风荷载模拟试验的粗糙度估计
Henry W. Tieleman*
Department of Engineering Science and Mechanics,
Virginia Polytechnic Institute and State University,
Blacksburg, VA 24061-0219, USA
Received 10 February 2003;
received in revised form 13 June 2003;
accepted 16 June 2003
摘要
风工程师进行对低层建筑风荷载评估的风洞模拟实验必须应对如何重现有关的流动参数来表征大气表层的问题。由于很少有可以实地观测，因此对于大多数情况，模拟并不是基于在建筑物现场直接观测到的流量。相反，风工程师必须评估在建筑工地视觉的地形粗糙度，并从现有的地形分类挑选一类与之匹配。后者则提供了以粗糙度长度的形式来度量粗糙度的措施，粗糙度长度可用来提供在实验室中使用基本原则重现流所需的湍流参数的估计。建议的用来获取这些参数的方法可以很容易地依靠规定的粗糙度长度来适应用户友好电子评价。
1引言
强风条件下，角落、屋脊和屋顶边缘附近流分离的区域产生的大型吸压力(大负压)造成破坏的主要因素。相关区域表面进行地形模拟的棱镜的最小负压的风洞测量结果表明压力系数和压力本身两者的大小实际上都随湍流强度增大[1]。因此，进行低层结构物风荷载评估的风洞模拟试验需要细致地重现大气湍流。表面粗糙度在开阔地形上明显变化，因此湍流强度也明显变化，对ASCE - 7 中分类C，根本不足以分配一个单一的压力系数。一般不能得到现场大气流观测数据，风工程师不得不诉诸替代方法，以评估给定的位置湍流参数的。在这篇文章中的方法将讨论用于对模拟较均匀和不均匀的各种地形的风洞流模拟的大气湍流参数，如何从基本的流体关系进行评估。
2理想地形
对于平坦、光滑和均匀（FSU）的地形上相当长的风程内的大气流，湍流能量的产生归功于雷诺（湍流）应力对流体的变形作用。这种剪切产生的湍流能量最初来源于流向的u
方向分力，然后转移到横向v和w方向分力。大部分湍流能量产生在接近雷诺应力和流体
变形两者最大值的表面。湍流能量的产生还与浮力效应、尾流的迎风障碍和地形特点（复杂地形）有关。
平坦、光滑和均匀的地形（理想地形）上剪切引起的湍流与地形的粗早读有直接关系。对湍流强度的进行估计，在有关的流动特性没有直接测量方法可用时，则需要流体下部地形的粗糙度。表面粗糙度是最好是用粗糙度长度Z 0进行估算，从传统的对数速度分布可得：
()()*0/ln /U U z d z κ--???? (1)
式中，U*为表面摩擦速度，k 为冯·卡门的常数，大小为0.4。适用该公式的最低高度远高于表面粗糙度因素的平均高度时，位移长度d 可以忽略。
由于平均风廓线可靠的现场观察，通常是不会为现有的各种原因，风工程师需要落在上风粗糙度目测回来。这种方法需要观察地形粗糙度与表面粗糙度的一个类就从现有的粗糙度与粗糙度，z0关联的值分类表，为每个类。
由于可靠的平均风速剖面的现场观测数据常常由于种种原因无法得到，所以风工程师退一步到目估上风向粗糙度上来。这种方法需要所观察地形粗糙度与现有的粗糙度表格中的一个粗糙度分类相符合，而表格中每类都有与之相关联的粗糙度长度值z0。
基于对同类地形试验结果心挑选表，Wieringa [2]提出了12种粗糙度，从海平面向有规则的城市变化，同时对每种分类都给出了粗糙度长度范围（表1）。
由Wieringa 取得的成果表明，在公开文献中提供的现有值常常由于两个因素而造成了粗糙度长度的低估。
对于可忽略热流的理想地形，其表层的平均流速（一般可达100米以上的表面，而在强风条件下更高）能很好代表对数风剖面（1）。同时，湍流比率可由下式求得：
()0/ln /a a U A z z σκ- (2)
式中，a 可分别为u ，v 和w[3]，湍流强度下可由下列表达式得：
()0/ln /a a U A z z σκ- (3)
由Wieringa 的粗糙度分类表中确定的粗糙度，三个方向湍流强度分量可以计算（图1-3）。 理想的条件下，除粘性子区外对数率速度谱的一般表达式具有以下形式[4] ：
()()()2*//1a nS n U Af Bf β
α-+ (4) 式中，n 为循环频率，f 为无量纲频率，代表着高度z 与波长U/n 之比。当满足在高频和低频谱范围分为为-2 / 3和1的斜率（1,5/3αβ=-=-），公式（４）等于()2*/a U σ，可以不用测量方法求解系数A 和B （见表2）。
从速度谱可以得到湍流积分尺度，如下：
()()()2
/40/a
x a a L U S σ- (5)
结合速度谱表达式(4)，表层较低部分的积分尺度则为：
()2
/2a
x a L Az A - (6)
其中，A 等于206.0时，流向上积分尺度(6)减小为8.94a
x L z -（图4）。横向和竖向积
分尺度可以由类似表达式得到。
小尺度积分湍流参数S ，定义为：
()()()26//10u u S nS n U σ??-?? (7) 在n=10/B U L 计算。
同样可以不用实地测量而通过计算求得。
对于许多低矮结构物（高度H 比平面尺寸小），其特征尺度是他们的高度H 。参数S 和湍流强度(3)可以通过计算频率f=10时的谱函数求得（图5）。
上述分析不应该基于以下的混合高度，该高度延伸到一个高度相当于20倍的表面粗糙度较低值（如表1中的前六个粗糙度等级）对应Z0值。对于较大的粗糙度的均匀地形，混合高度的最低的估计z*,均匀地形，至少是粗糙度高度H的1.5倍。当气流动量通量成为一维的并且平均流量不再随水平位置变化而变化时，其地面以上的高度定义为混合高度。在混合高度和地表粗糙度顶层之间，气流是三维的，并且依赖于临近的特有的粗糙元，显然这不能适用于理想地形的分析。虽然对数速度剖面在高于混合高度时仍适用，但其表面起点是朝着粗糙元顶部移动。位移高度d的精确位置取决于表面粗糙度密度，典型地降为接近其高度的70%[2]。混合高度以上，如果考虑位移高度d则对数公式也适用。这意味着，理想地形分析应限于高度，对于平坦地形超过20倍z0和对崎岖的山区则为1.5倍H（表1）。当最低观测高度比位移高度更高时，后者在分析中可被忽略。
3 非均匀地形
大多数情况下，独立的表面障碍物，例如树木，建筑物和小山坡，大到足以创造可观数量的尾流时，就存在逆风回流。如果障碍物之间的距离足够大（15obst x H ?>），平均流速迅速与大粗糙元之间的局部地形相适应。然而，从样的风速剖面中得到的局部Z 0值不应用于获取湍流强度。其原因是，这种障碍物产生的大尺度尾流相当持久，并且需要更长的距离，以适应局部地形。因此，在障碍物之间的湍流与平均速度剖面不平衡，而从后者得到的参数也不足以描述水平湍流。
混合高度以上，如果至少1.5倍障碍物高度时也可以计算[6]，并假设表面障碍物在至少几千米[2]的长风程内按照一种合理的均匀的形式分布，则平均流和湍流与该区域地形相符合。如果是这样，那么混合高度以上，代表气流的有效的或局部的粗糙度长度z0e就可用于获取有关湍流参数。对于表1和表3中混合高度小于10米的分类，通过表达（3）获得其在10米高度的湍流强度值，将其作为粗糙度长度函数，并列于图6。
在缺乏直接观测情况下对z0e的估计，必须立足于从其他类似地形的地方观测得到的粗糙度长度。然而，非均匀地形的变化是无限的，提出如均匀地形（表1）的相对简单的分类是完全不可能的。Davenport 分类中第4，5，6类经过由Wieringa修改[6]后，包括了有效粗糙度长度，而忽略了位移高度。对于混合高度z*以上的气流分析，后者是必不可少的，并且采用平均障碍物高度的70%的假设值可能是不够的。相反，建立在最新数据基础上的新分类（[5]中表1/本文中表3），包括了从由障碍隔开的开阔区域到森林组成的多种地貌。这些分类主要是处理由按各种大小和间距分散的树林覆盖的荒地草原。如果所选的地貌不符合表3中的地貌，可以参考Davenport分类表中第4，5，6类，其分别代表0.10, 0.25,和0.5 m的粗糙度长度。无经验情况下，位移高度可以假定为障碍物高度的70％。
这里讨论的3种分类定义如下：
第4类，z0e=0.10m，开阔并略微粗糙：低矮作物或植物的栽培或天然区域，或者具有相对的水平距离至少为20倍高度的少量障碍物的适度开阔的田野。
第5类，z 0e =0.25m ，粗糙：高植物或者植物高度变化的栽培或天然区域，并且具有分散的相对水平距离为12-15倍高度的多孔性障碍物（如防护林）或者相对水平距离为8-12倍高度的实体性障碍物（如建筑物）。
第6类，z 0e =0.5m ，非常粗糙：有密集植被，并且有间距约8倍高度的相当大障碍物群（大农场，森林区）的地貌。低密集植被地貌，主要如矮灌丛，果园，幼林。此外，还有适度覆盖低矮建筑物的区域，其建筑物间距为高度的3-7倍，并且没有高树。
通过从均匀的粗糙度01()z 向另一粗糙度02()z 单一变化区域的气流以粗糙度变化位置的下游内部边界层（IBL ）增长为特征。在内部边界层内最底部的10％高度内，气流与新地形相应，并且和顺风粗糙度长度02()z 对应的对数速度风剖面相应。上面90%部分构成了平衡层和内部边界层以上不受干扰的空气之间的过渡。内部边界层内平衡层厚度增加缓慢，按照顺风向距离每100m 增加1m 的速度增长，同时内部边界层则以更快地顺风向距离每10m 增加1m 的速度增长[7]。
对于从平整到粗糙转变的地形，其均匀流分析可以用来预测平衡层02()z 和其上过渡层
01()z 的湍流参数。
对于过渡区的估计，该区域流动参数的线性插值提供了一个现实的估计。。对于从粗糙到平整变化的地形，近地表的湍流由于迎风方向更为粗糙地形产生的附加尾流而使其处于不平衡态。这种情况，最好假设顺风方向平整地形上湍流和迎风方向粗糙地形的湍流具有相同性质。
4 结论
本文提供了风工程师借助工具获得表层大气湍流参数（湍流强度、积分尺度和小尺度）的可靠估计。这些参数需要在实验室里仔细的复核，以便进行低层建筑风荷载模拟实验。其结果基于在均匀z 0或者非均匀z 0e 地形上气流相应粗糙度长度的可靠数据。所提出的湍流参数的估计在混合高度以上部分是有效的，而混合高度对于很平整的地形为20Z 0，其他情况则为1.5obst H 。低于这个高度时，湍流强度非常大，并且随着几何形状，迎风向临区粗糙度及其散布的障碍物不同而急剧变化。对于粗糙度长度超过0.5m 的非常粗糙的地形，很多低矮建筑物的高度比混合高度低，本文所提的分析方法即使在考虑位移高度下也不能使用。这种情况，用在风洞中模拟混合高度以上气流的表面粗糙度提供了一种具有充分代表性的对混合高度以下气流的模拟方法。这种情况只有用于创造混合高度以上气流的粗糙度足以代表工地附近的实际粗糙度时在才满足。如果不是这种情况，则必须注意所给的迎风向障碍物的物理模型必须接近工地实际情况（相似模型）。
参考文献
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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+（压力），背风面体型系数为（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＝，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 ＝××2＝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 11?＝ 12?＝ 13?＝ 14?＝ 15?＝ 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＝ 2β＝ 3β＝ 4β＝ 5β＝ (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 =???=
等效静力法模拟风荷载的探讨 摘要：本文应用CAESAR II软件采用等效静力法模拟风荷载，详细介绍如何编辑风荷载校核工况，进行加入风荷载的一次应力校核和导向支架的受力评定。 关键词：CAESAR II 风荷载校核管道工况编辑； Discussion on Simulating Wind Load with Equivalent Static Method ZHANG Xian-yue LIU Junchen （CPECC East-china Design Branch，Qingdao 266071，China） Abstract：The paper uses the equivalent static method to simulate the wind load in CAESARII software，particularly presents how to edit the wind load checking condition，and provides the method to how to consider the the primary stress of wind load and the forces of the guide supports. Key words：CAESAR II；wind load；check；pipeline；edit condition； CAESARII软件是由美国COADE公司研制开发的专业管道应力分析软件，它是以梁单元模型为基础的有限元分析程序，它可以进行静力分析也可以进行动力分析[1]。在炼油厂中，管道在工作状态下，除了要承受压力、重力、其他持续荷载作用，还要承受风荷载偶然荷载的作用，ASME B31.3[2]和GB50316[3]要求偶然荷载产生的一次应力不得超过操作状态许用受力的1.33倍。严格的说，风荷载属于动力荷载，应该采用动力学方法进行分析。但是由于动力分析方法过于复杂，难以应用于实际工程设计，所以风荷载计算时，可以采用等效静力法分析计算。该方法将风的荷载作用转化为等效静力荷载，然后采用静力方法进行分析[1]。 一、风荷载的输入 下面以某炼油厂的常减压装置常压塔顶油气线为例，举例说明风荷载的校核方法。根据常减压装置所在地的气象数据，确定基本风压值[4]和地面粗糙度[4]的类别，计算不同高度对应的风压值，输入到CAESAR II风荷载数据表中。考虑到风方向的不确定性，通常将东南西北四个方向的风全部引入到分析模型中，并进行相应的偶然工况编辑，完成受力校核计算。如图1所示填入风荷载和对应高度值： 图1 二、风荷载的工况编辑
风荷载
执行规范：选择最新的。 地面粗糙度类别：《荷规》8.2.1. 修正后的基本风压：指沿海、强风地区及规范特殊规定等可能在基本风压基础上，对基本风压进行修正后的风压。对于一般工程，可按照《荷规》的规定采用。《高规》4.2.2条规定，对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。对于该条规定，软件通过“荷载组合”选项卡的“承载力设计时风荷载效用放大系数”来考虑，不需且不能在修正后的基本风压上乘以放大系数。 风荷载计算用阻尼比：《荷规》8.4.4。 结构X、Y项基本周期：初始默认，设计人员应将计算后的结构基本周期重新填入，重新计算以得到更准确的风荷载计算结果。 承载力…放大系数：《高规》4.2.2，对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。 风压：取值与风荷载计算时采用的“基本风压”可能不同（10或50年），因此单独列出，仅用于舒适度验算。 结构阻尼比：《高规》3.7.6，宜取0.01～0.02，高度不小于150m才考虑风振舒适度。 精细计算……风荷加载：以前是对柱按柱顶的节点荷载加载，即把作用在整个柱上的风荷载作为柱顶节点集中力加载，这样计算的内力位移偏大。风荷载按柱间均布风荷载加载更符合钢结构门式刚架等设计的需要。精细风情况可操作，默认勾选。 考虑顺风向风振：《荷规》8.4.1：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大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 其他风向角度：软件自动计算的风工况为+X，-X，+Y，-Y四个工况，即0，90，180，270度方向。若需要考虑其他方向的风工况，可在“其他风向”参数中指定。此处设置后，设
实验三 表面粗糙度测量 实验3—1 用双管显微镜测量表面粗糙度 一、实验目的 1. 了解用双管显微镜测量表面粗糙度的原理和方法。 2. 加深对粗糙度评定参数轮廓最大高度Rz 的理解。 二、实验内容 用双管显微镜测量表面粗糙度的Rz 值。 三、测量原理及计量器具说明 参看图1，轮廓最大高度Rz 是指在取样长度lr 内，在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp 与最大轮廓谷深Rv 之和称之为轮廓最大高度 。 即 Rz = Rp + Rv 图1 图2 双管显微镜能测量80~1μm 的粗糙度，用参数Rz 来评定。 双管显微镜的外形如图2所示。它由底座1、工作台2、观察光管3、投射光管11、支臂7和立柱8等几部分组成。 双管显微镜是利用光切原理来测量表面粗糙度的，如图3所示。被测表面为P 1、P 2阶梯表面，当一平行光束从450方向投射到阶梯表面上时，就被折成S 1和S 2两段。从垂直于 光束的方向上就可在显微镜内看到S 1和S 2两段光带的放大象1 S '和2S '。同样，S 1和S 2之间距离h 也被放大为1S '和2S '之间的距离1h '。通过测量和计算，可求得被测表面的不平度高度 h 。 图4为双管显微镜的光学系统图。由光源1发出的光，经聚光镜2、狭缝3、物镜4以 450方向投射到被测工件表面上。调整仪器使反射光束进入与投射光管垂直的观察光管内，经物镜5成象在目镜分划板上，通过目镜可观察到凹凸不平的光带（图5 b ）。光带边缘即工件表面上被照亮了的h 1的放大轮廓象为h 1′，测量亮带边缘的宽度h 1′，可求出被测表面的不平度高度h 1：
1h ＝1h cos450＝N h '1cos450 式中 N —物镜放大倍数。 图 3 图 4 为了测量和计算方便，测微目镜中十字线的移动方向（图5a ）和被测量光带边缘宽度h 1′成450斜角（图5b ），故目镜测微器刻度套筒上读数值h 1′与不平度高度的关系为： 1h ''＝0 20145cos 45cos Nh h =' 所以 h ＝N h N h 245cos 1 021"= " 式中， N 21 ＝C ，C 为刻度套筒的分度值或称为换算系数，它与投射角α、目镜测微器的结构和物镜放大倍数有关。 （a ） (b) 图 5 四、测量步骤 1. 根据被测工件表面粗糙度的要求，按表1选择合适的物镜组，分别安装在投射光管和观察光管的下端。 2. 接通电源。 3. 擦净被测工件，把它安放在工作台上，并使被测表面的切削痕迹的方向与光带垂直。当测量圆柱形工件时，应将工件置于V 型块上。
3.1.3 风荷载 建筑物受到的风荷载作用大小，与建筑物所处的地理位置、建筑物的形状和高度等多种因素有关，具体计算按照《荷载规范》第7章执行。 1、风荷载标准值计算 垂直于建筑物主体结构表面上的风荷载标准值W K ，按照公式（3.1-2）计算： βz ——高度Z 处的风振系数，主要是考虑风作用的不规则性，按照《荷载规范》7.4要求取值。多层建筑，建筑物高度＜30m ，风振系数近似取１。 （1）风荷载体型系数μS 风荷载体型系数，不但与建筑物的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物的密集程度和高低等因素有关，一般按照《荷载规 表3.1.10 建筑物体型系数取值表 注1：当计算重要且复杂的建筑物、及需要更细致地进行风荷载作用计算的建筑物，风荷载体型系数可按照《高层规程》中附录A 采用、或由风洞试验确定。 注4：当多栋或群集的建筑物相互间距离较近时，宜考虑风力相互干扰的群体作用效应。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，必要时宜通过风洞试验确定。 注3：檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载作用时，体型系数不宜小于2.0。 W W z s z k μμβ=)21.3(-
注4：验算表面围护结构及其连接的强度时，应按照《荷载规范》7.3.3规定，采用局部风压力体型系数。 （2）风压高度变化系数μz 设置风压高度变化系数，主要是考虑建筑物随着高度的增加风荷载的增大作用。 对于位于平坦或稍有起伏地形上的建筑物，其风压高度变化系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7.2要求选用，表3.1.11中列出了常用风压高度变化系数的取值要求。 表3.1.11 风压高度变化系数 关于地面粗糙程度的分类： A类：近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； B类：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：有密集建筑群的城市市区； D类：有密集建筑群和且房屋较高的城市市区。 （3）基本风压值W0 基本风压值W0，单位kN/m2，以当地比较空旷平坦场地上离地10m高、统计所得50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值，各地的基本风压可按照《荷载规范》附录D 中的全国基本风压分布图查用，表3.1.12为浙江省主要城镇基本风压取值参考表。 2、基本风压的取值年限 《荷载规范》在附录D中分别给出了n=10年、n=50年、n=100年一遇的基本风压标准值，工程设计中根据建筑物的使用性质与功能要求，一般按照下列方法选用风压标准值的取值年限： ①临时性建筑物：取n=10年一遇的基本风压标准值； ②一般的工业与民用建筑物：取n=50年一遇的基本风压标准值； ③特别重要的建筑物、或对风压作用比较敏感的建筑物（建筑物高度大于60m）：取 表3.1.12 浙江省主要城镇基本风压（kN/m2）取值参考表
第四章风荷载
主要内容： ?4.1 风的有关知识 ?4.2 风压 ?4.3 结构抗风计算的几个重要概念?4.4 顺风向结构风效应 ?4.5 横向结构风效应
4.1 风的有关知识 1 . 风的形成 由于存在压力差或气压梯度，空气从气压高的地方向气压底的地方流动而形成风。
2 . 两类性质的大风 1.台风 弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡旋内部产生上升和对流运动→加强涡旋→‥‥‥→台风 2.季风 冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋 夏季：大陆热，海洋凉，风：海洋→大陆
3. 我国的风气候总况 我国的风气候总体情况如下： (1)台湾、海南和南海诸岛，由于地处海 洋，年年受台风直接影响，是我国的最大风 区。 (2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆上的大风区。风速梯度由沿海指向内陆。台风登陆后，由于受地面摩擦的影响，风速能弱很快，在离海岸100km处，风速约减小一半。 (3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风。黑龙江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速不大。 (4)青藏高原地势高，平均海拔4-5km，也属较大风区。 (5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮风到此也是强弩之末。 (6)云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地形闭塞，形成我国最小风区。
4. 风级 为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风划分为13个等级。风速越大，风级越大，由于早期人们还没有仪器来测定风速，就按照风所引起的现象来划分风级。风的13个等级如表4-1所示。
.风荷载计算 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规范，风荷载的计算公式为： 0k z s z w u u βω= （） s u ——体型系数 z u ——风压高度变化系数 z β——风振系数 0ω——基本风压 k w ——风荷载标准值 体型系数s u 根据建筑平面形状由《建筑结构荷载规范》项次30，迎风面体型系数（压风指向建筑物内侧），背风面（吸风指向建筑外侧面），侧风面（吸风指向建筑外侧面）。 风压高度变化系数z u 根据建筑物计算点离地面高度和地面粗糙度类别，按照规范表确定。本工程结构顶端高度为+=米，建筑位于北京市郊区房屋较稀疏，由规范条地面粗糙度为B 类。 由表高度90米和100米处的B 类地面粗糙度的风压高度变化系数分别为和。 则米高度处的风压高度变化系数通过线性插值为： 对于高度大于30m 且高宽比大于的房屋，以及基本自振周期T1大于的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。 本工程30层钢结构建筑。基本周期估算为()1T =0.10~0.15n=3.0~4.5s ，应考虑脉动风对结构顺风向风振的影响，并由下式计算： 1012Z z gI B β=+ （） 式中： g ——峰值因子，可取 10I ——10m 高度名义湍流强度，对应ABC 和D 类地面粗糙，可分别取、、和；
R ——脉动风荷载的共振分量因子 z B ——脉动风荷载的背景分量因子 脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算： 式中： 1f ——结构第1阶自振频率（Hz ） w k ——地面粗糙度修正系数，对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙，可分别取、、和； 1ζ——结构阻尼比，对钢结构可取，对有填充墙的钢结构房屋可取，对钢筋混凝土及砌体结构可取，对其他结构可根据工程经验确定。 经过etabs 软件分析，结构自振周期1 4.67f s = 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定： 式中： 1()z φ——结构第1阶振型系数 H ——结构总高度 （m ），对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不能大于300m 、350m 、450m 和550m ； x ρ——脉动风荷载水平方向相关系数； z ρ——脉动风荷载竖向方向相关系数； k 、1α—— 脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定： （1）竖直方向的相关系数可按下式计算： 式中： H ——结构总高度 （m ）；对应A 、B 、C 和D 类地面粗糙度，H 的取值分别不应大于300m 、350m 、450m 和550m ； （2） 水平方向相关系数可按下式计算： 式中：
《机械零件测量与检验》 表面粗糙度误差的测量与检验——电子教案 数控技术专业 名师课堂资源开发小组 2016年2月
项目四：零件表面粗糙度误差的测量与检验 请对矩形花键套零件的表面粗糙度进行检测。如图13-1 图13-1 矩形花键套 一、零件表面粗糙度的分析 外图13-1为矩形花键套，从零件图样分析可得，该零件表面粗糙度要求较高的有7 70js 圆柱面Ra1.6，其次为Ra3.2,其余为Ra6.3.。 表面粗糙度的相关专业术语及知识点 零件的表面结构原于产品几何技术规范（GPS），其几何特征只能用微米(um)级的参数来描述，通常要用光学量仪才能确定其精度等级。 表面结构含粗糙度轮廓、波纹度轮廓和原始轮廓三个方面的内容，国家标准规定采用轮廓法确定相应的参数。表面结构的粗糙度感觉零件的加工、检验中使用较普遍，是本章节重点介绍的内容。 1、表面结构国家标准 国家标准规定用轮廓法确定表面结构（粗糙度、波纹度和原始轮廓），对有关术语、定义、参数和表面结构的标注作出了明晰的规范。现行使用的国家标准有：GB/T 3503-2009、GB/T 1031-2009和GB/T 131-2006。 GB/T 3503-2009 产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法术语、定义及表面结构参数。代替GB/T 3505-1983、GB/T 3505-2000。 GB/T 1031-2009 产品几何技术规范（GPS) 表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值。代替GB/T 1031-1995。现行国家标准对原标准中的一些参数、代号作出修改，例如：将“轮廓最大高度”参数代号“Ry”改成为“Rz”；“轮廓微观不平度的平均间距”参数代号“Sm”改为“Rsm”；“取样长度”代号由“L”改为“Lr”。 GB/T 131-2006 产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表面结构的表示法代替了GB/T 131-1993。
表面粗糙度 表面粗糙度(surface roughness)是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），它属于微观几何形状误差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。 高度特征参数 ?轮廓算术平均偏差R a：在取样长度（lr）内轮廓偏距绝对值的算 术平均值。在实际测量中，测量点的数目越多，Ra越准确。 ?轮廓最大高度R z：轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。 在幅度参数常用范围内优先选用Ra 。在2006年以前国家标准中还有一个评定参数为“微观不平度十点高度”用Rz表示，轮廓最大高度用Ry表示，在2006年以后国家标准中取消了微观不平度十点高度，采用Rz表示轮廓最大高度。间距特征参数 用轮廓单元的平均宽度 Rsm 表示。在取样长度内，轮廓微观不平度间距的平均值。微观不平度间距是指轮廓峰和相邻的轮廓谷在中线上的一段长度。 形状特征参数 用轮廓支承长度率Rmr(c) 表示，是轮廓支撑长度与取样长度的比值。轮廓支承长度是取样长度内，平行于中线且与轮廓峰顶线相距为c的直线与轮廓相截所得到的各段截线长度之和。 表面粗糙度符号：
表面粗糙度
0.025～6.3微米的表面粗糙度。 光切法 双管显微镜测量表面粗糙度，可用作Ry与Rz参数评定，测量范围0.5~50。 干涉法 利用光波干涉原理(见平晶、激光测长技术)将被测表面的形状误差以干涉条纹图形显示出来，并利用放大倍数高（可达500倍）的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量，以得出被测表面粗糙度。应用此法的表面粗糙度测量工具称为干涉显微镜。这种方法适用于测量Rz和Ry为0.025～0.8微米的表面粗糙度。
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。
参考规范： 《建筑结构荷载规范》GB50009-2012 《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010 风荷载： 风荷载标准值 《荷载规范》8.1.1、《高规》4.2.1 0w w z s z k μμβ= （1）该风荷载标准值的计算公式适用于计算主要承重（主体）结构的风荷载； （2）所求的风荷载标准值为顺风向的风荷载； （3）风荷载垂直于建筑物的表面； （4）风荷载作用面积应取垂直于风向的最大投影面积； （5）适用于计算高层建筑的任意高度处的风荷载。 基本风压 《荷载规范》3.2.5第2款 对雪荷载和风荷载，应取重现期为设计使用年限…… 《荷载规范》8.1.2 基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/㎡。 《荷载规范》E.5 《高规》4.2.2 ……对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。 （条文说明）……一般情况下，对于房屋高度大于60m 的高层建筑，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用…… 《烟规》5.2.1 ……基本风压不得小于0.35kN/㎡。对于安全等级为一级的烟囱，基本风压应按100年一遇的风压采用。 风压高度变化系数 《荷载规范》8.2.1 地面粗糙度 A 类 近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 B 类 田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇 C 类 密集建筑群的城市市区 D 类 密集建筑群且房屋较高的城市市区 《荷载规范》表8.2.1 对墙、柱的风压高度变化系数，均按墙顶、柱顶离地面距离作为计算高度z ，查表用插入法确定。 风压体型系数 《荷载规范》8.3.1 围墙：按第32项，取1.3 《高规》4.2.3 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，由下列计算：n s /2.18.0+=μ 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；
实验 用光切显微镜测量表面粗糙度 一、 目的与要求 1、学习光切显微镜测量表面粗糙度的原理和方法； 2、了解微观不平度十点高度Rz 的实际含义。 二、 测量原理 光切显微镜是利用光切法来测量表面粗糙度的，其原理如图3-1所示。由光源发出的光经过聚光镜2，穿过狭缝3形成带状光束。光束再经物镜4以45度角射向工件5，在凹凸不平的表面上呈现出曲折光带，再以45度角反射，经物镜6到达分划板7上。从目镜看到的曲折亮带，有两个边界，光带影像边界的曲折程度表示影像的峰谷高度h ?。h ?与表面凸起的实际高度h 之间的关系为 式中，M 为物镜6的放大倍数。 在目镜视场里，高度h ?是沿45度方向测量的，若在目镜测微器7的读数值为H ，则h ?与H 的关系为 h ?=Hcos45?,将前后两式代入可得，M H M H h 2245 cos 0 = = ，令 E M =21，则 H E h ?=。系数E 作为目镜测微器装在光切显微镜上使用时的分度值。E 值与物镜 的放大倍数M 有关，一般它已由仪器说明书给定。
三、测量仪器光切显微镜 １、基座，２、立柱，３、横臂，４、手轮，５、横臂紧固螺丝，６、微调手轮，７、手柄，８、照明灯，９、插座，１０、摄影装置，１１、测微目镜，１２、物镜组，１３、快门线，１４、百分尺，１５、工作台紧固螺丝，１６、壳体，１７、V型块，１８、座标工作台。１９、测微目镜紧固螺丝，２０、摄影选择旋钮，２１、对焦辅助旋钮 四、测量步骤 １、按工作粗糙度的估计值，选择适当放大倍数的物镜并装在仪器上； ２、将被测工作置于工作台上； ３、通过变压器接通电源； ４、调整仪器，其步骤如下： （１）松开横臂紧固螺丝５，转动横臂３及手轮４，使镜头对准被测量表面上方，然后锁紧横臂紧固螺丝５； （２）调节微调手轮６，上下移动壳体１６，使目镜视场中出现切削痕纹； （３）转动工作台，使加工痕纹与投射在工作表面上的光带垂直，然后交错调整微调手轮６、对焦辅助旋钮２１，直到获得最清晰光带为止； （４）松开测微目镜紧固螺丝１９，转动目镜，使目镜中的十字线的水平线与光带大致平行。 ５、转动目镜测微计，使十字线的水平线分别与光带上边缘的五个峰顶和五个谷底相切。
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所受的风荷载。 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。 按下式计算：垂直作用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值式中： Wo 1.基本风压值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年一遇的按公式确定。但不得小 于0.3kN/m2。值确定的风速V0(m/s) 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；对风荷载是否敏感主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年一风压。 《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
地面粗糙类别 D B C A
高度（m) 1.17 1.00 0.74 0.62 5 1.38 1.00 10 0.74 0.62 1.52 1.14 15 0.74 0.62 计算公式 0.24 =1.379(z/10)A类地区1.63 1.25 0.84 0.62 20 0.32 = (z/10)B类地区1.80 30 1.42 1.00 0.62 )0.44 =0.616(z/1040 C1.92 1.56 1.13 0.73 类地区0.6 =0.318(z/10)1.25 2.03 1.67 50 0.84 D类地区0.93 1.35 2.12 60 1.77 1.02 2.20 70 1.86 1.45 1.11 1.95 1.54 2.27 80 1.19 1.62 2.02902.34 1.27 100 2.40 2.091.70 1.61 2.03 2.382.64 150 1.92 200 2.612.30 2.83 2.19 2.802.99 2502.54 2.45 3.12 3002.972.75 2.68 3502.94 3.123.12 2.91 3.123.12 4003.12 3.12 3.123.12 3.12 450 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小。一般取决于建筑建筑物的平面形状等。 确定各个表面的风载体型2－4.2表P57计算主体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中 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。 zβ 4.风振系数z反映了风荷载的动力作用，它取决于建筑物的高宽比、基本自振周期及地面粗糙度风振系数β 基本风压。《荷载规范》规定对于基本自振周期大于0.25s的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，及对于高度大于30m且高宽比大于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。其z可按下式计算:
实验三表面粗糙度的测量 一．实验目的 1．学习用针描法测量表面粗糙度的原理和方法。 2．了解2205型表面粗糙度测量仪的组成及性能。 二．实验原理 针描法是用测针直接在被测表面划过从而测出工件的表面粗糙度的方法。 测量工件表面粗糙度时，搭在工件表面的传感器探出的极其尖锐的棱锥形金刚石测针沿被测表面滑行，由于被测表面的轮廓峰谷起伏，引起测针的上下位移，从而使线圈的电感量发生变化，经过放大及电平转换后进入数据采集系统，计算机自动地将采集的数据进行数字滤波和计算，并将测量结果及图形在显示器上显示或打印输出。其特点是：测量迅速方便，测值精确度高，自动化程度高。 三．实验内容 用针描法测量工件的表面粗糙度。 四．实验仪器 实验仪器为2205型表面粗糙度测量仪，该仪器由传感器、驱动箱、电箱、底座、计算机及打印机组成，能测量26个表面粗糙度参数，测量范围：0.001 ~ 50μm，示数误差：Ra、Ry、Rz＜5%。 五．实验步骤 1．使用前的准备和检查 选用与被测表面相适合的传感器并可靠地安装在驱动箱上；检查接线是否正确，然后接通电源，顺序是：电箱、计算机。 注意：通电时绝对禁止拔插电缆！ 2．在Win98启动完成后，双击名为“2205”的图标，运行表面粗糙度测量软件，进入“表面粗糙度测量系统主屏幕”界面，分别输入“编号”、“工件名、“操作员” 等基本属性。
3．将被测工件轻放在工作台上的定位块上，仔细调整升降手轮,使传感器上的测针与被测表面接触，直到使电箱前面板中部的测针位移指示器指示处于两个红带之间（最好在中间的黄灯附近）。 4．将传感器向上抬离被测工件，同时将驱动箱上的启动手柄向左扳到“返回”位置，然后再把启动手柄向右扳到“启动”位置。 5．单击“测量”按钮，显示“测量主程序”窗口，单击“启动测量”按钮，系统开始测量：屏幕上端的窗口显示被测对象的表面轮廓，并自动计算所有的表面粗糙度 参数显示在“测量参数显示栏中”。 6．单击 “打 印” 按 钮， 显示 “打 印程 序”
[例题2-1] 某高层建筑剪力墙结构，上部结构为38层，底部1-3层层高为4m ，其他各层层高为3m ，室外地面至檐口的高度为120m ，平面尺寸为30m ?40m ，地下室筏板基础底面埋深为12m,如图2-4所示。已知100年一遇的基本风压为2 /45.0m kN =? 建筑场地位置大城市郊区。已计算求得作用于突出屋面小塔楼上的风荷载标准值的总值为800kN 。为简化计算，将建筑物沿高度划分为6个区段，每个区段为20m ，近似取其中点位置的风荷载作为该区段的平均值、计算在风苛载作用下结构底部(一层)的剪力设计值和筏板基础底面的弯矩设计值。 [解] (1) 基本自振周期 根据钢筋混凝土剪力墙结构的经验公式，可得结构的基本周期 为： s n T t 9.13805.005.0≈?== （ n 是层数） 222210/62.19.145.0m s kN T ?=?=? (2) 风荷载体型系数 对于矩形平面，由《高层规程》附录A 可求得 80.01=s μ 57.0)40 12003.048.0()03.048.0(2=?+-=+-=L H s μ (3) 风振系数 由条件可知地面粗糙度类别为B 类，由表2-6可查得脉动增大系数 502.1=ξ 脉动影响系数v 根据H /B 和建筑总高度H 由表2-7确定，其中B 为与风向相一致的房屋宽度，由H/B=4.0可从表2-7经插值求得v=0.497；由于结构属于质量和刚度沿高度分布比较均匀的弯剪型结构，可近似采用振型计算点距室外地面高度z 与房屋高度H 的比值，即 H H i z =?。i H 为第i 层标高；H 为建筑总高度。则由式(2-4)可求得风振系数为： H H H H i z i z v z z v z ??+=?+=+=μμξμα?ξβ497.0502.1111 (4) 风荷载计算 风荷载作用下，按式(2-2a)的可得沿房屋高度分布的风荷载标准值为： z z z z z q βμβμ66.2440)57.08.0(45.0)(=?+?= 按上述方法可求得各区段中点处的风荷载标准值及各区段的合力见表2-9，如图2-4所示。
表面粗糙度的测量方法 众所周知，表面粗糙度表征了机械零件表面的微观几何形状误差。对粗糙度的评定，主要分为定性和定量两种评定方法，所谓定性评定就是将待测表面和已知的表面粗糙度比较样块相互比较，通过目测或者借助于显微镜来判别其等级；而定量评定则是通过某些测量方法和相应的仪器，测出被测表面的粗糙度的主要参数，这些参数是Ra，Rq，Rz，Ry ； 他们代表的意义是：Ra 是轮廓的算术平均偏差，即在取样长度内被测轮廓偏距绝对值之和的算术平均值。 Rq 是轮廓的均方根偏差：在取样长度内轮廓偏距的均方根值。 Rz 是微观不平度的10点高度：在取样长度内5个最大的轮廓峰高与5个最大的轮廓谷深的平均值之和。 Ry 是轮廓的最大高度：在取样长度内轮廓的峰顶线与轮廓谷底线中线的最大距离。 目前常用的表面粗糙度测量方法主要有样板比较法，光切法，干涉法，触针法等。 1. 比较法它是在工厂里常用的方法，用眼睛或放大镜，对被测表面与粗糙度样板比较，或用手摸靠感觉来判断表面粗糙度的情况；这种方法不够准确，凭经验因素较大，只能对粗糙度参数值较大情况，给个大概范围的判断。 2. 光切法它是利用光切原理来测量表面粗糙度的方法。在实验室中用光切显微镜或者双管显微镜就可实现测量，它的测量准确度较高，但它是与对Rz，Ry 以及较为规则的表面测量，不适用于对测量粗糙度较高的表面及不规则表面的测量。 3. 干涉法它是利用光学干涉原理测量表面粗糙度的一种方法。这种方法要找出干涉条纹，找出相邻干涉带距离和干涉带的弯曲高度，就可测出微观不平度的实际高度；这种方法调整仪器比较麻烦，不太方便，其准确度和光切显微镜差不多；
4. 触针法它是利用仪器的测针与被测表面相接触，并使测针沿其表面轻滑过测量表面粗糙度的测量方法。采用这种方法的仪器最广泛的就是电动轮廓仪，它的特点是：显示数值直观，可测量许多形状的被测表面，如轴类，孔类，锥体，球类，沟槽类工件，测量时间少，方便快捷。 它可分为便携式和台式电动轮廓仪，便携式仪器可在现场进行测量，携带方便；带记录仪的电动轮廓仪，可绘制出表面的轮廓曲线，带微机的轮廓仪可显示轮廓的形状情况，并有打印机打印出数据和表面的轮廓线，便于分析和比较。它的测量范围较大：Ra 值一般在0.02—50μm 。 这里我们对电动轮廓仪的原理和仪器常见的故障排除方法进行讨论； 电动轮廓仪的工作原理采用的是触针法。仪器利用驱动箱拖动电感传感器在工件表面上以一定的速度滑行，电感传感器触针随同被测表面轮廓的峰谷起伏，产生上下位移，这个线值位移量引起传感器内测量桥路两臂中电感量的变化，从而使得电桥输出与触针位移成比例的条幅信号，这个微弱的电信号经过电子装置放大整流后，成了代表工件截面轮廓的信号。 将它输入记录仪，就得到了截面轮廓的放大图；或者把信号通过适当的环节进行滤波和计算后，由电表直接读出Ra 参数评定的表面粗糙度的值。 电动轮廓仪由底座，驱动箱，传感器，控制器，放大器或电子装置，记录仪等附件组成。 使用电动轮廓仪测量前，要对仪器预热，对一般测量件，预热5分钟左右；对精密件，预热约20-30分钟。对于不同形状的工件表面，选用不同的测量附件，例如对平和外圆柱表面，采用基本传感器，控制器，V型块和合适的滑块，并选好合适的行程长度，截止转换开关位置等。对于阶梯表面的测量，选用凹坑传感器；滑块选用凹坑专用滑块；对于曲轴表面的测量，选用传感器和控制器是基本的；滑块用直角附件中的专用滑块；这里不一一列举了。 在掌握了它的测量方法的同时，对该仪器设备的维护也是非常重要的，对底座上的立柱位置，驱动箱，传感器，控制器，放大器电子装置的相关位置定期检查，对仪器出现的常见故障也能够排除；常见的故障如下：
解析风荷载的几个重要概念 风是典型的、随机的动荷载与作用,是结构设计中必然考虑的因素. 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.
风荷载标准值的计算 中国建筑标准设计研究所刘达民 1．概况建筑结构荷载规范GB50009-2001是最新版本代替了GBJ9-87，从2002年3月1日起施行。 风荷载属于基础性标准，只有50年的实测数据。 风荷载计算，第7.1.1与7.1.2黑体字属强制性条文，必须执行。 风荷载对门、窗、幕墙而言是主要荷载，其破坏作用较大，属矛盾的主要方面。 建筑结构荷载规范中风荷载虽公式未变，但参数、取值有所变化。 修改后的规范更合理，计算简化，与国际上的做法接近。 门、窗、幕墙产品测试中的P3与Wk是对应关系。 2．新老规范差异风荷载部分主要差异有： a）把主体结构与围护结构区别对待。其中阵风系数与体型系数在取值上有区别。 b）基本风压的调整由原来30年一遇改为50年一遇，提高10%左右，但地点不同，有所区别；起点由原来0.25kPa改为0.30kPa，内陆地区变化不大，但沿海地区较大； c）规范中同时提供667个城市地区的参数可直接选用，个别仍有例外 d）围护结构可仍按50年选取，专业规范另有规定的除外，例JGJ113要加大10%等。 e）高度系数作了调整 由原来A、B、C三类调为A、B、C、D四类，与国际上划分一致。 A、B类与原来一样，但C类稍有降低，D类为新增加。 将A、B、C、D四类数据化： 即当拟建房2km为半径的迎风半径影响范围内的房屋高度和密集度区分。取该地区主导风和最大风向为准。以建筑物平均高度?来划分地面粗糙度。当?≥18M为D类；9M
1、求单层厂房的风荷载 条件：某厂房处于大城市郊区，各部尺寸如图2．1．8所示，纵向柱距为6m ，基本风压 w 0＝0．55kN ／m 2，室外地坪标高为－0．150。 要求：求作用于排架上的风荷载设计值。 答案： 风荷载体型系数如图2．1．8所示。 风荷载高度变化系数，由《荷载规范》按B 类地面粗糙度确定。 柱顶处(标高11．4m 处) μz ＝1+(1．14－1)×[(11．4+0. 5－10)／(1 5－10)]＝1．044 屋顶（标高12.5m 处） 1.075z μ= （标高13.0m 处） 1.089z μ= （标高15.55m 处） 1.14(1.24 1.14)[(15.550.1515)/(2015)] 1.151z μ=+-?+--= （标高15.8m 处为坡面且却是吸力，二面水平分力的合力为零） 垂直作用在纵墙上的风荷载标准值： 迎风面：21100.8 1.0440.550.459/k s z w w kN m μμ==??= 背风面：22200.5 1.0440.550.287/k s z w w kN m μμ==??= 排架边柱上作用的均布风荷载设计值： 迎风面：211 1.40.4596 3.85/Q k q r w B kN m ==??=
背风面：222 1.40.2876 2.41/Q k q r w B kN m ==??= 作用在柱顶的集中风荷载的设计值： 0() 1.4[(0.80.5) 1.075 1.10(0.20.6) 1.0890.5(0.60.6) 1.151 2.55]0.55624.3w Q si zi i F r h w B kN μμ==+??+-+??++????=∑ 2、求双坡屋面的风压 条件：地处B 类地面粗糙程度的某建筑物，长10m ，横剖面如图2．1．10a ，两端为山墙， w 0＝0．35kN ／m 2。 要求：确定各墙(屋)面所受水平方向风力。 答案：1、已知200.35/w kN m = 1 00 t a n (3/12)14.0415α-==<，相应屋面的0.6s μ=-。 100L m = 2、各墙（屋）面所受水平方向风力列表计算如表2.1.1所示。