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（KN/m2）按下式计算：
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
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/m 2，其中的单位为t/m 3，单位为kN/m 2。
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
300350450500
0.120.150.220.3
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__D_Dd___
（ 4）V 形、 Y 形、 L 形、弧形、槽形、双十字形、井字形、高宽比
/____/__D_D
（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
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
的各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：
○
g 为峰值因子，去 g=2.50；为 10 米高度名义湍流强度，取值如下：1
粗糙度类别A B C D
○0.120.140.230.39 R 为脉动风荷载的共振分量因子，计算方法如下：
2
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
1.28 1.0
C D
0.540.26
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
钢筋混凝土框架 -剪力墙和框架 -核心
筒结构
钢筋混凝土剪力墙结构和筒中筒结构
或
钢筋混凝土框架和框剪结构
钢筋混凝土剪力墙结构
n 为结构层数， H 为结构总高度（ m），B 为房屋宽度（ m）。○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：
粗糙度类别A B C D
高层建筑0.9440.6700.2950.112 0.1550.1870.2610.346
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风高度。
相对高度振型序号
z/H1234
0.10.02-0.090.22-0.38
0.20.08-0.300.58-0.73
0.30.17-0.500.70-0.40
0.40.27-0.680.460.33
0.50.38-0.63-0.030.68
0.60.45-0.48-0.490.29
0.70.67-0.18-0.63-0.47
0.80.740.17-0.34-0.62
0.90.860.580.27-0.02
1.0 1.00 1.00 1.00 1.00
为脉动风荷载水平、竖直方向相关系数，分别按下式计算:
B 为结构迎风面宽度（ m）， B≤ 2H，H 为结构总高度，结构总高度小于等于梯度风高度。
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。 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：（－1） 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 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μs 《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； 书P55页表4.2给出了各类地区风压沿高度变化系数。位于山峰和山坡地的高层建筑，其风压高系数还要进行修正，可查阅《荷载规范》。 3.风载体型系数μz 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。 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
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：
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
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
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 =+?+=
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
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:
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
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。
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
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。
[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。
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。
5 风荷载计算 风荷载标准值 主体结构计算时，为了简化计算，作用在外墙面上的风荷载可近似作用在屋面梁和楼面梁处的等效集中荷载替代，垂直于建筑物表面的风荷载标注值按公式5-1计算。 0k z s z ωβμμω???= （5-1） 式中：k ω——风荷载标准值； s μ——风荷载体型系数； z μ——风压高度变化系数； 0ω——基本风压值，本设计中的基本风压取30.00=ω； z β——高度z 处的风振系数； 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第条规定：地面粗糙度可分为四类：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；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。本设计中地面粗糙度取C 类。 高度z 处的风振系数z β的计算式见公式5-2。 1z z z ξν?βμ=+ （5-2） ξ——脉动增大系数； ν——脉动影响系数； z ?——振型系数； z μ——风压高度变化系数。 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第节可知：对于框架结构的基本自振周期可以近似按照()10.08~0.10T n n =（n 为建筑层数）估算，应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响,本设计中自振周期取10.090.0960.54T n s ==?=，经过计算， 2 1200.300.54=0.087T ω=?。风载体型系数由《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第节续表可以查得：8.0=s μ（迎风面）和5.0-=s μ（背风面）。 根据《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）第条规定：当结构基本自振周期s T 25.0≥时，以及对于高度超过30m 且高宽比大于1. 5 的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随之增强。因此在设计中应考虑风振的影响，而且原则上还应考虑多个振型的影响。 由于本工程总高度为，自振周期虽已超过,但不属于高耸结构和大跨度结构，所以根据荷载规范，本工程不考虑顺风向风振的影响。即本工程在高度z 处的风振系数z β近
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
风荷载计算
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
高度（m) 地面粗糙类别 A B C D 5 1.17 1.00 0.74 0.62 10 1.38 1.00 0.74 0.62 15 1.52 1.14 0.74 0.62 计算公式 20 1.63 1.25 0.84 0.62 A类地区=1.379(z/10)0.24 30 1.80 1.42 1.00 0.62 B类地区= (z/10)0.32 40 1.92 1.56 1.13 0.73 C类地区=0.616(z/10)0.44 50 2.03 1.67 1.25 0.84 D类地区=0.318(z/10)0.6 60 2.12 1.77 1.35 0.93 70 2.20 1.86 1.45 1.02 80 2.27 1.95 1.54 1.11 90 2.34 2.02 1.62 1.19 100 2.40 2.09 1.70 1.27 150 2.64 2.38 2.03 1.61 200 2.83 2.61 2.30 1.92 250 2.99 2.80 2.54 2.19 300 3.12 2.97 2.75 2.45 350 3.12 3.12 2.94 2.68 400 3.12 3.12 3.12 2.91 ≥450 3.12 3.12 3.12 3.12 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