等效风荷载计算方法分析

等效荷载的名词解释等效荷载是工程力学和结构工程学中的一个重要概念，用来描述在设计或分析中经常用到的一种荷载，它的作用是与实际荷载相似，但具有更便于计算和分析的特点。

等效荷载可以简化结构的计算和分析过程，提高设计效率和可行性。

本文将对等效荷载的定义、应用、计算方法以及意义进行逐步解释。

等效荷载是指在结构分析中用以代替实际荷载，并具有相同或相似作用的一种荷载。

在实际工程中，荷载的形式和性质多种多样，如静载、动载、温度荷载、地震荷载等。

针对不同的荷载，我们可以通过等效荷载的方法将其转化为等效的单一作用荷载来进行结构分析。

在结构设计中使用等效荷载有以下几个方面的好处。

首先，等效荷载可以简化结构设计和计算的复杂性。

相比于实际荷载，等效荷载通常可以通过简化计算和假设条件来获得。

这一简化可以大大降低计算的复杂性和耗时，提高设计效率。

其次，等效荷载可以减少荷载组合的数量。

实际荷载会受到多个因素的影响，荷载组合的数量可能非常庞大。

而通过等效荷载的方法，我们可以将多个实际荷载归纳为少数几个等效荷载，从而减少荷载组合的数量，简化分析过程。

此外，等效荷载还可以通过选择适当的等效系数来考虑不同工况下的结构响应。

计算等效荷载的方法主要有两种：静力学方法和动力学方法。

静力学方法主要适用于稳定的荷载情况，例如常见的自重、活载等。

在这种情况下，我们可以通过假设结构处于静力平衡的状态，并根据平衡条件计算等效荷载的大小。

动力学方法主要适用于动态荷载的情况，例如地震荷载、风荷载等。

在这种情况下，我们需要根据结构的振动特性和实际荷载的激励频率计算等效荷载的幅值和频率。

等效荷载在结构设计和分析中具有重要的意义。

首先，通过使用等效荷载，我们可以根据设计要求和结构特点选择最不利的荷载情况进行设计，从而确保结构的安全性和可靠性。

其次，等效荷载可以用于结构的预测和优化设计。

通过对不同等效荷载情况下的结构响应进行分析，我们可以评估结构的性能和承载能力，并对结构进行合理的调整和优化。

钢结构设计中的风力荷载分析钢结构是一种广泛应用于建筑和桥梁等工程中的结构形式，其设计和施工需要考虑各种荷载，其中风力荷载是一个重要的设计参数。

本文将针对钢结构设计中的风力荷载进行分析，以帮助读者更好地了解和应用于实际工程中。

1. 风力荷载的基本概念风力荷载是指建筑或结构所受到的来自风的力量，其大小取决于风的速度、方向、建筑形状以及建筑表面的特性。

在钢结构设计中，风力荷载通常按照规范进行计算，以保证结构的安全性。

2. 风力荷载的计算方法钢结构的风力荷载计算可以采用多种方法，常见的有等效静力法和动力风洞试验法。

等效静力法适用于简单结构和低层建筑，通过将风力转化为等效的静力进行计算。

而动力风洞试验法则适用于复杂结构和高层建筑，通过在风洞中模拟真实风场，测量结构受力情况来进行分析。

3. 风荷载对钢结构的影响风荷载对钢结构具有明显的影响。

首先，风力的作用会导致结构的振动，特别是在高层建筑中更为明显，需要通过结构设计和增加抗风设施来保证结构的稳定性。

其次，风荷载会对结构的稳定性和疲劳造成影响，需要在设计中进行合理的防护和优化措施。

此外，风的方向和速度也会对结构的局部应力造成影响，需要进行相应的分析和计算。

4. 钢结构的抗风设计为了保证钢结构在风荷载下的安全性，需要采取一系列的抗风设计措施。

首先，结构的整体设计应基于具体工程的风荷载计算和规范要求进行，包括结构的刚度、强度和稳定性等方面的考虑。

其次，可以通过增加局部加强措施来增强结构的抗风能力，如增加结构连接件的数量和强度，采用风阻碍物等。

最后，对于高层建筑，还需要设计风振控制系统，如加装阻尼器、液柱等，以控制结构的振动。

5. 风力荷载的实际案例分析以某高层钢结构建筑为例，介绍风力荷载的具体分析。

该建筑位于暴露的山顶位置，因此风荷载是设计的重要考虑因素之一。

首先，通过风洞试验获取结构的风荷载参数，然后利用等效静力法进行计算，确定结构的设计风荷载。

接下来，根据设计风荷载和结构的特性，分析结构位移、应力等情况，确保结构的稳定性和安全性。

风荷载计算方法本文档旨在介绍风荷载计算方法的目的、范围以及其在工程领域中的重要性和应用。

风荷载计算方法是结构工程中非常重要的一部分，它用于评估建筑物或其他结构在风力作用下所承受的荷载。

了解和应用风荷载计算方法可以确保结构设计的安全性和可靠性。

风荷载计算方法的范围包括了考虑气象条件和建筑结构特征的风压计算、风力效应的估算以及结构的风荷载分析。

通过合理计算和评估风荷载，可以帮助工程师进行结构设计和改进，确保结构在考虑到气象条件的情况下能够经受住风力的作用。

风荷载计算方法具有广泛的应用领域，包括建筑物、桥梁、塔架、烟囱、大型设备等各种结构工程。

通过准确计算风荷载，可以有效评估结构的稳定性和强度，并采取相应措施来提高结构的抗风能力。

在本文档中，我们将介绍风荷载计算方法的基本原理、标准规范以及相关的计算公式和案例分析，以便读者能够更好地理解和应用风荷载计算方法。

风荷载计算方法的历史发展和相关国内外标准、规范的演变过程，以及其在工程设计中的作用和需求。

该部分将介绍风荷载计算方法的背景信息。

历史发展包括风荷载计算方法的起源和演变，以及相关国内外标准和规范的制定过程。

此外，还将强调风荷载计算方法在工程设计中的作用和需求，说明为什么掌握这些计算方法对于确保工程结构的安全性至关重要。

通过了解风荷载计算方法的背景信息，读者将更好地理解该方法的重要性和应用价值，从而能够更准确地进行工程设计，并确保设计的结构能够承受风的作用。

该部分为风荷载计算方法提供了概括性介绍。

风荷载计算方法包括基本原理和计算步骤等内容。

在风荷载计算方法中，首先需要确定风速。

风速是计算风力的基础，可以通过测风塔或者其他风速测量设备来获得准确的数据。

同时，结构形态也是计算风荷载的重要因素之一。

结构形态包括建筑物或结构体的几何形状、高度、长度、宽度等特征。

在计算风荷载时，还需要考虑荷载系数。

荷载系数是用于将风速转化为具体的风荷载值的参数。

不同的结构形态和工作环境下，荷载系数会有所差异。

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 MethodZHANG 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。

风荷载计算方法
风荷载计算是指根据建筑物高度、结构形式、地理位置、建筑物
表面积、风速等参数，计算出风力对建筑物产生的作用力，以确定建
筑物在风力作用下的稳定性和安全性。

风荷载计算是建筑结构设计的
重要基础计算，对保证建筑物的安全性和稳定性具有极为重要的意义。

计算风荷载的方法主要采用美国标准和欧洲标准两种方法。

美国标准采用ASCE7标准，根据建筑物的形状、高度、地理位置、建筑物表面积、风速等参数参考标准的风荷载量进行计算。

首先根据
不同的地区选择适用的地区风速，然后按照建筑的高度和类型选择适
当的风荷载系数，利用公式计算出所需的风荷载。

欧洲标准采用Eurocode 1标准，根据建筑物的高度、风速、地形
等参数确定风压力大小，并根据建筑物的形状和功能，采用不同的计
算公式进行计算。

首先根据不同的地区选择适用的地区风速，然后根
据建筑物的高度、形状和暴露面积，采用对应的风荷载系数计算风压
力大小。

计算结果通常以单位面积上的风荷载或风压力表示。

无论是美国标准还是欧洲标准，计算风荷载都需要考虑到建筑物
的结构特征、地理环境和气象情况等因素，以获取合理的结果。

同时，风荷载计算也需要考虑到建筑物在不同时期产生的不同风荷载，以便
为结构设计提供全面且准确的参考数据。

总之，风荷载计算是建筑工程设计中不可或缺的一部分，对保证
建筑物的稳定性和安全性具有非常重要的意义。

了解并运用标准的计
算方法能够为工程师们提供准确的数据，同时也能够提高建筑物的抗
风能力和设计质量，从而提高建筑物在自然灾害等情况下的防护能力。

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19.81.375 1.514.4HB==<，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3.7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。

（3）计算各楼层标高处的风荷载z 。

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7.2m,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 1.4800.5[() 2.306]10.5[() 1.441]19.92222222F KN ++++=+⨯+⨯++⨯+⨯= 第五层的集中荷载5F 的计算过程5 2.216 2.216 2.306 2.216 1.441 1.385 1.385 1.3850.5[] 3.30.5[(] 3.312.002222F KN ++++=+⨯+++⨯=4 2.216 2.216 2.16 2.216 1.385 1.385 1.385 1.3850.5[] 3.30.5[(] 3.311.882222F KN ++++=+⨯+++⨯=3 2.216 2.216 2.16 2.216 1.385 1.385 1.385 1.3850.5[] 3.30.5[(] 3.311.882222F KN ++++=+⨯+++⨯=第二层，要考虑层高的不同： 2 3.3 4.252.216 1.385()13.5922F KN =+⨯+= 10.00F KN =等效节点集中等荷载（单位：KN ）二．柱侧移刚度及剪力的计算（212hi D c=）见下表 三：各层柱反弯点和弯矩的确定（见下表）根据该多层办公楼总层数m ,该柱所在层n ，梁柱线刚度比K ，查表得到标准反弯点系数0y ；根据上下横梁线刚度比值i 查表得到修正值1y ，根据上下层高度变化查表得到修正值2y 3y ；各层反弯点高度0123()yh y y y y h =+++。

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]。

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()Pt 作用下的振动方程为： ()mxcxkx P t ++= (1.4.1) 考虑粘滞阻尼系统，则振动方程可简化为：()()()200222P t xf x f x mξππ++=(1.4.2)式中0f =为该系统的自振频率，ξ=假设气动力为频率为f 的简谐荷载，即()20i ft Pt F e π=，那么其稳态响应为：()()()202012i ft F kx t e f f i f f πξ=-+⋅ (1.4.3)进一步化简有：()()2i ft x t Ae πψ-= (1.4.4)其中A =，()0202arctan1f f f f ξψ=-，A 为振幅，ψ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：F kA ==(1.4.5)如果不考虑相位关系，静力F 与简谐气动力()P t 将产生一致的幅值响应，则这两种荷载之间存在一种“等效”的关系，那么F 可以称为()Pt 的“等效静力风荷载”。

从上面这个简单的实例可以很清楚的体会到，所谓等效静力风荷载是指这样一种静力荷载，当把它作用于结构上时，其在结构上产生的静力响应（不仅指代位移响应，也包括内力响应等）与外加气动力荷载产生的动力响应最大幅值是完全相等的。

等效荷载法一、等效荷载法概述等效荷载法（Equivalent Load Method）是结构力学中常用的一种分析方法，用于简化结构的复杂载荷情况，将其转化为等效的单一荷载计算。

通过对结构进行合理的等效，能够简化计算过程，提高分析效率，同时保证结果的准确性。

二、等效荷载法的原理等效荷载法的核心思想是将复杂的荷载情况转化为简单的荷载形式，即等效荷载。

通过选择合适的等效荷载形式可将结构的响应转化为求解静力平衡的问题，从而简化计算难度。

2.1 等效荷载方法的分类根据结构响应的特点，等效荷载法可分为静力等效法和动力等效法。

静力等效法适用于结构的响应主要由重力产生的静力作用引起；动力等效法则适用于结构的响应主要由地震、风荷载等动力作用引起。

2.2 等效荷载方法的步骤等效荷载法的应用过程一般包括以下步骤： 1. 分析结构的荷载情况，包括静力荷载和动力荷载。

2. 选择适当的等效荷载形式，将原始荷载转化为等效荷载。

3. 建立结构的静力平衡或动力平衡方程。

4. 解算得出结构的内力、位移等响应。

三、静力等效法静力等效法是等效荷载法中常用的一种方法，适用于结构的荷载情况主要由重力产生的静力作用引起。

3.1 等效荷载的选择静力等效法中常用的等效荷载形式包括：等效均布荷载、等效集中荷载和等效单点力。

等效均布荷载是将原始的集中荷载或不均布荷载转化为作用于整个结构某个范围内的均布荷载。

通过等效均布荷载，可以简化结构的计算过程。

3.1.2 等效集中荷载等效集中荷载是将原始的均布荷载或不均布荷载转化为作用于结构某个点上的单点力。

这种方法常用于某些特殊情况下，例如简支梁的自重。

3.1.3 等效单点力等效单点力是将原始的均布荷载或不均布荷载转化为作用于结构某个点上的单点力。

这种方法常用于某些特殊情况下，例如悬臂梁的自重。

3.2 等效荷载的求解根据结构的静力平衡方程，可以通过等效荷载的选择，建立并求解结构的静力平衡方程，得到结构的内力、位移等响应。

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：W k z s z w0其中W k为垂直于建筑物单位面积上的风荷载标准值z为z高度上的风振系数，取z 1.00z为z高度处的风压高度变化系数s为风荷载体型系数，取s 1.30W o为攀枝花基本风压，取W。

0.40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H 19.8m 30m，高宽比 % 19.%44 1.375 1.5，应采用风振系数z来考虑风压脉动的影响。

该建筑物结构平面为矩形，s 1.30，由《建筑结构荷载规范》第3.7查表得s 0.8 （迎风面）s 0.5 （背风面），风压高度变化系数z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值，再用线性插值法求得所求各楼层高度的z值。

（3）计算各楼层标高处的风荷载z。

攀枝花基本风压取0 ，取②轴横向框架梁，其负荷宽度为7.2m，由W k z s z w0得沿房屋高度分布风荷载标准值。

q z 7.2 0.4 z s z 2.88 z s z，根据各楼层标高处的高度已，查得z代入上式，可得各楼层标高处的q（z）见表。

其中qdz）为迎风面，q2（z）背风面。

风正压力计算：7. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.79 0.8 2.370KN / m6. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.77 0.8 2.306KN / m5. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.8 2.216KN / m4. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.8 2.216KN / m3. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.8 2.216KN / m2. qdz) 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.8 2.216KN / m1. qdz)2.88 z s z 2.88 0.00 1.30 0.74 0.8 0.000KN / m风负压力计算:7. q2⑵288 z s z 2.88 1.00 1.30 0.79 0.5 1.480KN /m6. q2⑵288 z s z 2.88 1.00 1.30 0.77 0.5 1.441KN /m5. q2⑵ 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.5 1.385KN /m4. q2⑵ 2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.5 1.385KN /m3. q2（z）2.88 z s z 2.88 1.00 1.30 0.74 0.5 1.385KN /m2. q 2(z) 2.88 z s z2.88 1.00 1.30 0.74 0.5 1.385KN/m 1. q 2(z) 2.88 z sz2.88 0.00 1.30 0.74 0.50.000KN /m(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 F 6要考虑女儿墙的影响05[(2306 2216)2.306]332.3702306 10 5[八441 1385) 1.441] 331441皿。

浅谈结构设计——风荷载计算城市建筑越做越高,尤其是一线城市.在过去的一年,我们所接触的住宅、公寓、办公楼,几乎没有低于150m的.粗略来讲,结构高度提高,周期变长,地震力减小（想想地震反应谱）；但是,结构迎风面增加,风载加大,如果结构高宽比较大的话,结构横风向风振效应显著增大.此消彼长,超高层建筑基本以风控为主.基于本人的感受,我们工程师普遍对风载的认识要浅于对地震的认识,这当然不是一件好事.这篇文章就以工程师的角度,结合自身实践,谈谈本人对“风荷载”的一些浅薄认识.横风向风振效应《荷规》规定,“建筑高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑、高度超过30m且高宽比大于4的细长圆形构筑物,应考虑横风向风振的影响”.但规范对横风向风振的计算,往往偏大.我们曾对比过几栋超高层塔楼,塔楼高宽比基本在7.0及以上,核心筒高宽比在20.0及以上,主要结论是：1）在顺风向,风洞实验结果与规范差别不大；2）在横风向,风洞实验结果比规范小15%~20%（以最大层间位移角指标为准）.到目前为止,不少专家普遍认为规范计算的结构横风向效应偏大,但究竟偏大多少,由于项目经验不同,众说纷坛,但基本接受10%~15%的区间值.像Arup、TT这样的国际咨询公司,给出的经验值也处于这个区间.地面粗糙度在做设计时,我们其实很少细究场地粗糙度,一般按经验取一个大家都认可、偏保守的粗糙度类别.但如果大家对粗糙度取值有异议,无法统一,该怎么办呢？规范对粗糙度的判别方法,其实是有说明的.《荷规》8.2.1条条文说明：以上统计方法并不复杂,经过一些合理简化,可以比较容易地确定平均高度.操作的难点是拿到拟建房屋2kM范围内的房屋数据.但如果偏保守计算,也可以仅取1km范围的房屋数据,统计总面积时,仍按2kM计算即可.我们曾算过一个距海边873m的一个项目场地,计算结论是,加权高度为6.7m,粗糙度可以按B类.除了国标,《广东省荷载规范》也提供了粗糙度的计算方法.广东省荷规不是以加权高度来划分粗糙度,而是以平面建筑密度和10层以上高层建筑平面面积占总建筑面积比值这两个指标进行划分.其中,B类粗糙度被描述为“有少量稀疏房屋高度到达10m的区域：平面建筑密度小于15%”.这条没有为建筑密度规定下限,其实是一个很大的BUG.根据字面意思,平面建筑密度无穷小,只要有几栋（甚至1栋）超过10m的建筑,粗糙度就可以划分为B类？这与逻辑不符.同样地,国标对B类的定义也有问题,应该给出一个下限值.风洞实验刚性模型风洞实验根据本人目前的理解,我们现在拿到的很多超高层建筑结构风洞实验报告,基本采用刚性模型来测试.即在刚性模型表面密布气孔,采用一定风速施加在模拟场地,然后测量统计各气孔承担的风压力.刚性模型的测试方法并不和结构的动力特性耦合,所以,结构外形不变,仅是动力特性发生变化,并不需要重复做风洞实验,仅需简单的数值换算即可（某次超限会上,专家提到的,具体原理,有待进一步考证）.与刚性模型实验相对,气动弹性模型实验就要复杂得多,但其可以较真实地考虑结构与风的相互作用.相似比在风时程分析时,我们通常采用风洞实验的时程数据.有时需要注意对时程的时间步长进行换算,换算依据即是相似比.对不熟悉此原理的结构工程师,换算过程很容易出错.以下我们提供一个自己的算例,以帮助大家理解整个过程.假定风洞试验的几何缩尺1/400,基本风压为=0.45kN/m2,场地类型为A类时,10m高度处风压高度变化系数=1.283,修正风压为=0.577kN/m2,风速=30.38m/s,顶点位置风速为=45.34m/s.风洞试验中塔楼顶部最高处A类边界层验风速为10.09m/s,即风速缩尺=1/4.5,风压测量采样频率为313Hz,采样时间步长为0.00319s,则时程分析中风时程时间步长为0.283s.敏感系数与重现期《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”.“对风荷载是否敏感,主要与高层建筑的体型、结构体系和自振特性有关,目前尚无实用的划分标准.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”.从这条来看,敏感系数是针对高层建筑的,且主要是和房屋高度有关.《高规》的这条规定简洁明了,具有很好的操作性.与此相对,《荷规》就比较含糊.《荷规》提到,“除超高层,自重较轻的钢木主体结构,也应该考虑敏感系数”.如何提高呢？“适当考虑提高风载重现期来确定基本风压”.按提高重现期的方法考虑敏感系数,很容易和《高规》产生出入.比如,深圳地区,如果按100年的重现期考虑基本风压,应为0.90kPa,但如果是考虑1.1的系数,则为1.1X0.75=0.825kPa.我们看到一些报告,写的是房屋高度超过60m,结构对风荷载敏感,按100年的重现期考虑基本风压,但给出的数却是0.825kPa,这就有问题了,起码和规范对不上.再来解释一下这个1.1是怎么来的.张相庭在《结构风工程理论·规范·实践》一书中曾给出不同重现期风压的换算公式,如按此公式,相对50年重现期的基本风压,100年重现期的放大系数确实为1.1.只是规范在编排过程中,有些调整罢了,即如此,应以规范为准.基本风压、风速、风级有些建筑师、业主会问我们结构工程师,我们设计的这个楼,可以抵抗几级风？我们不少的工程师竟然答不出来.其实这个问题比问我们“某某楼可以抵抗几级地震”更容易解释.那为什么答不出来呢？因为不少人只有基本风压的概念,而没有风速的概念.流体力学中的伯努利公式可以描述基本风压与风速之间的关系,标准空气密度ρ=1.25kg/m³,以深圳为例,50年一遇基本风压0.75kPa,对应的=40=34.64m/s,100年一遇基本风压0.90kPa,对应的=37.94m/s.根据国家标准《热带气旋等级》（GBT19201-2006）：热带低压(TD)：最大风速为10.8～17.1米/秒,底层中心附近最大风力6-7级；热带风暴(TS)：最大风速为17.2～24.4米/秒,风力8-9级；强热带风暴(STS)：最大风速为24.5～32.6米/秒,风力10-11级；台风(TY)：最大风速为32.7～41.4米/秒,风力12-13级；强台风(STY)：最大风速为41.5～50.9米/秒,风力14-15级；超强台风(Super TY)：最大风速为51.0以上米/秒,风力16级或以上.35m/s（对应0.75kPa）的风速相当于台风级别,风力大概在12~13级.看起来好像还不够大,因为我们经历过的超强台风风速都是在50m/s以上,但别忘了,气象预报给出的最大风速和我们规范中统计的最大风速是不同的.气象站测量的风速,“是以正点前2min至正点内的平均风速作为该正点的风速”.而《荷载规范》是以“离地10m高,10min内的平均风速作为统计风速”.如果按《荷载规范》的方法换算,气象预报的50m/s风速是要小于50m/s的.参考最早的《浦福风力等级表》,空旷平地上标准高度10m处的风速为32.7~36.9m/s,即是最高级别12级,被描述为“海上引起14m 高的巨浪,陆上绝少见,摧毁力极大”.我们可以想象一下,这是什么样的风力.结论是,按规范风荷载反算的风速及风级,事实上比想象中大.我们极少听到按规范设计的主体结构,在台风中被刮倒或摧毁的案例.真正在台风中被破坏的多数为附属结构,比如雨蓬、幕墙、阳台、出屋面构架等.风振系数与阵风系数在结构主体计算时,我们采用风振系数,在计算围护结构时,却采用阵风系数,这两者有何区别呢？可能很多工程师并不一定明白.我们把风对结构的作用分为静力的平均风作用以及动力的脉动风作用.静力风压使建筑物产生一定的侧移,而脉动风压使建筑物在该侧移附近左右振动.对高度较大、刚度较小的高层建筑,脉动风压会产生不可忽略的动力效应,在设计中必须考虑.那该如何考虑呢？即在静力风压的基础上乘一个风振系数,以考虑这个动力效应,因此,风振系数有点类似动力放大系数的概念.对围护结构来说,我们需要考虑的是局部风压作用,围护结构的局部刚度一般相对较大,风振影响一般很小可以忽略.围护结构风压计算,直接采用瞬时风压,所以,阵风系数,其实就是瞬时风较平均风的增大系数,即阵风风速与时距10min的平均风速的比值.在高度越高、越开阔平坦的场地,瞬时风与平均风越接近（仅有一个时距的差异）,其阵风系数也越小.这就是规范8.6.1表格变化规律的由来.总的来说,风振系数是把风成份中的脉动风引起的风振效应转换成等效静力荷载所乘的系数.阵风系数是在不考虑风振系数时,考虑到瞬时风比平均风要大所乘的系数.这两者虽然都是针对平均风所采用的增大系数,但概念截然不同.风荷载计算中的其他细部概念,有待大家一起挖掘讨论.以上仅为个人观点,欢迎讨论.。

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]。

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()Pt 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：()()()200222P t x f x f x mξππ++=(1.4.2)式中0f =为该系统的自振频率，ξ=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 π=，那么其稳态响应为：()()()2020012i ft F kx t e f f i f f πξ=-+⋅ (1.4.3)进一步化简有：()()2i ft x t Ae πψ-= (1.4.4)其中A =，()0202arctan1f f f f ξψ=-，A 为振幅，ψ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：F kA ==(1.4.5)如果不考虑相位关系，静力F 与简谐气动力()P t 将产生一致的幅值响应，则这两种荷载之间存在一种“等效”的关系，那么F 可以称为()Pt 的“等效静力风荷载”。

从上面这个简单的实例可以很清楚的体会到，所谓等效静力风荷载是指这样一种静力荷载，当把它作用于结构上时，其在结构上产生的静力响应（不仅指代位移响应，也包括内力响应等）与外加气动力荷载产生的动力响应最大幅值是完全相等的。

峰值风压等效静风荷载概述说明以及解释1. 引言1.1 概述本文旨在深入探讨峰值风压和等效静风荷载的概念、计算方法、应用范围以及两者之间的关系。

在工程领域中，针对建筑物和结构的设计与评估，风力是必须考虑的重要因素之一。

了解峰值风压和等效静风荷载对于准确预测结构物在高风速环境下的性能至关重要。

1.2 文章结构本文共分为五个部分展开讨论，除引言外还包括：峰值风压、等效静风荷载、解释峰值风压和等效静风荷载的关系以及总结与建议。

这样的结构有助于系统化地介绍相关概念并提供深入理解。

1.3 目的本文旨在全面了解峰值风压和等效静风荷载，并阐明它们在工程实践中的意义。

通过对其定义、原理、影响因素以及计算方法进行详细说明，可以帮助读者更好地理解并应用于实际工程中。

此外，通过展示工程实例分析和数值模拟研究结果的对比，我们将探讨峰值风压和等效静风荷载之间的关联性，并提出结论与讨论。

以上即是本文引言部分的详细内容。

2. 峰值风压:2.1 定义与原理:峰值风压是指在一定时间内，风对建筑物或结构物表面单位面积上的最大压力。

它是描述风载作用强度的重要参数之一。

峰值风压的计算通常基于气象条件、建筑物形状和暴露程度等因素。

根据流体力学原理，当气流与建筑物表面相互作用时，由于空气速度和路径发生变化，就会产生气流动态压力。

根据伯努利方程，动态压力与速度平方成正比，并且在高速气流下产生较大的影响。

因此，在某些情况下，动态压力可以远远超过静态压力。

2.2 影响因素:峰值风压受多种因素影响，包括以下几个主要方面：1. 风速: 风速越大，则对建筑物造成的风荷载也更大。

2. 建筑形状: 基于不同的建筑形状（例如矩形、圆形等），所受到的峰值风压分布方式可能会有所不同。

3. 暴露度: 建筑物所处的环境暴露度对峰值风压也有重要影响。

例如，在高楼周围的地形复杂性或周边建筑物的遮挡下，峰值风压可能会发生变化。

4. 地面粗糙度: 地表的粗糙度会影响风场流动和风速分布，从而影响峰值风压。

风荷载功率谱是用来描述建筑结构受到的风力作用在频域上的分布情况。

具体来说，风荷载功率谱是一个表征建筑物受风激励时各频率成分能量分布的数学模型。

这个谱通常用于计算建筑物在风荷载作用下的动力响应，是结构风工程分析中的一个重要工具。

以下是一些关于风荷载功率谱的关键信息：
1. 等效静风荷载：通过求最大位移响应再乘以刚度矩阵得出，而风振加速度是对位移响应求两次导数得到。

2. 无量纲横风向广义风力功率谱：可以根据建筑物的深宽比和折算频率确定。

折算频率是结构横风向第1阶振型的频率与建筑宽度和风速的比值。

3. 规范图表：在设计规范中，通常会提供基于不同参数的风荷载功率谱图表，供设计师根据具体情况查表确定。

4. 编程计算：使用编程语言如Matlab可以绘制等值线图，以验证和精确计算风荷载功率谱的值。

5. 构造风荷载功率谱密度矩阵：结合风荷载功率谱和相干函数，可以构造出风荷载功率谱密度矩阵，进而计算出高层建筑结构的响应和等效风荷载。

综上所述，风荷载功率谱是高层建筑设计中不可或缺的一个环节，它帮助工程师评估建筑物在风作用下的动态性能，并确保结构的安全性和稳定性。