第三章 风荷载
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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。
第三章建筑结构荷载《建筑结构荷载规范》GB50009-2001一荷载分类1、永久荷载:结构自重、土压力、预应力2、可变荷载:楼面活荷载、屋面活荷载、积灰荷载、吊车荷载、风荷载、雪荷载、地震荷载3、偶然荷载:爆炸力、撞击力例:工业厂房屋盖自重荷载:防水层(八层作法)标准值0.35kN/m2(沿屋面坡向)找平层(2cm厚水泥砂浆)标准值0.40kN/m2(沿屋面坡向)保温层(10cm沥青珍珠岩)标准值0.30 kN/m2(沿屋面坡向)预应力钢筋混凝土大型屋面板标准值1.40 kN/m2(沿屋面坡向)屋架自重(包括支撑)标准值0.45 kN/m2(沿水平面)例:工业厂房屋盖活荷载:使用荷载标准值0.70 kN/m2(沿水平面)雪荷载标准值0.45 kN/m2(沿水平面)例:常用材料自重(kN/m3):钢-78.5;钢筋混凝土-25;普通砖-18;焦渣空心砖-10;瓷砖-19.8;木材-4~9;水泥-16;水泥砂浆-20二荷载代表值1、永久荷载采用标准值作为代表值;2、活荷载采用标准值、组合值、频遇值、准永久值作为代表值;3、偶然荷载应按建筑结构使用的特点确定代表值三 荷载效应组合1、对于承载能力极限状态:包括基本组合、偶然组合;设计表达式:R S ≤0γ其中:0γ-结构重要性系数;1.1、1.0、0.9S -荷载效应组合的设计值; R -结构构件抗力的设计值;◎基本组合由可变荷载效应控制的组合∑=++=ni Qikci Qi k Q Q Gk G S S S S 211ϕγγγ式中:Gγ-永久荷载的分项系数;Qi γ-第i 个可变荷载的分项系数;S Gk -按永久荷载G k 计算的荷载效应值; S Qik -按可变荷载Q ik 计算的荷载效应值;ci ϕ-可变荷载Q i 的组合值系数由永久荷载效应控制的组合∑=+=ni Qikci Qi Gk G S S S 1ϕγγ注:1.基本组合中的设计值仅用于荷载与荷载效应为线性的情况;2.当对S Q1k 无法明显判断时,轮次以可变荷载效应为S Q1k ,取最不利荷载组合效应;3.当考虑以竖向的永久荷载效应控制的组合时,参与组合的可变荷载仅限于竖向荷载对一般的排架、框架结构,基本组合可采用简化规则:对可变荷载效应控制的组合:取下列两式的不利值kQ Q Gk G S S S 11γγ+= ∑=+=ni QikQi Gk G S S S 19.0γγ对永久荷载效应控制的组合不变 基本组合的荷载分项系数按下列规定采用永久荷载分项系数:当其效应对结构不利时:对由可变荷载效应控制的组合取1.2;对永久荷载效应控制的组合取1.35当其效应对结构有利时:一般情况下取1.0;对结构的倾覆、滑移或漂浮验算时取0.9 可变荷载的分项系数:一般情况下取1.4;对标准值大于4kN/m 2的工业房屋楼面结构的活荷载取1.3偶然组合偶然荷载的代表值不乘分项系数,按有关规定进行。
第3章风荷载wind load1997年第11号台风近中心最大风速54m/s,远远超过12级风36.9m/s的风速,8级以上大风风圈半径5003.1 风的有关知识3.1.1风的形成由于地球表面各处的温度、气压变化,气流就会从压力高处向压力低处运动,把热量从热带向两极输送,因此形成不同方向的风,并伴随不同的气象变化。
台风Typhoon夏季,当东北风和西南风在热带海洋上交汇,就会形成一个小的漩涡,这个漩涡形成后,不断吸收热带地区海洋的大气热量,形成热带气旋。
它一边吸收水蒸气,一边飞速地旋转,强度也不断加强,形成热带风暴、强热带风暴乃至台风。
多个台风生成,台风一般生成在热带洋面上,它属于热带气旋的一个种类。
季风seasonal wind主要是因海陆间热力环流的季节变化。
夏季大陆增热比海洋剧烈,气压随高度变化慢于海洋上空,所以到一定高度,就产生从大陆指向海洋的水平气压梯度,空气由大陆指向海洋,海洋上形成高压,大陆形成低压,空气从海洋海向大陆,形成了与高空方向相反气流,构成了夏季的季风环流。
冬季大陆迅速冷却,海洋上温度比陆地要高,因此大陆为高压,海洋上为低压,低层气流由大陆流向海洋,高层气流由海洋流向大陆,形成冬季的风力等级风力等级名称海面大概的波高(米)海面和渔船征象陆上地物征象相当于平地十米高处的风速(米/秒)一般最高范围中数0无风--海面平静静、烟直上0.0-0.201软风0.10.1微波鱼磷状,没有浪花.一般渔船正好能使舵.烟能表示风向,树叶略有摇动。
0.3-1.512轻风0.20.3小波,波长尚短,但波形显著,波峰光亮但不破裂.人面感觉有风,树叶微响,旗子开始飘动。
1.6-3.323微风0.6 1.0小波加大,波峰开始破裂;浪沫光亮,有时有散见的白浪花树叶及小枝摇动不息,旗子展开,高的草摇动不息。
3.4-5.444和风 1.0 1.5小浪,波长变长;白浪成群出现.能吹起地面灰尘和纸张,树枝摇动,高的草呈波浪起伏5.5-7.975清劲风 2.0 2.5中浪,具有较显著的长波形状;许多白浪形成.有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波,高的草波浪起伏明显8.0-10.796强风 3.0 4.0轻度大浪开始形成,到处都有更大的白沫峰.有时有飞沫.大树枝摇动,电线呼呼有声,高的草不时倾伏于地.10.8-13.8127疾风 4.0 5.5轻度大浪,碎浪而成白浪沫沿风向呈条状全树摇动,大树枝弯下来,迎风步行感觉不便.13.9-17.1168大风 5.57.5有中度的大浪,波长较长,波峰边缘开始破碎成飞沫片.可折毁小树枝,人迎风前行感觉阻力甚大.17.2-20.7199烈风7.010.0狂浪,沿风向白沫呈浓密的条带状,波峰开始翻滚.草房遭受破坏,屋瓦被掀起,大树枝可折断.20.8-24.42310狂风9.012.5狂涛,波峰长而翻卷;白沫成片出现,整个海面呈白色.树木可被吹倒,一般建造物遭破坏.24.5-28.42611暴风11.516.0异常狂涛,海面完全被白沫片所掩盖,波浪到处破成泡沫.大树可被吹倒,一般建造物遭严重破坏.28.5-32.63112飓风14.0-空中充满了白色的浪花和飞沫,海面完全变白.陆地少见,其摧毁力很大.>32.6333.2 风压(1)风压:气流遇到建筑物的阻碍产生压力气幕,即风压。