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第四章 风荷载 (1)

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第4章风荷载

第4章风荷载


静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风飓风
当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等阻碍物时，将对这些阻碍 物产生压力。
风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，
它不仅对结构物产生水平风压作用，还会引 起多种类型的振动效应。
风灾实例 1926年9月，美国迈阿密17层高的 Meyer-Kiser大楼在一次飓风袭击下， 维护结构受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在风暴中严 重摇晃，顶部残留位移达0.61m。
第4章 风荷载
风致桥梁破坏 1940 年 11 月 7 日 ， 美 国 华 盛 顿 州 塔 科 马 桥 （ Tacoma Bridge ）因风振致毁，这一严重的桥梁事故，开始促使人 们对桥梁的风致振动问题进行系统深入的研究。该桥主跨 长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通 过两年时间的施工，于 1940 年 7 月 1 日建成通车。但由于当
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆 amax (m/s2) 0.15 0.25
第4章 风荷载
抗风减振措施
台北 101 大楼（高 508 米），在 92楼 层悬挂设置重达 800 吨的悬浮阻尼 球，通过吸收振动能量，避免大楼 在强风下大幅晃动
第4章 风荷载
抗风减振措施
上海环球金融中心（高492米），在395 米的第 90 层安装两台重达 150 吨、长宽 各 9 米的风阻器，中间桔红色的是用钢 索悬吊的重 100 多吨的配重物，其下安 装了驱动装置。
第4章 风荷载
第4章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 风的有关知识 风压
风荷载
内容提要
结构抗风计算的几个重要概念 顺风向结构风效应 横风向结构风效应
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记

《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记

《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。

荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。

1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。

这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。

2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。

这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。

1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。

恒载的大小和作用点一般不会发生变化。

2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。

活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。

3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。

偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。

4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。

地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。

5.风荷载：指风对结构产生的影响。

风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。

6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。

温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。

7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。

变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。

8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。

爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。

9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。

浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。

10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。

这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。

11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。

荷载与结构设计第4章风荷载

荷载与结构设计第4章风荷载

主要与受风面上两点的距离有关，随两点间距离的增大迅速 减小，呈指数衰减规律。
脉动系数f：脉动风压与平均风压之比，脉动系数随高度
增加而减小。
f
0.5315.8(0.1)6(z) 10
式中 ——地面粗糙度指数，为A、B、C及D四类地貌。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
《荷载规范》给出了脉动影响系数表格，供设计时查用。
三、结构振型系数
顺风向响应可仅考虑第一振型影响，采用近似公式或查表 确定结构的第一振型系数。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
高耸构筑物（按弯曲型考虑）：
z
6z2H24z3Hz4 3H4
以剪力墙的工作为主的高层建筑结构（按弯剪型考虑）：
z tan4(Hz )0.7
悬臂型高耸结构的截面沿高度按连续规律变化时，可根据 结构迎风面顶部宽度BH与底部宽度B0的比值，按表确定第1 振型系数。
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
当迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线规律 变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表中的脉动影响系
风荷载体型系数的确定：采用相似原理，在边界层风洞内 对建筑物模型进行测试。
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
风洞试验室
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
风洞试验
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
建筑物模型
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
桥梁模型
第四章 风荷载 第三节 风荷载体型系数
1.00
第四章 风荷载 第四节 顺风向风振
四、脉动影响系数 反映风压脉动相关性对结构的影响，由公式确定：
H
v
0
f zzdz
H 0
z2dz
第4章风荷载

第4章风荷载

表4.3 不同重现期与重现期为50年的基本风压换算系数
重现期/年 重现期换算系数 100 1.10 60 1.03 50 1.00 40 0.97 30 0.93 20 0.87 10 0.77 5 0.66
4.1.4 山区的基本风压
对于山区的建筑物，基本风压还应考虑地形的修正，修 正系数分别按下述规定采用： (1) 对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数可按下述 公式采用：
1 2 2 w v v 2 2g
式中，w——单位面积上的风压力(kN/m2)； ρ——空气密度(kg/m3)； γ——空气单位体积重力(kN/m3)； g——重力加速度(m/s2)； v——风速(m/s)。
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
实测风速时距 时距换算系数 60min 0.940 10min 1.00 5min 1.07 2min 1.16 1min 1.20 0.5min 1.26 20s 1.28 10s 1.35 5s 1.39 瞬时 1.50
应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比 值，其中最重要的有： (1) 平均风速值。实测表明，10min 平均风速越小，该比值越大。 (2) 天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风 最大，台风次之，而寒潮大风(冷空气)则最小。
4.1.3 风速或风压的换算 1. 不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测 风速高度不足10m标准高度时，应由气象台站根据不同高 度风速的对比观测资料，并考虑风速大小的影响，给出非 标准高度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏观测 资料时，实测风速高度换算系数也可按表4.1取值。
z B [1 tan (1 )]2 2.5H
风荷载

风荷载

4-13
第二节 风压
• 风压定义：
当风 以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物 产生压力，即风压。
风压的产生
4-14
第二节 风压
一、 风压与风速的关系
伯努利方程：
气压为101.325kPa 常温150C 绝对干燥
纬度450海面
4-15
初始条件
第二节 风压
二、基本风压
• 基本风压的定义：
按规定的地貌、高度、时距等量测的风速称为基本风压。
φ13=0.53
4-49
第四节 顺风向结构风效应
因建筑的高宽比H/B=3，查表4-10得脉动影响系数:
ν=0.49。
代入式(4-49)得各区段中点高度处风振系数：
β1=1.19 β2=1.26 β3=1.31 β4=1.36 β5=1.41
5. 按式（4-45）计算各区段中点高度处的风压值
4-50
4-40
第四节 顺风向结构风效应
或
w(z) (z)s (z)z (z)w0
其中风振系数
令 得
4-41
(z) 1 1(z) z (z)
第四节 顺风向结构风效应
4-42
第四节 顺风向结构风效应
4-43
第四节 顺风向结构风效应
对于低层建筑结构(剪切型结构) 对于高层建筑结构(弯剪型结构)
1.雷诺数
结构形状
动力相似定律
雷诺数相同，动力相似 层流向湍流转换
式中： ρ：流体密度； μ ：流体粘性系数
动粘性
l：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸。
4-30
第三节 结构抗风计算的几个 重要概念
➢ 对于空气：
Re=69000vl=69000vB 如果Re<1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体； 如果Re>1000，则以惯性力为主，为低粘性流体。
第四章 风荷载 (1)

第四章 风荷载 (1)


第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
《荷载规范》的地面粗糙度分类： A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取 A=0.12，HTA=300m；
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡 镇和市郊，取B=0.16，HTB=HT0=350m；
对比海陆风速的比值，远海海面和海岛基本风压修正系 数按下表取用。
表4.4 远海海面和海岛的修正系数 距海岸距离（km） 修正系数 <40 1.0 40~60 1.0~1.1 60~100 1.1~1.2
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压

六、我国基本风压分布特点
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
电子叶轮式风速仪 超声波风速仪
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
一、基本风速 风的强度常用风速表示，各气象台站记录下的多为风速资 料。确定作用于工程结构上的风荷载时，必须依据当地风速资 料确定基本风压。 基本风速按以下规定的条件定义： （1）量测高度：《荷载规范》对房屋建筑取为距地面10m为标 准高度；现行公路《桥规》对桥梁工程也取为距地面10m为 标准高度。 （2）地貌条件：测定风速处的地貌要求空旷平坦，一般远离 城市中心。
性结构在风作用下的动力响应的认识还不深入，虽然设计
风速为60m/s，但在19m/s风速下结构就产生强烈扭曲振动 而遭破坏。
第四章 风荷载
第四章 风荷载
风毁桥梁表
第四章 风荷载
抗风减振措施
台北101大楼（高508米），在92楼 层悬挂设置重达800吨的悬浮阻尼 球，通过吸收振动能量，避免大楼 在强风下大幅晃动
第四章 风荷载

第四章 风荷载


§4.3
风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）为方便设计人员使用，用风 压高度变化系数 综合考虑不同高度和不同地貌情况的影响。对于平坦或稍 有起伏的地形，风压高度变化系数直接按下表取用；对于山区的建筑物， 风压高度变化系数除由下表确定外，还应考虑地形条件的修正。表中地貌 （地面粗糙程度）分为A、B、C、D四类。

§4.2
基本风速和基本风压
3. 平均风速的时距 风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。 平均风速与时距的大小有密切关系，如果时距取的很短，例如3s，则平均 风速只反映了风速记录中最大值附近的较大数值的影响，较低风速在平均 风速中的作用难以体现，致使平均风速较高；相反，如果时距取的很长， 例如1天，则必定将一天中大量的小风平均进去，致使平均风速值较低。一 般来说，时距越大，平均风速越小；反之，时距越小，则平均风速越大。
§4.1
风的基本知识
4.1.3 我国的风气候总况
§4.1
4.1.4 风级
风的基本知识
为了区分风的大小，根据风对地面(或海面)物体的影响程度将风划为若 干等级。风力等级（wind scale）简称风级，是风强度的一种表示方法。 国际通用的风力等级是由英国人蒲福（Beaufort）于1805年拟定的，故又 称蒲福风力等级(Beaufort scale )。 由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此就按照风所引起的现象来划分 等级，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小，分为 13个等级（0～12级）。 后来又在原分级的基础上，增加了风速界限，将蒲福风力等级由 12级台风 扩充到17级，增加为18个等级（0～17级）。
§4.2
基本风速和基本风压
第四章 风荷载-PPT课件

第四章 风荷载-PPT课件


（ 影 响 是 以 沿 海 开 始 出 现 8 级 风 或 暴 雨 为 标 准 。 ）
2、季风(season wind) 冬季:大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低 风从大陆吹向海洋 夏季:大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高
风从海洋吹向大陆
三、风级（根据风对地面或海洋物体影响程度） 13个等级（0级12级）（P37，表4-1） 0级 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级12级 静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风飓风
一、结构的风力和风效应 PL 截面 风速 B PM PD
流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力 顺风向力→PD 、 横风向力→ PL 、扭力矩→ PM 结构的风效应
~ 由风力产生的结构位移、速度、加速度响应、扭转响应
二、顺风向平均风与脉动风 顺风向风速时程曲线
v(t)
v
vf
t
v 平 均 风 速 — 长 周 期 成 分 ， 周 期 一 般 在 1 0 m i n 以 上
高度 10米高为标准高度 公称风速时距 =10min
1 v v t dt 公 称 风 速 ,即 一 定 时 间 间风速的样本时间
基本风速的重现期T0 基本风速出现一次所需要的时间

o
一年
最大风速 --随机变量
p
面积 p0=1-1/T0
2 v 2 w 风 压 ： ( k N /m ) 1630

3 2 = 0 . 0 1 2 0 1 8 k N / m （ 空 气 单 位 体 积 的 重 力 ） ， g = 9 . 8 m / s
2、基本风压w0 按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压 地貌（地面粗糙度）
第4章 风荷载

第4章 风荷载


同济大学 土木工程
风效应：由风力产生的结构位移、速度、加速 度响应等。
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.3 结构抗风计算的概念
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、顺风向平均风与脉动风
风有两种成分构成 = 平均风 + 脉动风
二、顺风向平均风与脉动风
脉动风的特性：
可用功率谱密度描述 功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布
Davenport谱
式中，ρ：流体密度； μ：流体粘性系数 l ：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸 对于空气：Re=69000vB 如果Re<1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体； 如果Re>1000，则以惯性力为主，为低粘性流体

地区流向低纬地区
在高空：空气从低纬
地区流向高纬地区
同济大学 土木工程
§4.5 横风向结构风效应
同济大学 土木工程
大气热力学环流模型
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.1 风的有关知识
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
二、两类性质的大风
1.台风 热带海洋面上形成的低压气旋。
同济大学 土木工程 同济大学 土木工程
4
2013-10-17
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
§4.4 顺风向结构风效应
荷 载 与 结 构 设 计 原 则
一、顺风向平均风效应
平均风下结构风载 ：
一、顺风向平均风效应 w( z ) s z ( z ) w0
1. 风载体型系数
第一阶振型函数
风振 ( z ) 1 1 ( z ) 系数： z ( z)
荷载课件-风荷载

荷载课件-风荷载


§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
§ 3 - 2 风荷载的计算
脉动影响系数 1、结构迎风面宽度远小于其高度的情况（如高耸结构等） • 若外形、质量沿高度比较均匀； • 若结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变
化，而质量沿高度按连续规律变化时。 2、结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性
§ 3 - 2 风荷载的计算
波动风压对建筑产生的动力效应与建筑高度和刚度有 关。对高度较大、刚度较小的高层建筑，波动风压会产生 一些不可忽略的动力效应，产生振幅加大现象。设计时采 用加大风载的办法来考虑这个动力效应，在风压值上乘以 风振系数。
对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高层房屋结构， 以及基本自振周期 大于0.25s的塔架、桅杆、烟囱等高耸 结构，应采用风振系数来考虑风压脉动的影响。
对于阳台、雨篷、遮阳板等悬挑构件，应验算向上漂浮的 风载。当超过自重时，悬挑构件会出现反向弯矩。局部向上体 型系数用2，即
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
§ 3 - 2 风荷载的计算
例题1
例题2
例题2
例题3
例题3
例题3
例题3
作业题
1、风的有关知识 2、风荷载计算
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 1 风的形成 不同压力差的地区产生了趋向于压力平衡的空气
流动，便形成了风。
§ 3 - 1 风的有关知识
§ 3 . 1 . 2 两类性质的大风 1. 台风
§ 3 - 1 风的有关知识
2. 季风
§ 3 - 1 风的有关知识
的情况（如高层建筑等）
§ 3 - 2 风荷载的计算
振型系数 应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按
第四章 风荷载剖析

第四章 风荷载剖析


三、风速或风压的换算
基本风压是按照规定的标准条件得到的，在分析当地风速资料时， 往往会遇到实测风速的高度、时距、重现期不符合标准条件的情况，因 而必须将非标准条件下实测风速资料换算为标准条件下的风速资料，再 进行分析。
（一）不同高度换算
当实测风速高度不是10m标准高度时
V Vz
式中 V——标准条件10m高度处时距为10分钟的平均风速（m/s）；Vz—
飓风
14.0
— 摧毁极大 海浪滔天
118-133 64-71
32.7-36.9
134-149 72-80
37.0-41.4
150-166 81-89
41.5-46.1
167-183 90-99
46.2-50.9
184-201 100-108
51.0-56.0
202-220 109-118
56.1-61.2
基本风速按以下规定的条件定义：
(1)风速高度：风速随高度而变化，离地表越近摩擦力越大， 因而风速越小。《荷载规范》对房屋建筑取为距地面10m为标准 高度；《公路桥规》对桥梁工程取为距地面20m为标准高度。
(2)地形地貌:同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关，地面粗 糙程度高，风能消耗多、风速则低。测定风速处的地貌要求 空旷平坦，应远离城市，城市中心地区房屋密集对风的阻碍 及摩擦均大。
后来又在原分级的基础上，增加了风速界限，将蒲福风力等 级由12级台风扩充到17级，增加为18个等级（0～17级）。
风力 等级
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
表4.1 蒲福风力等级表
名称
静风 软风
海面状况浪高/m 一般 最高

《荷载与结构设计方法》第4章-风荷载PPT课件

计算步骤：
➢ 确定基本风压 ➢ 确定风荷载体型系数或局部风压体型系数 ➢ 确定风压高度变化系数 ➢ 确定结构基本周期 ➢ 确定脉动风荷载的空间相关系数 ➢ 确定振型系数 ➢ 确定脉动风荷载的背景分量因子 ➢ 确定脉动风荷载的共振分量因子 ➢ 确定风振系数。 ➢ 确定风荷载标准值
2021
43
第4章 风荷载
2021
30
第4章 风荷载
风压-局部体型系数
➢在角隅、檐口、边 棱处和在附属结构 的部位，局部风压 会超过按风荷载体 型系数计算出的平 均风压。
E/5
Sa
Sb
D
B
H
迎风面
1.0
侧面
Sa
Sb
-1.4 -1.0
-0.6
➢封闭式矩形平面房屋的局部体型系数 ➢非直接承受风荷载的围护构件的折减系数
2021
➢ 时距越大，风速越小 ➢ 高度越大，风速越大（梯度风高度范围内） ➢ 地面越粗糙，风速越小 ➢ 重现期越长，风速越大
2021
8
第4章 风荷载
风压-风速与风压的关系
理想状态：
流向 小股气流
高压气幕
建筑物 w1dA
dl
压力线
(a)
(b)
w
=
1 2
ρv2
w 1 v2 1 v2
2
2g
(w1 + dw1)dA
新规范提高了C、D两类地 面粗糙度（大城市市区）的 梯度风高度，why?
➢ 风压高度变化系数：任一高度、任一地貌条件下的风 压与基本风压的比值，表4-8。
2021
14
第4章 风荷载
风压-风荷载体型系数：风压分布规律
侧风面
_
迎风面

《工程结构荷载与可靠度分析》李国强(第四版)课后习题答案

第一章荷载类型1、荷载与作用在概念上有何不同？荷载：是由各种环境因素产生的直接作用在结构上的各种力。

作用：能使结构产生效应的各种因素总称。

2、说明直接作用和间接作用的区别。

将作用在结构上的力的因素称为直接作用，将不是作用力但同样引起结构效应的因素称为间接作用，如温度改变，地震，不均匀沉降等。

只有直接作用才可称为荷载。

3、作用有哪些类型？请举例说明哪些是直接作用？哪些是间接作用？①随时间的变异分类：永久作用、可变作用、偶然作用②随空间位置变异分类：固定作用、可动作用③按结构的反应分类：静态作用、动态作用。

4、什么是效应？是不是只有直接作用才能产生效应？效应：作用在结构上的荷载会使结构产生内力、变形等。

不是。

第二章重力1、结构自重如何计算？将结构人为地划分为许多容易计算的基本构件，先计算基本构件的重量，然后叠加即得到结构总自重。

2、土的重度与有效重度有何区别？成层土的自重应力如何计算？土的天然重度即单位体积中土颗粒所受的重力。

如果土层位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，单位体积中，土颗粒所受的重力扣除浮力后的重度称为土的有效重度。

3、何谓基本雪压？影响基本雪压的主要因素有哪些？基本雪压是指当地空旷平坦地面上根据气象记录资料经统计得到的在结构使用期间可能出现的最大雪压值。

主要因素：雪深、雪重度、海拔高度、基本雪压的统计。

4、说明影响屋面雪压的主要因素及原因。

主要因素：风的漂积作用、屋面坡度对积雪的影响（一般随坡度的增加而减小，原因是风的作用和雪滑移）、屋面温度（屋面散发的热量使部分积雪融化，同时也使雪滑移更易发生）。

5、说明车列荷载与车道荷载的区别。

车列荷载考虑车的尺寸及车的排列方式，以集中荷载的形式作用于车轴位置；车道荷载则不考虑车的尺寸及车的排列，将车道荷载等效为均布荷载和一个可作用于任意位置的集中荷载形式。

第三章侧压力1.什么是土的侧压力？其大小与分布规律与哪些因素有关？土的侧向压力是指挡土墙后的填土因自重或外荷载作用对墙背产生的土压力。

第四章风荷载


【思考题】《规范》GB50009对远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高
度变化系数z如何确定？
风压高度变化系数
ห้องสมุดไป่ตู้
离地面或海平
面高度（m） A
5
1.17
10
1.38
15
1.52
20
1.63
30
1.80
40
1.92
50
2.03
60
2.12
70
2.20
80
2.27
90
2.34
100
2.40
150
2.64
粗糙度和温度垂直梯度 通常认为在离地面高度为300m 500m时，风速不再受地面粗糙度
的影响，达到“梯度风速”，该高度称为梯度风高度HG
地面粗糙度等级低的地区，其梯度高度比等级高的地区为低。 GB50009-2001地面的粗糙度类别
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、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—有密集建筑群且房屋较高的城市市区
200
2.83
250
2.99
地面粗糙度类别
B
C
D
1.00
0.74
0.62
1.00
0.74
0.62
1.14
0.74
0.62
1.25
0.84
0.62
1.42
1.00
0.62
1.56
1.13
0.73
1.67
1.25
0.84
1.77
1.35
0.93
1.86
1.45
1.02

第四章风荷载作用下框架内力分析

第四章 风荷载作用下框架内力分析4.1 风荷载作用下的楼层剪力地区基本风压：0ω=0.45KPa风载体型变化系数：s μ=0.8-（-0.5）=1.3 风压高度变化系数：按C 类地区查表3风振系数：由于房屋高度未超过30米， 1.0β=0k z s z ωβμμω= （4-1） 由于房屋宽度为75m ，层高3.6m,故此框架结构受到的结点水平风荷载kF BH ω=（对顶层考虑女儿墙高度900mm ）作用于房屋楼面处的集中风荷载标准值wk F 如下： 5层：5w k F =1.0⨯1.3⨯0.8⨯0.45⨯76.3⨯（3.62+0.9）=118.909kN 4层：4w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909 kN 3层：3w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909Kn 2层：2w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯3.6=118.909kN 1层：1w k F =1.0⨯1.3⨯0.74⨯0.45⨯76.3⨯（4.22+3.62）=128.82kN 风荷载作用下剪力分布图3引自GB50009-2001，《建筑结构荷载规范》FF F F F 3600V 13900V 3V 2V 4V 536003600360096.41215.322334.237453.14581.96图4-1 风荷载作用下的剪力分布图4.2 风荷载作用下的框架内力4.2.1风荷载作用下的柱端弯矩表4-1 A 柱柱端弯矩表4-2 C 柱端弯矩4.2.2风荷载作用下梁端弯矩表4-3 风荷载作用下的梁端弯矩4.2.3风荷载作用下梁端剪力和柱轴力标准值表4-4 风荷载作用下梁端剪力和柱轴力标准值4.2.4风荷载作用下的框架梁内力图如下图4-2 风荷载作用下的框架内力图。

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第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
标准大气压： = 0.012018kN/m3, g =9.80m/s2, 可得：
2 0 . 012018 v w v2 v2 (kN/m 2 ) 2g 2 9.80 1630

在不同的地理位置，大气条件是不同的，和g值也不相 同。重力加速度g不仅随高度变化，而且与纬度有关；空气 重度是气压、气温和温度的函数。因此，各地的/2g的值均 不相同，沿海地区的上海该值约为1/1740；内陆地区随高度 增加而减小，高原地区的拉萨该值约为1/2600。 《荷载规范》给出了全国各城市50年一遇的风压值。
z B 1 k tan 1 2.5H
2
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
对于山坡和山峰的其他部位，可按下图所示，取A、C 处的修正系数A 、 C为1，AB间和BC间的修正系数按的 线性插值确定。
B B C
Z A

C

A

d1
d2
d
第四章 风荷载
厂房屋面风致破坏
第四章 风荷载
膜结构风致破坏
第四章 风荷载
广告牌风致破坏
第四章 风荷载
2006年3月12日，位于福建泉 州北峰路段的一块大型户外 广告牌被大风吹倒，压住了 两辆行驶中的摩托车，造成3 人死亡。当天，受强冷空气 影响，泉州气温持续下降， 并伴有8级大风。 2007年7月29日下午，郑州市区 瞬时大风吹倒郑州市文化路的 巨幅广告牌。将4辆奇瑞轿车全 部压在身下，砸塌了另外2辆轿 车的车顶。倒塌的广告牌下， 停放着10多辆展销轿车。
当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等 阻碍物时，将对这些阻碍物产生压力。
风荷载是工程结构的 主要侧向荷载之一，它 不仅对结构物产生水平 风压作用，还会引起多 种类型的振动效应。
第四章 风荷载
风灾实例
1926年9月，美国迈阿密17层高的 Meyer-Kiser大楼在一次飓风袭击下， 维护结构受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在风暴中严 重摇晃，顶部残留位移达0.61m。
第四章 风荷载
抗风减振措施
上海环球金融中心（高492米），在395 米的第90层安装两台重达150吨、长宽 各9米的风阻器，中间桔红色的是用钢 索悬吊的重100多吨的配重物，其下安 装了驱动装置。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
机械风速仪
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
机械风速仪
H (m)
500 100 400 93 100 100 300 78 88 95 100
梯度风速
91
200
62
74
84
梯度风高度
100
40
54
67
77
0 大城市市区 城市市区 乡镇和郊区 开阔水面
梯度风速——风受到地表阻力而风速减慢，该阻力随高度 增加而减弱，离地表300～500m高度后，风才按梯度风速自 由流动。 梯度风高度——大气以梯度风速流动的起点高度称为梯度 风高度，又称大气边界层高度，用HT表示。
第四章 风荷载
美国约翰汉考克大楼（John Hancock），自1972年夏天至1973 年的1月，由于外饰玻璃经常遭受 大风破坏，不得不更换所有的玻 璃，耽误了三年半的使用，还增 加了830万美元的预算。
第四章 风荷载
1988年美国Missouri一座高610m的电视桅杆在阵风下倒塌。
第四章 风荷载
WT W0
式中 W0——重现期为50年的基本风压（kN/m2）；WT—— 重现期为T年时的基本风压（ kN/m2 ）；——换算系数，按 下表取值。
重现期（年） 100 60 50 40 30 20 10 5
重现期换算系数
1.10
1.03
1.00
0.97
0.93
0.87
0.77
0.66
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
（3）测量时距：取某一规定时间内（10min）的平均风速作 为计算标准。
（4）风速取样：取年最大风速记录值为统计样本。
（5）重现期：工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中 几十年时间范围内可能遭遇到的最大风速。该最大风速不 是经常出现，而是间隔一段时间后再出现，这个间隔时间 称为重现期。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
基本风速和基本风压
标准地貌
标准高度 基本风速 或基本风压
平均风速的时距
最大风速 的重现期
最大风速的样本
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
三、风速或风压的换算
当建设场地基本风压值《荷载规范》没有给出时，可按 基本风压定义，根据当地风速资料确定。 基本风压是按照规定的标准条件得到的，在分析当地风 速资料时，往往会遇到实测风速的高度、时距、重现期不符 合标准条件的情况，因而必须将非标准条件下实测风速资料 换算为标准条件下的风速资料，再进行分析。
4d
图4.1 山峰和山坡示意图
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
z B 1 k tan 1 2.5H
2
式中 tan——山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当tan >0.3 时，取tana =0.3 ； k——系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4； H ——山顶或山坡全高（m）； z ——建筑物计算位置离建筑物地面的高度（m）；当 z>2.5H时，取z=2.5H。
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
《荷载规范》的地面粗糙度分类： A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取 A=0.12，HTA=300m；
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡 镇和市郊，取B=0.16，HTB=HT0=350m；
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
（一）不同高度换算
当实测风速高度不满足10m标准高度时
V Vz
式中 V——标准条件10m高度处时距为10分钟的平均风速 （m/s）；Vz——非标准条件z高度（m）处时距为10分钟的 平均风速（m/s）；——换算系数，按下表取值。
实测风速高度（m） 4 6 8 10 12 14 16 18 20
1 p0 1 T0
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
二、基本风压 基本风压：在空旷平坦的地面、离地面10m高处、50年一 遇的10min的平均最大风速为标准，由风压和风速的关系 式确定的风压值。 风速和风压间的关系为：
1 2 2 w v v 2 2g
式中 w——单位面积上的风压力（kN/m2）；——空气密度 （kg/m3）；——空气单位体积重力（kN/m3）；g—— 重力 加速度（m/s2）；v—— 风速（m/s）。
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
C类：指有密集建筑群的城市市区，取C=0.22， HTC=400m；
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，取 D=0.30，HT0=450m。
第四章 风荷载 第二节 风压高度变化系数
风压高度变化系数的推导过程 平均风速沿高度变化的规律采用指数函数来描述，即：
1965年11月1日，英国渡桥（Ferrybridge）热电厂的8座大型 冷却塔，每座塔高116m，直径93m，其中有3座塔在风暴袭击中 被吹毁，该事故促使人们开始注重群体风效应的研究。
第四章 风荷载
位于上海嘉定的国际赛车场F1看台设计时考虑了12级强台 风影响，但在事故当天，嘉定区部分地段遭受了13级 （40m/s）的强台风，是造成这起事故的主要原因，赛车场 损失上千万元 。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
电子叶轮式风速仪 超声波风速仪
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
一、基本风速 风的强度常用风速表示，各气象台站记录下的多为风速资 料。确定作用于工程结构上的风荷载时，必须依据当地风速资 料确定基本风压。 基本风速按以下规定的条件定义： （1）量测高度：《荷载规范》对房屋建筑取为距地面10m为标 准高度；现行公路《桥规》对桥梁工程也取为距地面10m为 标准高度。 （2）地貌条件：测定风速处的地貌要求空旷平坦，一般远离 城市中心。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
2）山间盆地、谷地：修正系数0.75~0.85。 3) 谷口和山口：修正系数1.20~1.50。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
五．远海海面和海岛基本风压 远海海面和海岛的基本风压大于陆地平坦地区的基本风压。
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
第四章 风荷载
风致桥梁破坏 1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥（Tacoma Bridge） 因风振致毁，这一严重的桥梁事故，开始促使人们对桥梁 的风致振动问题进行系统深入的研究。该桥主跨长853.4m， 全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两年时间 的施工，于1940年7月1日建成通车。但由于当时人们对柔
谷口、山口
山顶、山坡 山间盆地、谷地
山间盆地、谷地
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
四、山区的基本风压 山区的基本风压与邻近平坦地区的基本风压有所不同， 有如下特点：见课本P44
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
山区的基本风压可按相邻平坦地区基本风压乘以以下 修正系数后采用： （1）对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数按下述公式计 算：
第四章 风荷载 第一节 基本风速和基本风压
建筑《荷载规范》：对一般结构，重现期取50年，对于特 别重要和有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取 100年。 公路《桥规》：重现期取为100年。 设基本风速重现期为T0年，则1/T0为超过设计最大风速的 概率，而不超过该设计最大风速的概率或保证率为：