归并是将相近测点的数据进行人 为归并以达到简化模型输入目的。图 4 给出了某体育 场屋盖结构风荷载体型系数分区归并前后的示意。需 要注意的是，当屋面高度变化较大时，归并的区块不
（上接第 32 页） 图 7 所示：9）套筒焊缝高出部分全部打磨平整，外观要求 光滑平整；10）Q100LY 和 Q345 芯材对接前要预热，预热 温度 150℃左右，层间温度不能大于 250℃，最终的预热工 艺与焊条选择需要焊接工艺评定后确定。 3 结论 （1）建立了巨型屈曲约束支撑的 ABAQUS 模型，对
图 3 新旧பைடு நூலகம்范风压高度变化系数对比
2.2.2 横风向、扭转风振等效风荷载的计算 《新荷规》对横风向和扭转风振进行了更明确的 规定。设计人员需了解什么情况下考虑横风向风振作 用，什么情况下考虑扭转风振作用。对体型简单规则 的建筑规范附录提供了简化计算公式，平面和立面体 型复杂的建筑宜通过风洞试验确定。 一般而言，以下两类建筑需要考虑横风向风振的 影响：1）建筑高度超过 150m 或高宽比大于 5 的高层
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风荷载的特性与建筑物的关系及计算
设计主导风向
风的方向也是复杂多变的，随机性的。
在风荷载的测算与表达过程中，通常以风玫瑰图表示风向的分布规律——表示某一地区的全年冬季、夏季的风向的分布状况。
图中虚线表示该地区冬季风向的分布规律，可以看出，西北风为主导风向；
实线表示该地区夏季风向的分布规律，可以看出，东南风为主导风向。
在设计中，以标准风荷载——基本风压与风玫瑰图的主导风向为该地区的设计标准。
基本风压
基本风压是指某一地区，风力在迎风表面产生作用的标准值，是某一地区风荷载的基本参数。
我国规范对某一地区的基本风压按以下标准确定：选择平坦空旷的，能反映本地区较大范围内的气象特点，并避免局部地形和环境影响的地面区域，在距地面10米高处，年最大风速发生时10分钟内的风速平均值所形成的，并考虑该风速的历史重现期（30年为标准期限）而确定的迎风面风力作用。
分别以30年和50年为风力重现期，所测得的风力统计结果，其保证率（可靠度）为96.7%和98%。
基本风压表示的是一个地区风力的基本状态，是在诸多限制条件下测算出来的，在实际工程中，建筑物的具体位置的具体风压，需要经过相应的调整才能得到。
形体与风的作用
通常情况下，物体的迎风面受到风产生的压力作用，这种压力作用会随着风的级别（风的速度）的不同而不同，但对于复杂的建筑形体，对于建筑物的其他表面，风不仅仅产生类似迎风面的压力。
同时由于风向的变化，建筑物各个表面所受到的作用的差异度也极为巨
大。
建筑形体与风的作用
建筑物所采用的平面与剖面形体，与其各个外表面所受风的作用有密切关系：迎风面风力为压力，所受风作用强烈；侧风面随着与风的夹角的变化，风力逐渐有压力转变为吸力；背风面表现为吸力。
矩形、圆形、三角形等不同的平面形状的建筑物，各个侧面所受的风力作用差异很大。
一般来说，圆形、六边形、Y型、十字形、三角形平面所受风力作用小于矩形，矩形平面建筑物做切角处理后，风力作用会降低。
建筑物表面的粗糙程度也影响着所受风力作用的大小，表面粗糙会也加大风力的作用。
高度与风的作用
随着风力测试点的高度增加，所受风力作用也随之加大，这是因为在高空处没有风的阻挡物，形成风速较大而造成的。
高层建筑所面临的风力作用明显高于普通建筑物，其侧面的风力分布规律体现出风力与高度的直接相关关系。
因此许多高层建筑采用在高处缩减截面，以减小风的作用效果。
对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别来确定。
地面粗糙度可分为A，B，C，D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。
风的振动效应
风是随机出现的，除了平均风，阵风对于建筑物的影响也不能忽视。
阵风会产生强烈的风阵效应，并且具有极大的不稳定性，该图记
录的是某高耸塔桅结构的顶部在风的作用下所产生的运动轨迹，可以看出其轨迹是极不规律的。
阵风会产生顺风的振动效应与侧风的振动效应，尤其对于高耸的细长建筑，侧风振动效应较大。
风荷载计算公式
综合各种因素，我国规范采用以下计算公式表达建筑物特定区域的风荷载基本设计指标：
ωk=βzμsμzω0
ωk:风荷载标准值
βz：高度Z处的风振系数
μs：建筑物对于风荷载的形体系数
μz：风荷载的高度变化系数
ω0：建筑物所在地区的基本风压
对于具体建筑物，多按层间划分风荷载高度分布段落并选择高度系数与风振系数，按照主导风向设定建筑物与风的受力方向关系，按所处的不同侧面确定风的形体系数，从而计算出建筑物各个侧面各个高度区间的风荷载标准值，再根据相关的传力路径折算风荷载与主体结构的相关关系与量值。
城市中心区高层建筑综合风效应
在城市中心区，建筑密度大，因而从常规理解，地面粗糙度大，风速减缓。
实际设计中也采用此概念，城市风速考虑地面粗糙效应而使风力折减。
这个概念仅在城市多为多层建筑或高层建筑不多、分布不密集时是正确的。
随着城市中心区高层建筑大量增加、高度加大（多数在百米以上）、密度也随之加大。
据统计，城市中央商务区（CBD）的高层建筑间距多数小于30米。
在这种情况下，高层建筑物对于地表气流穿过形成阻挡，宏观上会减小风的速度，降低风力作用；但在局部会由于过风面积狭小，形成风力急剧增加，而且这种风力增加是不确定的。
北京中心高层建筑密集区曾出现的，高达10级的顺时阵风，这在华北地区在常规意义上是不可想象的。
城市风是十分复杂的现象，带有很大的不确定性，随着建筑物的不同而不同。
某一特定区域的城市阵风在建筑物建成前后是截然不同的，既当某一建筑物尚没有建设完成时，是难以预见到其建成后的所面对的区域风的，原有的风的计算模式是不适用的。
因此现在西方国家已经开始对于城市中心商务高层建筑区域进行特征风的研究，并采用航空技术，以风洞试验的方式对于区域模拟规划进行调整，并以相关法律的方式确定各种建筑的规划与设计的相关关系。
风力的作用是复杂的，虽不至于产生恶劣的结果，但也应引起关注。
现代建筑抗风设计，需要考虑以上多种因素的共同影响，确定建筑物所受侧向风荷载的大小与分布状况。
在高层建筑的施工过程中，尤其要注意塔吊、脚手架等施工过程的抗风设计；在使用过程中要尤其注意建筑物附加的广告牌、灯箱、旗杆的设计与安装。