风荷载与结构的风致响应及解决方法摘要：风是一种为人们所熟知的自然现象，影响着生活的方方面面。而且，风能作为一种可再生的绿色能源也已越来越被重视。但是，对于结构而言，风对结构的影响可以说都是不利的。尤其是对于那些质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低的结构，如：大跨度桥梁、超高层建筑、大跨度悬挑屋盖等，风往往是设计的主要控制因素之一。根据风压随时间变化的特点，其被分解为平均风压和脉动风压两个分量。不同的风压分量往往会引起结构的不同类型的破坏。本文将结合若干工程实例，浅谈其破坏类型，并总结相关设计方法。
关键字：风荷载；风敏感结构；风致响应；抗风设计
1.自然风
1.1. 风的成因
空气是由各种气体分子等组成的混合物，是一种流体。其运动方向是气压的正梯度方向。只有存在气压差时，才会形成风。在自然条件下，气压差往往是由于太阳辐射的不均匀、地球上水陆分布的不均匀使空气产生不均匀的升温而造成的。太阳光照射在地球表面上，使地表温度升高，地表的空气受热膨胀变轻而往上升。热空气上升后，低温的冷空气横向流入，上升的空气因逐渐冷却变重而降落，由于地表温度较高又会加热空气使之上升，这种空气的流动就产生了风。
图1-1 全球大气循环
1.2. 风的类型
根据风的成因的不同，可分为多种类型的风。以下是一些典型的、对土木工程影响较大的风气候。
大气环流：大气环流是指在全球范围由太阳辐射和地球自传作用形成的大尺度的大气运动，它决定了各地区天气的行程与变化。其中季风就是由大气环流、海陆分布和大陆地形等多种因素造成的，是以年为周期的一种区域性的大气运动。这种类型的风作用区域最大、破坏性小，是平时最为常见的一类风。
热带气旋：热带气旋是指在热带或副热带海洋上产生的强烈空气漩涡。其直径通常为几百千米，厚度为几十千米。强烈的热带气旋不但形成狂风、巨浪，而且往往伴随发生暴雨、风暴潮，造成严重的灾害。这种类型的风作用区域较大，持续时间长，而且具有很强的破坏性，是主要的自然灾害之一。
龙卷风：龙卷风是一种出现在强对流云内的漏斗状漩涡。这种类型的风活动范围小、持续时间短但是具有极大破坏性的。
1.3. 风荷载性质与对结构的影响
平时，我们往往用风速来描述风的强度，那是因为风压与风速是有关系的，根据伯努利公式，风的动压可表示为：
2
2v ρω= （1）
（1）式中，ω为风压、ρ为空气密度、v 为风速。
因此只要知道风速，就可以知道风压大小。根据观测，可以发现从地面开始，风速随着高度的升高而增大，当达到一定高度时，风速将趋近于某一值。这是由于当风吹过地球表面时，由于受到地面上各种粗糙元（如草地、庄稼、树林、建筑物等）的阻碍作用，会使近地面的风速减小。这种影响随离地高度的增加而逐渐减弱，直至达到某一高度后消失。通常可将地表摩阻影响的近地大气层称为“大气边界层”大气边界层顶部到地面的距离成为大气边界层厚度。在大气边界层内，风以不规则的、随机的湍流形式运动，平均风速随高度的增加而增加，至大气边界层以外，风以层流的形式运动。当然，由于地表状况的不同，大气边界层也会有不同。高楼林立的城市中，大气边界层会相对较厚；而表面平坦的海洋上，大气边界层则会较薄。图1-2即形象地反映了不同地面粗糙程度对大气边界层及风速的影响。
图 1-2 不同地面粗糙程度影响下的风速剖面图
然而风速()v t 是关于时间的函数，具有一定的随机性，因此风速是一个随机过程。因此风压也是一个和风速相关的随机过程。对于高层建筑结构而言，风压作为一种动荷载会产生结构的风振响应，因此我们往往更关心其荷载频率。那么，可用数值计算的方法，将时域上的风压()w t 通过傅立叶变换将其转化为频域上的风压()w θ以作更进一步的处理。
+()()exp()d w w t i t t θθ∞
-∞=
? （2）
而且还可将通过傅立叶变换所得的结果，应用于计算机对自然风的模拟中。
对于一般低矮的体形规则的民用建筑结构而言，则无需考虑风对结构产生的动力响应，因此在设计时，只需选取某一大小的风压以静力荷载的方式施加在结构上即可。为了满足设计可靠度的要求，此风荷载标准值需要依据设计使用年限、大量的实测数据等，并借助统计学方法来确定。
此外，由于空气具有一定黏性，与物体表面接触的空气贴附在物体表面，它将减慢靠近物体表面的一层空气的流动，这一空气层就称为边界层。与前述大气边界层中的平均风剖面类似。在边界层内，气流的速度从物体表面上为零逐渐增大到边界层外的气流速度。如果边界层内的流体微粒速度因惯性力减小到使靠近物体表面的气流倒流，便出现了边界层分离。这种减速效应是因为气流中存在逆压梯度，当逆压梯度很大时，就会引起流动分离，例如钝体拐角绕流就能产生这样大的逆压梯度。分离层形成离散的漩涡，并脱落到钝体后方的气流中，这些漩涡使得分离点附近出现非常大的吸力。
图1-3 涡流
当将此作用放眼到结构上面，尤其是在竖向抗弯刚度较小的大跨度桥梁结构上时，可以发现，当结构在风作用下两侧会产生交替的漩涡，且将由一侧接着向另一侧脱落，形成所谓的卡门涡列，卡门涡列的发生使结构物表面的风压呈周期性变化，作用方向与风向垂直，成为横风向作用力或升力，这种交替的涡流引起且与风向垂直的振动，称为涡激振动。当涡脱落频率接近结构的固有频率时，将产生涡激共振现象。
涡激振动是结构在低速风速下很容易出现的一种风致振动现象，涡激振动带有自激性质，但振动的结构会反过来对涡脱形成某种反馈作用，使得涡脱振幅受到限制，因此涡激共振是一种带有自激性质的风致限幅振动。尽管涡激振动不是发散的毁灭性的振动，但由于是低速风下常易发生的振动，且涡激共振发生时，其振动幅度之大，足以影响结构的使用舒适性和安全性，容易诱发结构的疲劳损伤。
下面就浅谈几种由风的作用引发的结构问题。
2.风对结构的影响及解决方法
2.1. 风荷载作用下的强度破坏及解决方法
风荷载作用下的强度破坏往往是由于在强风的袭击下，风荷载所引起的结构内力超过了结构抗力所引起的破坏。此时，可认为风荷载是以静力荷载的方式作用在结构上。在我国，这样的破坏主要发生东南沿海地区。尤其是一些老旧民宅，在热带气旋引起的台风作用下，由于抗侧力强度不足导致倒塌。同时由于风在屋顶会产生吸力，一些屋顶会因此被掀起。(图2-1)所示的就是受台风“麦德姆”影响下的永嘉一栋三层民房的垮塌。很明显，其屋顶已经被台风掀起。
图2-1
可以发现，建筑上不同的位置，风荷载的作用是不同的，可能是压力也可能吸力。这需要根据建筑物外形已经风向进行区分。《建筑荷载设计规范》就一些简单的建筑形状提供了风压体形系数。但是对于形状复杂的建筑、高层建筑，则需要通过风洞实验以获取建筑上各位置的风压大小。对于周围建筑物情况复杂、建筑高度较大的，需要在相同环境的情况下进行风洞实验。这是因为，风的作用还会由于周围环境的不同而有很大的差异。
为避免此类破坏，应在设计过程中考虑风荷载的影响。进行风荷载作用下的强度验算以保证其可靠度。由于此类建筑高度不会较大、形体单一、结构简单，因此在设计中无需考虑风振效应和涡激振动的影响。
对于那些老旧民宅，则需要进行强度鉴定，根据实际情况进行加固，以避免人身财产损失。
2.2. 风荷载作用下的疲劳破坏及解决方法
因为风压可分解为平均风压和脉动风压，而脉动风压是一种循环动力荷载，会对那些结构简单的高耸结构，如：风力发电塔等，产生应力幅较大的循环应力。就如风力发电塔而言，新建的几乎都是用钢结构建造的，那么柱底法兰上的螺栓连接的疲劳破坏自然就是一个起到控制作用的问题。当然，也有学者提出螺栓的破坏是法兰开缝导致螺栓被侵蚀与循环应力的耦合作用。但是，不管怎样，风荷载用下引起的应力循环对螺栓的破坏十分值得重视。
图2-2 风力发电塔
图2-3 风力发电塔的疲劳破坏
截至目前，为解决这个问题，一般都是派工人每隔三个月对其进行检修。这样就使得风力发电塔的效益大大降低。马人乐等人基于环境侵蚀与循环应力耦合作用下的破坏机理，发明了一种反向平衡法兰，使环境对螺栓的侵蚀有所降低，而延长其疲劳寿命。这样，就可使原先三个月检修一次的标准放宽到了六个月检修一次。但是虽说这对于风力发电塔的发展是有巨大推动作用，但是其本质上的疲劳破坏问题还是没有解决。
2.3. 风荷载引起的舒适性问题及解决方法
高层建筑风荷载引起的效应在总荷载效应中占有相当大的比重,甚至起决定性作用,因而风荷载及风荷载作用下结构的静、动力响应常常是高层结构研究的主要内容。振动舒适度问题是现代工程结构普遍存在的问题,也是工程结构可靠度研究的一个主要内容。舒适度分析主要针对风荷载而言,尽管判断舒适度的标准有多种,但目前采用最多的是建筑的最大加速度。
在工程上可以根据在风速的频域或时域求解结构的最大加速度。若在时域上分析结构的
最大加速度的话，则需要知道风速
()
v t或者风压()
w t。那么可用数值方法求解结构的振动
方程，从而得到关于时间的结构响应函数。
若在频域上计算结构的加速度的话，则需将风速
()
v t或者风压()
w t通过(2)式的傅立叶
变换，转化为频域上的风速或风压，即风速谱或风压谱。这样即可将微分方程转化为代数方程以便求得响应谱。
倘若验算结果不符合人体舒适性的要求，则可通过在结构上设置剪力墙、水平桁架等抗侧力构件来改善。
2.4. 横风引起的结构颤振及解决方案
颤振其实在生活中就很常见。比如捡一片竹叶或者找一张质地好的纸片，将其拉紧，用
最沿着其平面吹气，很容易就能吹出清凉、尖锐的声音。这就是由于竹叶或者纸片在气流作用下，产生了垂直于平面的振动而发出的声音。
另外，划过船的人应该能感受到。如果使劲划桨，那么桨就会垂直于划动方向来回振动。这就是由于水流的作用而引起的颤振。
那么可以联想到，对于一些较薄的结构，倘若有平行于其平面的横向风吹来，势必会在一定条件下发生颤振现象。其中最著名的就是塔科马大桥的风毁事故。
图 2-4 塔科马大桥风毁事故
塔科马海峡大桥位于美国华盛顿州的塔科马海峡。第一座塔科马海峡大桥，绰号舞动的格蒂，于1940年7月1日通车，四个月后戏剧性地被微风摧毁。从图2-4中可以看到，桥面是比较薄的，也没有扰流构件。那么当横风吹来，就像用嘴吹一张很薄的纸片，桥面自然就会发生颤振。倘若风的频率和大桥的颤振频率正好吻合，又由于大跨度桥梁的阻尼小，则振动将很大甚至难以收敛，最终导致大桥的倒塌。
经典颤振发生的前提是结构的截面剪切中心与重心不重合，此时结构会产生平动和转动的耦合振动。假设结构沿展向无限长，只考虑横风向的平移和扭转两个自由度，则对于一般的大跨度桥梁的颤振运动方程可表示为：
x y y y my S c y k y P θ-++= (3)
x I S y c k M θθθθ
θθθ-++= (4)
式中，x ，y ：横向位移、垂直于桥面位移；
m ：沿展向单位长度上的质量；
x S ：质量m 与质量中心到旋转中心距离的乘积；
I θ：质量惯性矩；
y P ，M θ：单位长度上自激气动升力和绕转轴的力矩； y c ，c θ：黏性阻尼系数。
经过了这次教训，工程师开始更加重视对风的研究，从理论到试验都有了巨大的发展。直到现今，随着计算机技术、有限元软件的发展，可以很真实的计算并模拟结构在风作用下的响应。同时，也可以通过风洞实验来更进一步的验证计算机模拟结果，这对设计提供了很大的帮助。因此，在大跨度的桥梁的设计中，最好通过计算机模拟、结合风洞试验来为桥梁设计提供依据。
3. 总结
综上所述，风是一种复杂的动力荷载，其可分解为平均风分量和脉动风分量。对于形式简单的建筑物，可仅将风荷载当做静力荷载来考虑。但对于大柔度、小阻尼等风敏感性结构则需要重视风致响应，并针对不同的风致响应，以不同的方式改进结构设计，保证响应在可控范围之内。
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Undergraduate Course "Loads & Structural Design Methods" Project #3 风荷载的基本原理与统计调查 杨冬冬，陈钿渊，王富洋，董文晨，葛文泽，赵远征 摘要：随着经济的发展，世界上出现了越来越多的高层、超高层建筑。在对这些建筑进行设计时，结构的抗风设计占着极其重要的地位。作为一种动荷载，作用到结构上时，风荷载将引发结构相应的动反应，使结构发生振动，这时需确定结构的最大动反应，以便做出合理的动力分析。而作为一种可变作用，风荷载的统计规律与时间有关，需采用合适的随机过程概率模型（如平稳二项随机过程）进行描述，进而根据相应的统计数据确定风荷载的代表值和荷载系数，然后便可以应用结构动力学和结构可靠性的相关知识对建筑结构的抗风进行科学而又经济的设计了。 1.引言 作为一种可变的动荷载，风荷载将引发结构很大的动反应。因为其统计随机性，需应用平稳二项随机过程进行描述，然后经过统计，得到荷载的代表值和相应系数，进而对结构进行抗风设计。 2.风荷载的基本原理 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球上大气加热和温度上升的不均匀性，从而在地球相同高度的两点之间产生压力差，这样，在不同压力差的地区产生了趋于平衡的空气流动，就形成了风。从实测记录可以看出，可将风速看作为由两部分组成：第一部分是长周期部分，其周期大小一般在10min 以上，称为平均风；另一部分是短周期部分，是在平均风基础上的波动，其周期常常只有几秒至几十秒，称为脉动风。平均风的变化周期远离一般结构物的自振周期，对结构的作用属于静力作用。而脉动风的变化周期则与结构物的自振周期较为接近，对结构的作用属于随机的动力作用。风对结构的作用作为静力风和动力风的共同作用，是一个随机作用。 A）平均风描述 地面的摩擦对空气水平运动产生阻力，从而使气流速度减慢。该阻力对气流的作用随高度的增加而减弱，当超过了某一高度之后，就可以忽略这种地面摩擦的影响，气流将沿等压线以梯度风速流动，称这一高度为大气边界层高度。在边界层以上的大气称为自由大气，边界层以下的平均风速沿高度变化可以用指数率和对数率描述，指数率表示如下：
等效静力风荷载的物理意义 从风洞试验获取屋面风荷载气动力信息，到得到结构的风振响应整个过程来看，计算过程中涉及到风洞试验和随机振动分析等复杂过程，不易为工程设计人员所掌握，因此迫切需要研究简便的建筑结构抗风设计方法。 等效静力风荷载理论 就是在这一背景下提出的。其基本思想是将脉动风的 动力效应以其等效的静力形式表达出来，从而将复杂的动力分析问题转化为易于被设计人员所接受的静力分析问题。等效静力风荷载是联系风工程研究和结构设计的纽带[3] ，是结构抗风设计理论的 核心内容，近年来一直是结构风工程师研究的热点之一。 等效静力风荷载的物理意义可以用单自由度体系的简谐振动来说明 [45, 108] 。 k c P(t) x(t) 图1.3 气动力作用下的单自由度体系 对如图1.3的单自由度体系，在气动力 P t 作用下的振动方程为： mx cx kx P t (1.4.1) 考虑粘滞阻尼系统，则振动方程可简化为： 2 00 2 22P t x f x f x m (1.4.2) 式中 12 f k m 为该系统的自振频率， 2c km 为振动系统的临界阻尼比。 假设气动力为频率为 f 的简谐荷载，即 20i ft P t F e ，那么其稳态响应为： 202 00 1 2i ft F k x t e f f i f f (1.4.3) 进一步化简有： 2 i ft x t Ae (1.4.4) 其中 02 2 2 1 2F k A f f f f ， 2 2arctan 1 f f f f ， A 为振幅， 为气动力和 位移响应之间的相位角。 现在假设该系统在某静力 F 作用下产生幅值为A 的静力响应，那么该静力应该为：
1.1.1 风荷载计算 本部分参考规范：《建筑结构荷载规范》（2012年版），以下简称荷载规范。 对于垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，当计算主要承重结构是，按下式计算： 0k z s z w w βμμ= （2-4-12） 式中 k w —风荷载标准值（2kN m ）； z β—高度Z 处的风振系数； s μ— 风荷载体型系数； z μ—风压高度变化系数； w —基本风压（2kN m ）。 由《建筑结构荷载规范》，西安地区重现期为50年的基本风压0w =0.352kN m ，地面粗糙度为C 类，风荷载体型 系数由《建筑结构荷载规范》续表8.3.1第8项可知s μ=0.8（迎风面）s μ=-0.4(背风面)，本建筑的背风侧被建筑 物完全挡住且距离特别近，则只考虑迎风侧。 风压高度变化系数z μ ：按C 类地区查表如下， 离地面高度Z(m) 4.2 7.8 11.4 15 18.6 z μ 0.74 0.74 0.74 0.74 0.812 风振系数z β： 《建筑结构荷载规范》规定，对于高度大于30m ，且高宽比大于1.5的房屋结构，应采用风振 系数z β来考虑风压脉动的影响。本设计中，房屋高度H<30m ，H/B=18.6/18=1.03<1.5，则不需要考虑风压脉动的影响，取z β=1.0。 现取s 轴一榀框架进行计算，轴线框架的负荷宽度B= 4.2 4.2 4.22 += 将风荷载换算成作用于框架每层节点上的荷载，如下表2-4-5。 表2-4-5 风荷载计算 层次 )(m Z Z β S μ z μ w k w )(2m A ()w F kN ) (kN V
4.风荷载作用下的弯矩计算 4. 1 风荷载标准值的计算 0k z s z ?βμμ?= 其中k ?——垂直与建筑物单位面积上的风荷载标准值 z β——Z 高度上的风振系数，因结构高度H=18m<30m ，B=14.4m ，H/B=1.25<1.5,可取1.0 s μ——风荷载体型系数 根据建筑物体型查得s μ=1.3 z μ——Z 高度处的风压高度变化系数，可根据地面粗糙程度C 类和各层离地面高度查规范求得 0?——基本风压 取 0.45kN/m 2 B ——迎风面的宽度 B=6m 等效节点集中风荷载如图：
图4.6.1 风荷载作用下结构计算简图 4. 2 风荷载作用下抗侧移计算 侧移刚度D 计算： A 轴柱 B 轴柱 C 轴柱 D 轴柱 c i K i = ∑ 445.4100.767.110?=? 44(5.4 4.7)10 1.427.110+?=? 44(5.4 4.7)10 1.427.110+?=? 4 4 5.4100.767.110?=? 0.52c K K α+= + 0.46 0.56 0.56 0.46 212c jk c i D h α= 18931 23046 23046 18931 j D ∑ 83954 表4.6.2底层侧移刚度D
表4.6.3 2-5层侧移刚度D 表4.6.4 各层间相对转角 侧移验算：层间侧移最大值1/7609＜1/550，满足要求。 4.3风荷载作用下内力计算 求得框架柱侧向刚度后，根据下式可将层间总剪力分配给该层各柱： 1 jk jk j m jk k D V V D == ∑ 式中 jk V ———第j 层第k 柱所分配到的剪力 jk D ———第j 层第k 柱的侧向刚度D 值 m ———第j 层框架柱数 j V ———第j 层框架柱所承受的层间总剪力 求得各柱所承受的剪力后，假定除底层柱以外，其余各柱的上下端节点 转角均相 同，即除底层柱以外，其余各层框架柱的反弯点位于高层的中点，对于底层柱则假
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。平均风是在给定的时间间隔内，把风对建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看成不随时间而改变的量，考虑到风的长周期远远地大于一般结构的自振周期，因而这部分风 虽然其本质是动力的，但其作用与静力作用相近，因此可认为，其作用性质相当于静力。脉动风是由于风的不规则性引起的，它的强度是随时间按随机规律变化的。由于它周期较短，因而应按动力来分析，其作用性质完全是动力的。 研究表明，脉动风的影响与结构周期、风压、受风面积等有直接影响，这些参数愈大，影响也愈大，兼之结构上还有平均风作用，因而对于高、细、长、大等柔性结构，风的影响起着很大的、甚至决定性的作用。 第二节风力强度表示法 不同的风有不同的特征，但它的强度常用风速来表达。最常用的风速分类有两种，即范围风速和工程风速。 一、范围风速 将风的强度划分为等级，用一般风速范围来表达。常用的有：蒲福风速表；福基达龙卷风风力等级表。 (一)蒲福风速表
风荷载标准值 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，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。 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 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
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:
5 水平风荷载作用计算 5.1 水平风荷载 5.1.1 结构各楼层标高处风荷载标准值 对于一般多高层框架，其侧移由于柱的轴向变形所引起的侧移值很小，可忽略不计，一般仅考虑梁、柱弯曲所引起的侧移。水平荷载作用引起的侧移可采用D 值法近似估算。 下面进行风荷载计算： （1） 风荷载标准值 垂直于建筑物表面的单位面积风荷载标准值，计算主要承重结构时依据参考文献[1]第7.1.1条：按下式计算： 0k z s z ωβμμω= 作用在建筑物表面的均布风荷载可转化为作用在屋面梁和楼面梁节点处的集中风荷载，其标准值按下式计算： ()/2z k i j h h B ωω=+ 式中：k ω——单位面积风荷载标准值（kN/m 2） z ω——风荷载标准值（kN ） ωo ——基本风压，本设计广东省江门市区ωo ＝0.6kN/m 2； βz ——风振系数，本设计属于高度不超过30m 或高宽比小于1.5的房屋建筑故取βz ＝1.0； μs ——风荷载体型系数，依据参考文献[4]，第4.2.3条： 本设计属于结构高宽比H/B 不大于4的矩形结构，所以风荷载体型系数μs =1.3； μz ——风压变化系数，本设计因建在江门市市区，所以地面粗糙度为B 类； h i ——下层柱高； h j ——上层柱高，对顶层为女儿墙高度的2倍； B ——迎风面宽度B ，根据建筑图及所选取的计算单元本设计取：B =8.1m 。 2）沿房屋高度分布风荷载标准值计算如表5.1所示。风荷载作用图如图5.1。 表5.1 集中风荷载作用标准值
图5.1 水平风荷载作用图(单位:kN) 5.1.2 侧移刚度D 值和柱的反弯点 D 值法又称作改进的反弯点法，是对柱的抗侧刚度和柱的反弯点位置进行修正后计算框架内力的一种方法。 （1）框架柱抗侧移刚度1D 值计算下： 底层边柱（A 、C 柱）： 底层中柱（B 柱）： 二层边柱（A 、C 柱）： kN/m 1024.3512/6.06.01015.312124 3 3731?=????==h EI D kN/m 1097.75 12/75.075.01015.312124 3 3731?=????==h EI D kN/m 1052.95 .312 /6.06.01015.3121243 3731?=????==h EI D
第二部分 风荷载计算 一：风荷载作用下框架的弯矩计算 （1）风荷载标准值计算公式：0k z s z W w βμμ=??? 其中k W 为垂直于建筑物单位面积上的风荷载标准值 z β为z 高度上的风振系数，取 1.00z β= z μ为z 高度处的风压高度变化系数 s μ为风荷载体型系数，取 1.30s μ= 0w 为攀枝花基本风压，取00.40w = 该多层办公楼建筑物属于C 类，位于密集建筑群的攀枝花市区。 （2）确定各系数数值 因结构高度19.830H m m =<，高宽比19.8 1.375 1.514.4 H B ==<，应采用风振 系数z β来考虑风压脉动的影响。该建筑物结构平面为矩形， 1.30s μ=，由《建筑结构荷载规范》第查表得0.8s μ=（迎风面）0.5s μ=-（背风面），风压高度变化系数z μ可根据各楼层标高处的高度确定，由表4-4查得标准高度处的z μ值，再用线性插值法求得所求各楼层高度的z μ值。 风荷载计算 （3）计算各楼层标高处的风荷载z q 。攀枝花基本风压取00.40/w KN mm =，取②轴横 向框架梁，其负荷宽度为,由0k z s z W w βμμ=???得沿房屋高度分布风荷载标准值。 7.20.4 2.88z z s z z s z q βμμβμμ=?=，根据各楼层标高处的高度i H ，查得z μ代入上式，可
得各楼层标高处的()q z 见表。其中1()q z 为迎风面，2()q z 背风面。 风正压力计算： 7. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.790.8 2.370/z s z q z KN m βμμ==????= 6. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.770.8 2.306/z s z q z KN m βμμ==????= 5. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 4. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 3. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 2. 1() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.8 2.216/z s z q z KN m βμμ==????= 1. 1() 2.88 2.880.00 1.300.740.80.000/z s z q z KN m βμμ==????= 风负压力计算： 7. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.790.5 1.480/z s z q z KN m βμμ==????= 6. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.770.5 1.441/z s z q z KN m βμμ==????= 5. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 4. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 3. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 2. 2() 2.88 2.88 1.00 1.300.740.5 1.385/z s z q z KN m βμμ==????= 1. 2() 2.88 2.880.00 1.300.740.50.000/z s z q z KN m βμμ==????= （4）将分布风荷载转化为节点荷载 第六层：即屋面处的集中荷载6F 要考虑女儿墙的影响 6 2.306 2.216 3.3 2.370 2.306 1.441 1.385 3.3 1.441 1.480 0.5[( ) 2.306]10.5[() 1.441]19.92222222 F KN ++++=+?+?++?+?= 第五层的集中荷载5F 的计算过程 5 2.21 6 2.216 2.306 2.216 1.441 1.385 1.385 1.385 0.5[ ] 3.30.5[(] 3.312.002222F KN ++++=+?+++?= 4 2.216 2.216 2.16 2.216 1.38 5 1.385 1.385 1.385 0.5[] 3.30.5[(] 3.311.882222F KN ++++=+?+++?= 3 2.216 2.216 2.16 2.216 1.385 1.385 1.385 1.385 0.5[] 3.30.5[(] 3.311.882222 F KN ++++=+?+++?= 第二层，要考虑层高的不同： 2 3.3 4.252.216 1.385( )13.5922 F KN =+?+=
按老版本规范风荷载标准值计算方法: 1.1风荷载标准值的计算方法 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-20012006年版)计算: w k =B gz u z y si W 0 ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006 年版] 上式中： w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa); Z :计算点标高：15.6m ； B gz ：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型，按以下公式计算(高度不足5m 按5m 计算)： 1. 正压区 2. 负压区 - 对墙面， - 对墙角边, 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取 -0.2或0.2 本计算点为大面位置 按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的， 在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料， 在上述区域 B gz =K(1+2 卩 f ) 其中K 为地面粗糙度调整系数， 1 f 为脉动系数 A 类场地： B gz =0.92 X (1+2 卩 f ) 其中： ■0 12 1 f =0.387 X (Z/10). B 类场地： B gz =0.89 X (1+2 [1 f ) 其中： 1 f =0.5(Z/10) -0.16 C 类场地： B gz =0.85 X (1+ 2 1 f ) 其中： 1 f =0.734(Z/10) -0.22 D 类场地： B gz =0.80 X (1+2 1 f ) 其中： 1 f =1.2248(Z/10) -0. 3 对于B 类地形， B gz =0.89 X (1+2 X (0.5(Z/10) 卩Z :风压咼度变化系数； 根据不同场地类型，按以下公式计算: 类场地： ))=1.7189 类场地: 类场地: 类场地: 0 24 卩 z =1.379 X (Z/10). 当 Z>300m 时，取 Z=300m 当 Z<5m 时，取 Z=5m 0.32 卩 z =(Z/10) 当 Z>350m 时，取 Z=350m 当 Z<10ni 时，取 Z=10m 卩 z =0.616 X (Z/10) 0.44 当 Z>400m 时，取 Z=400m 当 Z<15ni 时，取 Z=15m 卩 z =0.318 X (Z/10) 0.60 当 Z>450m 时，取 Z=450m 当 Z<30ni 时，取 Z=30m 15.6m 高度处风压高度变化系数： 对于B 类地形， 卩 z =1.000 X (Z/10) 卩S1：局部风压体型系数； 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护 构 件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数卩 一、外表面 S1 ： 按表7.3.1采用; 取-1.0 取-1.8 15.6m 高度处瞬时风压的阵风系数:
框架结构风荷载作用下弯矩计算
4.风荷载作用下的弯矩计算 4. 1 风荷载标准值的计算 0k z s z ?βμμ?= 其中k ?——垂直与建筑物单位面积上的风荷载标准值 z β——Z 高度上的风振系数，因结构高度H=18m<30m ，B=14.4m ，H/B=1.25<1.5,可取1.0 s μ——风荷载体型系数 根据建筑物体型查得s μ=1.3 z μ——Z 高度处的风压高度变化系数，可根据地面粗糙程度C 类和各层离地面高度查规范求得 0?——基本风压 取 0.45kN/m 2 B ——迎风面的宽度 B=6m 表4.6.1 集中 风荷载标准值计算 等效节点集中风荷载如图：
图4.6.1 风荷载作用下结构计算简图 4. 2 风荷载作用下抗侧移计算 侧移刚度D 计算： 底层侧移刚度：（底层柱高=4.55m ） A 轴柱 B 轴柱 C 轴柱 D 轴柱 c i K i = ∑ 445.4100.767.110?=? 44(5.4 4.7)10 1.427.110+?=? 44(5.4 4.7)10 1.427.110+?=? 4 4 5.4100.767.110?=? 0.52c K K α+= + 0.46 0.56 0.56 0.46 212c jk c i D h α= 18931 23046 23046 18931 j D ∑ 83954 表4.6.2底层侧移刚度D
2-5层侧移刚度：（标准层高度=3.6m ） 表4.6.3 2-5层侧移刚度D 表4.6.4 各层间相对转角 侧移验算：层间侧移最大值1/7609＜1/550，满足要求。 4.3风荷载作用下内力计算 求得框架柱侧向刚度后，根据下式可将层间总剪力分配给该层各柱： 1 jk jk j m jk k D V V D == ∑ 式中 jk V ———第j 层第k 柱所分配到的剪力 jk D ———第j 层第k 柱的侧向刚度D 值 m ———第j 层框架柱数
按老版本规范风荷载标准值计算方法： 1.1风荷载标准值的计算方法 幕墙属于外围护构件，按建筑结构荷载规范(GB50009-2001 2006年版)计算： w k =β gz μ z μ s1 w ……7.1.1-2[GB50009-2001 2006年版] 上式中： w k ：作用在幕墙上的风荷载标准值(MPa)； Z：计算点标高：15.6m； β gz ：瞬时风压的阵风系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算(高度不足5m按5m计算)： β gz =K(1+2μ f ) 其中K为地面粗糙度调整系数，μ f 为脉动系数 A类场地：β gz =0.92×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.387×(Z/10)-0.12 B类场地：β gz =0.89×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.5(Z/10)-0.16 C类场地：β gz =0.85×(1+2μ f ) 其中：μ f =0.734(Z/10)-0.22 D类场地：β gz =0.80×(1+2μ f ) 其中：μ f =1.2248(Z/10)-0.3 对于B类地形，15.6m高度处瞬时风压的阵风系数： β gz =0.89×(1+2×(0.5(Z/10)-0.16))=1.7189 μ z ：风压高度变化系数； 根据不同场地类型,按以下公式计算： A类场地：μ z =1.379×(Z/10)0.24 当Z>300m时，取Z=300m，当Z<5m时，取Z=5m； B类场地：μ z =(Z/10)0.32 当Z>350m时，取Z=350m，当Z<10m时，取Z=10m； C类场地：μ z =0.616×(Z/10)0.44 当Z>400m时，取Z=400m，当Z<15m时，取Z=15m； D类场地：μ z =0.318×(Z/10)0.60 当Z>450m时，取Z=450m，当Z<30m时，取Z=30m； 对于B类地形，15.6m高度处风压高度变化系数： μ z =1.000×(Z/10)0.32=1.1529 μ s1 ：局部风压体型系数； 按《建筑结构荷载规范》GB50009-2001(2006年版)第7.3.3条：验算围护 构件及其连接的强度时，可按下列规定采用局部风压体型系数μ s1 ： 一、外表面 1. 正压区按表7.3.1采用； 2. 负压区 -对墙面，取-1.0 -对墙角边，取-1.8 二、内表面 对封闭式建筑物，按表面风压的正负情况取-0.2或0.2。 本计算点为大面位置。 按JGJ102-2003第5.3.2条文说明：风荷载在建筑物表面分布是不均匀的，在檐口附近、边角部位较大。根据风洞试验结果和国外的有关资料，在上述区域风吸力系数可取-1.8，其余墙面可考虑-1.0，由于围护结构有开启的可能，所以
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
风荷载是空气流动对工程结构所产生的压力。 风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。风荷载与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关。中国的地理位置和气候条件造成的大风为：夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴及雹线大风；冬季北部地区多寒潮大风。其中沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。台风造成的风灾事故较多，影响范围也较大。雷暴大风可能引起小范围内的风灾事故。 一《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中所规定的顺风向风荷载的具体计算 1 顺风向风荷载 2012规范关于顺风向风荷载的计算公式没有形式上的变化，仍然采用平均风压乘以风振 0ωμμβωκz s z = （1） 其中： k ω— 风荷载标准值（kN/m 2）； z β— 高度z 处的风振系数； s μ— 风荷载体型系数； z μ— 风压高度变化系数； 0ω— 基本风压。 如果不考虑结构在风荷载作用下的动力响应，则由平均风压引起的静荷载取决于体型系 数、风压高度变化系数及基本风压这三项因素，下面讨论顺风向作用下的静荷载计算： 1.1 基本风压 中国规定的基本风压w 0 以一般空旷平坦地面、离地面10米高、风速时距为10分钟平 均的最大风速为标准，按结构类别考虑重现期(一般结构重现期为30年，高层建筑和高耸结构为50年，特别重要的结构为100年)，统计得最大风速v （即年最大风速分布的96.67%分位值，并按w 0=ρv 2/2确定。式中ρ为空气质量密度；v 为风速）。根据统计，认为离地面10米高、时距为10分钟平均的年最大风压，统计分布可按极值I 型考虑。 基本风压因地而异，在中国的分布情况是：台湾和海南岛等沿海岛屿、东南沿海是最大风压区，由台风造成。东北、华北、西北的北部是风压次大区，主要与强冷气活动相联系。青藏高原为风压较大区，主要由海拔高度较高所造成。其他内陆地区风压都较小。 风速风速随时间不断变化，在一定的时距Δt 内将风速分解为两部分：一部分是平均风 速的稳定部分；另一部分是指风速的脉动部分。为了对变化的风速确定其代表值作为基本风压，一般用规定时距内风速的稳定部分作为取值标准。 建筑设计中的取用：基本风压应按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012附录E 中附表 E.5 给出的全国各地区的风压采用数值。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。 当城市或建设地点的基本风压值在本规范全国基本风压图上没有给出时，基本风压值可 根据当地年最大风速资料，按基本风压定义，通过统计分析确定，分析时应考虑样本数量的
例题1：某三层钢筋混凝土框架结构，平面为矩形，纵向各轴线间距离为4.2m ，层高为3.6m ，室内外高差0.6m ，地貌为B 类，所在地区基本风压值w 0为0.55kN/m 2 。求，顺风向风对一榀横向中框架各层节点产生的风荷载标准值。 风压高度变化系数μz (z)（老规范） 离地面高度（m ） 地面粗糙度B 5 1.00 10 1.00 15 1.14 解：建筑总高h <30m ，取βz =1.0 层数 βz μs z μz w 0 w z 1 1.0 1.3 4.2 1.00 0.55 0.715 2 7.8 1.00 0.715 3 11.4 1.04 0.744 一榀横向中框架各层节点产生的风荷载标准值为： ()1 1 4. 2 3.60.715 4.211.71kN 2P =?+??= ()21 3.6 3.60.715 4.210.81kN 2P =?+??= 31 3.60.744 4.2 5.62kN 2 P =???= 例题2：某金工车间，外形尺寸及部分风载体型系数如图所示，基本风压2 00.45kN /m ω=， 柱顶标高为10m +，室外天然地坪标高为0.30m -，1=2.1m h ，2=1.2m h ，地面粗糙类别为B ，排架计算宽度6m B =。求作用在排架上的顺风向风荷载标准值。 .解：（1）求21,q q ，
离地10m 时，0.1=z μ，离地15m 时，14.1=z μ，当离地10.3m 时， ()1.141 110.3101 .011510 z μ-=+ ?-=- ()10.8 1.010.456 2.18/k q kN m =???=→ ()20.5 1.010.456 1.36/k q kN m =???=→ （2）求w 屋顶与檐口风压高度变化系数均按檐口离室外地坪的高度10.3+2.1=12.4 ()1.141 112.410 1.071510 z μ-=+ ?-=- ()()0.80.5 2.10.50.6 1.2 1.070.4567.54k w kN =+?+-????=????
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ω（KN/m2）按下式计算： ω 风荷载标准值（kN/m2）=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 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v0(m/s)，再考虑相应的空气密度通过计算确定数值大小。 按公式确定数值大小，但不得小于0.3kN/m2，其中的单位为t/m3，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。 1.1.2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。 粗糙度类别 A B C D 300 350 450 500 0.12 0.15 0.22 0.3 场地确定之后上式前两项为常数，于是计算时变成下式： 1.1.3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 详见规范规程。 3）局部风压体形系数 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 2.0。未述事项详见相应规范规程。 1.1.4风振系数 对于高度H大于30米且高宽比的房屋，以及自振周期的各种高耸结构都应该考虑脉动风压对结构发生顺向风振的影响。（对于高度H大于30米、高宽比且可忽略扭转的高层建筑，均可只考虑第一振型的影响。） 结构在Z高度处的风振系数可按下式计算： ○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： 粗糙度类别 A B C D 0.12 0.14 0.23 0.39 ○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： 粗糙度类别 A B C D 1.28 1.0 0.54 0.26 为结构第一阶自振频率（Hz）； 高层建筑的基本自振周期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： 钢结构 钢筋混凝土框架结构
1. 工程概况 黑龙江省某市兴建六层商店住宅,建筑面积 4770平方米左右,拟建房屋所在地震动参数08. 0m ax =α, 40. 0T g =,基本雪压-20m 6KN . 0S ?=,基本风压-20m 40KN . 0?=?,地面粗糙度为B 类。 地质资料见表1。 表1 地质资料 2. 结构布置及计算简图 根据该房屋的使用功能及建筑设计的要求, 进行了建筑平面、立面及剖面设计, 其标准层建筑平面、结构平面和剖面示意图分别见图纸。主体结构共6层,层高1层为3.6m , 2~6层为2.8m 。 填充墙采用陶粒空心砌块砌筑:外墙400mm;内墙200mm 。窗户均采用铝合金窗,门采用钢门和木门。 楼盖及屋面均采用现浇钢筋砼结构,楼板厚度取120mm,梁截面高度按跨度的 1/812/1~估算,尺寸见表2,砼强度采用mm43N . 1f , mm3KN.14f(C-2t -2c 30?=?=。 屋面采用彩钢板屋面。
表2 梁截面尺寸(mm 柱截面尺寸可根据式c N f ][N A c μ≥ 估算。因为抗震烈度为7度,总高度30m <,查表 可知该框架结构的抗震等级为二级,其轴压比限值8. 0][N =μ;各层的重力荷载代表值近似取12-2m KN ?,由图 2.2可知边柱及中柱的负载面积分别为2m 35. 4?和2m 8. 45. 4?。由 公式可得第一层柱截面面积为 边柱32c 1.34.5312106 A 98182mm0.814.3?????≥=? 中柱23c mm51049114.3 8. 06 10128. 45. 425. 1A =??????≥ 如取柱截面为正方形,则边柱和中柱截面高度分别为371mm和389mm 。根据上述计算结果并综合考虑其它因素,本设计框架柱截面尺寸取值均为600m m 600m m?,构造柱取