高度换算平均风速梯度风剖面

k 1 {1 0.13ln[ ln(1 1 )]}
E(x) 0.5772
x

6
1 n
x

E(x)
n

n
i 1
xi
(xi x)2 1
x [ i1 n 1 ]2
可求得参数 和
对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速
x x ln( ln F )
另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为
• 标准条件 标准高度——10米高 标准的地面粗糙度类别——空旷平坦地面， 重现期 平均风概率分布类型 平均风时距 .
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是 经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时 期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而 重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，
年份
年最大风速（m/s） 15.0
22.7
15.3
14.0
12.3
17.0
18.3
16.3
19.0
14.0
解：
10
平均值、根方差：
x

1 10
10 i 1
xi
16.39(m /
s)
x
[
i 1
( 9
3.02(m / s)
6 [0.57722 ln( ln 0.98)] 2.59
w0

w0
( a )2 10
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
粗糙度类别
描述
zG (m)

A
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
300 0．12
B
田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城 市郊区
350
0．16
C
有密集建筑群的城市市区
400 0．22
D
有密集建筑群的且房屋较高的城市市区
x x x
从而，保证率和保证系数的关系式如下：


6

[0.57722

ln(
ln
F
)]
平均风时距标准
一般而言，时距越长，平均风速也越小 。 我国规范就规定以10分钟为取值标准。
原因：
• 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻 力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时 就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短 时距甚至于瞬时极大风速作为标准。
第二章 结构上的静力风
在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值 几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是 平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在10 分钟以上，远离一般结构物的自振周期，
2.1 基本风速和基本风压
• 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进 行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基 本风速。
1.35
1.39
1.50
（4）不同重现期的换算
• 重现期不同，保证率也就不同
• 日本以重现期为100年的风速为基准，换算表达式
如下：
k v(T ) 0.55 0.098ln{ln[ T ]}
v(100)
T 1
欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为50年 的风速为基准，换算表达式如下：
中占有重要地位。 （2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大
风速，因此应该考虑年最大风速。 （3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果
取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然 出现周期。
基本风压定义
当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的 风速观察数据，经概率统计得出50年一遇最大 值确定的风速，相应的风压。
• 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不 可能同时作用在全部长度上。
• 10分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短 了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分， 风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速 的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因 ： （1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
450 0．30
地貌的近似确定有下述原则： (1) 以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半圆
影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可 以该地区的主导风向为准。
(2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类 别，当H＜9m为B类，9m≤H≤18m为C类，H＞18m 为D类。
非标准地貌的换算
不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风 高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯 度风速度均相等。
重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一 次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证 率应为：
P 1 1 T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极 值Ⅰ型的概率分布函数。
F (x) exp{exp[(x ) / ]}
根据概率论 由风速资料
当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可 根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定 基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般 应有30年以上的资料。
例
根据某沿海城市1989－1998年10年的记录，用年最 大平均风速计算基本风压。1989－1998年年最大平 均风速数据见表.
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
10m高风压换算值：
w10,

3.12

(
10 ZG
)2
w0
ZG——梯度风高度
（3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风 速的比值，统计所得的比值如表
时距
1h
10min 5min 2min 1min 0.5min
20s
10s
5s
瞬时
比值
0.94
1
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
v0 x1 x x 16.39 2.593.02 24.21(m/ s)
w0
v02 1600

24.212 1600
0.37(kN
/ m2)
非标准情况的换算关系——(1)高度换算
平均风速梯度(风剖面) 平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也 常称为风剖面
梯度风高度(大气边界层高度) 离地约300～500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的 影响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的 高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。
指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律
v(z) ( z )a
vb
zb
——为地面的粗糙度系数。
a米高风压：