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第5章 结构抗风设计

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第5章 结构抗风设计

5.1 结构抗风设计基本流程

抗风设计的目的在于保证结构能满足安全性、使用性和耐久性三方面的要求，不出现破

坏、疲劳和舒适等方面的问题，具体内容如下：

1. 防止结构或其构件受到过大的风力而产生破坏或出现失稳；

2. 防止结构或其构件产生过大的挠度和变形；

3. 防止由风振作用导致结构或其构件出现疲劳破坏；

4. 防止结构出现气动弹性失稳；

5. 防止围护构件的破坏；

6. 防止由于过大的振动导致建筑物使用者的不舒适感。

以下即结合2012规范，介绍工程抗风设计的主要流程和研究内容。图5-1给出结构抗

风设计的基本流程，设计的主要依据是荷载规范的相关内容。结构抗风设计分为主体结构和

围护结构的设计，主体结构抗风设计应确定结构主承重构件在一定负载面积上的最大风荷

载，其数值及分布与风向有关，通常给出最不利风向下的荷载；围护结构抗风设计则应针对

建筑外表面不同位置给出所有风向下的最大风荷载，因其负载面积小使用局部风压。结构在

风荷载作用下，不但受平均风荷载的静力作用，同时还有脉动风荷载的动力作用，不同结构

型式的风致动力响应特性不同，对于主体结构风荷载标准值包含平均风荷载和由脉动风引起

结构风振的等效风荷载两部分，等效风荷载在2012规范中是通过风振系数来表示的，具体

内容参见5.1.2；对于围护结构由于其刚度一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，

可仅在平均风荷载的基础上，近似考虑脉动风瞬时的放大因素，通过阵风系数来计算，具体

内容参见5.1.3。

结构基本信息结构类型、外形、动力特性等建造地风场基本信息基本风压、地貌类型、是否存在特殊地形等

依据荷载规范、风洞试验或相关资料主体结构抗风设计围护结构抗风设计

结构是否需要考虑风振

确定体型系数

平均风荷载动力效应

等效风荷载确定局部体型系数阵风系数

围护结构设计风荷载

主体结构设计风荷载顺风向、横风向、扭转风振静力效应

是

图5-1 结构抗风设计的基本流程

5.1.1 风场基本信息

5.1.1.1 基本风压

基本风压w0是由基本风速通过伯努利方程（即式错误！未找到引用源。）来确定的，基

本风速请参看第2章2.2.2节内容。2012规范规定全国各个城市的基本风压按2012规范附

录E表E.5中给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.30kN/m2。对于高层建筑、高耸

结构以及其他风敏感性结构风荷载很重要，计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因

此基本风压应适当提高。如何提高基本风压值，仍可由各结构设计规范和规程，根据结构的

自身特点作出规定，没有规定的可以考虑适当提高其重现期来确定，即可以采用100年一遇

的基本风压。

2012规范附表E.5中提供的50年重现期的基本风压值是根据全国672个地点的基本气

象台(站)的最大风速资料，按2012规范附录E规定的方法经统计和换算得到的风压。

图5-2给出了我国各个地区的基本风压分布图。由图可知，我国东南沿海地区（如浙江

省和福建省等）、南部局部地区（如广东省和海南省等）和新疆局部地区的基本风压较大，

有的超过0.9kN/m2，是台风的重灾区。此外，当城市或建设地点的基本风压值在图5-2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，采用极值Ⅰ型的概率

分布函数通过统计分析确定，分析时应考虑样本数量的影响。当地没有风速资料时，可根据

附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可按图5-2

近似确定。

图5-2 我国各地区的基本风压分布图（单位：kN/m2）

5.1.1.2 风压高度变化系数

风压高度变化系数μz考虑了地面粗糙程度、地形和离地高度对风荷载的影响。2012规

范将风压高度变化系数μz定义为任意地貌任意高度处的平均风压与B类地貌10m高度处的

基本风压之比，即：

2

200()()2()2aazwzUzzwU (5-1)

将式错误！未找到引用源。代入式(5-1)，并将0GZ=350m，0z=10m，0=0.15代入得：

02220

0()()()=2.905()GzGaGaZzzzZzZ (5-2)

根据不同的和ZGa，可得到不同地貌下的风压高度变化系数分别为： 0.24

0.30

0.44

0.60()1.28410

()1.00010

()0.54410

()0.26210Az

Bz

Cz

Dzzz

zz

zz

zz

 (5-3)

为了便于应用，将上式制成表格形式，如表5-1所示。

表5-1 风压高度变化系数μz

离地面或海

平面高度（m） 地面粗糙度类别

A B C D

5 1.09 1.00 0.65 0.51

10 1.28 1.00 0.65 0.51

15 1.42 1.13 0.65 0.51

20 1.52 1.23 0.74 0.51

30 1.67 1.39 0.88 0.51

40 1.79 1.52 1.00 0.60

50 1.89 1.62 1.10 0.69

60 1.97 1.71 1.20 0.77

70 2.05 1.79 1.28 0.84

80 2.11 1.87 1.36 0.91

90 2.18 1.93 1.43 0.98

100 2.23 2.00 1.50 1.04

150 2.46 2.25 1.79 1.33

200 2.64 2.46 2.03 1.58

250 2.78 2.63 2.24 1.81

300 2.91 2.77 2.43 2.02

350 2.91 2.91 2.60 2.22

400 2.91 2.91 2.76 2.40

450 2.91 2.91 2.91 2.58

500 2.91 2.91 2.91 2.74

≥550 2.91 2.91 2.91 2.91

5.1.1.3 特殊地形处理

值得说明的是表5-1只适用于平坦或稍有起伏的地形。对于山区地形、远海海面和海岛

的建筑物或构筑物，风压高度变化系数μz除按表5-1确定外，还应乘以地形修正系数η。

1）对于山峰和山坡（如图5-3所示），其顶部B处的地形修正系数可按如下公式确定： 2112.5BztgH (5-4)

式中，tgα为山峰或山坡在迎风面一侧的坡度，当tgα>0.3时，取tgα=0.3；对山峰，系数κ

取2.2，对山坡κ取1.4；H为山顶或山坡全高（m）；z为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。

图5-3山峰和山坡的示意

对于山峰和山坡的其他部位，取A、C处的修正系数ηA、ηC为1，AB间和BC间的修

正系数η按线性插值确定。

对于山间盆地、谷地等闭塞地形，η=0.75~0.85；

对于与风向一致的谷口、山口，η=1.20~1.50；

2）对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系数μz可按A类地面粗糙度

类别，由表5-1确定外，还应考虑表5-2中给出的修正系数η。

表5-2 远海海面和海岛的修正系数η 距海岸距离（km） η

<40 1.0

40~60 1.0~1.1

60~100 1.1~1.2

5.1.2 主体结构抗风设计

对于主要受力结构，采用平均风压乘以风振系数的表达形式，风荷载标准值的计算公式

如下：

sz0=kzww (5-5)

式中，wk——风荷载标准值（kN/m2）；

βz——z高度处的风振系数，βz反映了脉动风荷载对结构产生的动力放大作用；

μs——风荷载体型系数；

μz——z高度处的风压高度变化系数；

w0——基本风压（kN/m2）。

上式中涉及以下几个关键参数：基本风压、风压高度变化系数、风荷载体型系数和风振

系数，基本风压和风压高度变化系数已在前面做了介绍，下面将介绍风荷载体型系数和风振系数。

5.1.2.1 风荷载体型系数

建筑物上某点的风荷载体型系数μsi是指风作用在其表面上所引起的实际压力（或吸力）

wi与来流风的速度压ρUi2/2的比值，即：

22isiiw

U (5-6)

式中，Ui为测点高度的平均风速。

由于大气边界层中建筑物的风压分布是不均匀的，因此，在实际工程中，通常采用整个

表面上所有测点的风荷载体型系数的面积加权平均值来表示整体体型系数μs，即：

siiisA

A



(5-7)

μs描述的是建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和

尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。由于它涉及到固体与流体相互作用的流体动力

学问题，对于形状不规则的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由风洞

试验确定。有关风洞试验方法和技术的内容将在本书第6章中进行介绍。

2012规范根据国内外的试验资料和国外规范中的建议性规定整理并列出了39项不同类

型的建筑物和各类结构的体型及风荷载体型系数，如2012规范中的表8.3.1所示。同时，2012

规范还规定：

1）当房屋和构筑物与表8.3.1中的体型类同时，其风荷载体型系数可按该表中规定采用；

2）当房屋和构筑物与表8.3.1中的体型不同时，其风荷载体型系数可参考有关资料采用；

3）当房屋和构筑物与表8.3.1中的体型不同且无参考资料可以借鉴时，其风荷载体型系

数宜由风洞试验确定；

4）对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，其风荷载体型系数应由风洞试验确定。

值得说明的是，随着计算机硬件的发展和数值计算方法的进步，计算流体动力学

（computational fluid dynamics，CFD）方法得到了迅速的发展，并逐渐被广泛用于研究大气

边界层中的钝体绕流问题，而且也获得了一些规律性的结果甚至是定量的结果，这也为风荷

载体型系数的确定提供了另一种手段。有关CFD方法和土木工程结构风荷载数值预测的相

关内容将在本书第7章中进行介绍。

社会城市化的发展使得密集型高层建筑群成为现代都市的重要标志之一。由于相邻高层

建筑之间的流场相互干扰，受扰建筑和施扰建筑所受的风荷载大小和风致响应与其单独存在

时相比有了较大的变化。因此，基于国内大量的风洞试验研究成果，2012规范做了如下规

定：

当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距离较近时，宜考虑风力相互干扰的群

体效应。一般可将单独建筑物的风荷载体型系数μs乘以基于基底弯矩的相互干扰系数来描

述干扰所引起的静力和动力干扰作用。相互干扰系数定义为受扰后的结构风荷载和单体结构

风荷载的比值，其取值为：

1）单个施扰建筑，建筑平面为矩形且高度相近时，根据施扰建筑的位置，对顺风向风

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混凝土结构的抗风设计

混凝土结构的抗风设计

混凝土结构的抗风设计

一、前言

混凝土结构的抗风设计是现代建筑工程设计中非常重要的一部分，特别是在一些地区经常受到自然灾害的影响，如台风、龙卷风、飓风、地震等等，因此对混凝土结构的抗风能力的要求也越来越高。本文将从混凝土结构的抗风设计的基本原理、设计规范和方法、设计计算、施工和监理等方面进行详细的阐述，希望能对工程师们在实际工作中的抗风设计提供有帮助的参考。

二、混凝土结构的抗风设计基本原理

混凝土结构的抗风设计的基本原理是通过分析建筑物受到风荷载的作用，确定建筑物的抗风能力，然后根据设计规范和方法，确定建筑物的结构形式、构造和尺寸，从而保证建筑物在风力作用下的安全性和稳定性。

具体来说，混凝土结构的抗风设计应该考虑以下几个方面：

1.建筑物的地理位置和环境条件：包括建筑物所处的地理位置、地形条件、气候条件、周边环境等等。

2.建筑物的结构形式：包括建筑物的平面形式、高度、开间、跨度等等。

3.建筑物的结构构造：包括建筑物的柱、梁、墙、板、框架等构件的强度、刚度、稳定性等等。

4.建筑物的风荷载：包括建筑物所受到的静风荷载、动风荷载、压力系数、风速、风向、气压等等。

5.建筑物的抗风能力：包括建筑物的抗倾覆能力、抗倒塌能力、抗风振能力等等。

三、混凝土结构的抗风设计规范和方法

混凝土结构的抗风设计需要遵循一定的规范和方法，以保证设计的安全性和可靠性。目前国内外已有许多抗风设计规范和方法，其中比较有代表性的有：中国建筑标准设计规范《建筑抗风设计规范》（GB

50009-2012）、美国建筑师协会规范《ASCE 7-10 Minimum

Design Loads for Buildings and Other Structures》等等。

具体来说，混凝土结构的抗风设计应该遵循以下几个规范和方法：

1.建筑抗风设计规范：该规范是我国建筑抗风设计的基本规范，其中包括了建筑物的风荷载计算、抗风设计的基本要求、抗风设计的计算方法、抗风结构构造的设计等等。

《飞行器结构设计》课后答案第5章

《飞行器结构设计》课后答案第5章

第五章 习 题

1、 由书中所给的飞机重量与过载系数等数据，可以认为：相对载荷较大，相对厚度较小。因此，宜选用单块式（monolithic）结构布局，布置如下图：

关于结构布局的说明：

① 选用三根梁纵向布置（根肋处为固支点），前、后梁都要连接前后缘的襟副翼，如中间梁高度较低，可适当的弱（截面尺寸小），但在开口段要加强；

② 普通长桁在两个单闭室内等百分线布置（避免长桁装配弯曲）；

③ 横向肋顺气流布置(因后缘后掠角小,不会引起变长而增重)。选用5根加强肋，见图示标号；这5个肋的位置需处于前后缘活动翼面的连接挂点位置，并兼顾开口位置（一物多用原则）；

④ 普通肋适当间距布置，视对蒙皮稳定性的支撑作用来确定；再两个参与区内，普通长桁的截面积逐渐减小到零。

5、

解释：1）发动机推力接头做成耳片型，使集中力分散； I

II

III

IV

V

A

B

C

D

P

T

航向

2）两个短梁间要连接腹板或直接连接在机身蒙皮长，A、B框端要有立柱，并与两框连接。

传力分析：

1） 发动机推力P作用于上短梁，并由梁腹板提供剪流，使腹板受剪，而不能使端框受弯；由P力形成的弯矩，通过立柱变成已对剪力作用与两框平面内，再由机身蒙皮向前传递到A框。

2） 减速板的力T, 通过增加一个与两短梁连接的三角桁架传递给短梁（该三角桁架是静定的，故力T只会通过1根杆传给C点），再由腹板受剪平衡，并传给立柱，作用于框平面内，最终由机身蒙皮提供剪流向前传到A框。

2、

解：通过机翼短梁传给机身接头剪

力Q及弯矩M。弯矩的分量MZ

需要布置侧边加强板，如加强板

布置在I－II框间，受力如下图：

如加强板布置在II－III框间，受力如下图： 由两加强板的平衡图看，显然布

置在II－III框间，减轻了框II

第5章循环结构程序设计

第5章循环结构程序设计

第5章 循环结构程序设计

通过本章实验作业应达目标

1．熟悉while、for、do_while、break、continue语句的作用与使用规范，能使用while语句、for语句、do_while语句实现循环结构；

2．掌握循环结构和选择结构之间嵌套、多重循环间嵌套的设计方法。

3．进行算法设计训练，能综合所学控制结构语句解决一般问题。

本章必须上交作业

程序5_1.c、5_2.c、5_3.c、5_5.c、5_6.c、5_7.c、5_8.c、5_11.c上传至http://121.251.227.27:8080/c

1．循环设计

循环是在循环条件为真时重复执行一组循环体语句的控制结构，是计算机解题的一个基本结构。循环控制有两种基本方法：计数法和标志法。

（1）计数器控制的循环

事先准确地知道循环次数，因此设计一个循环控制变量，由变量值来控制循环次数。每循环一次，循环变量的值会递增（增值通常为1或-1），当其值达到终值时结束循环。

（2）标志控制的循环

事先不知道准确的循环次数，由某一目标值标记循环的结束。如，例3-23中以变量sum的值达到标记值1000作为循环的结束，例3-24中就是以键盘输入一个负数为标记结束循环。

2．基本算法

程序设计的首要工作是算法设计，离开了算法也就没有了程序。算法，是指完成某一项工作而采取的方法和步骤，具体到程序设计，是对解题过程的准确而完整的描述，并用一种程序设计语言的来实现。

循环主要用来解决程序设计中两类基本的算法：穷举和迭代。

1. 穷举算法

穷举的基本思想是对问题的所有可能状态一一测试，直到找到解或将全部可能状态都测试过为止。穷举是一种重复型算法，其核心是设计循环，在循环体中依次测试。

例1 输入两个正整数x和y，求其最大公约数。

#include

void main()

{

int x,y,i,flag;

flag=1; /*flag是标志变量，当其值为0时表示已找到公约数*/

混凝土结构抗风设计在高层建筑中的应用

混凝土结构抗风设计在高层建筑中的应用

混凝土结构抗风设计在高层建筑中的应用

一、前言

在高层建筑中，抗风设计是极其重要的一环，因为高层建筑容易受到风的影响，如果抗风设计不合理，就会造成安全事故。混凝土结构作为高层建筑最主要的结构形式之一，其抗风设计也是非常重要的一环。本文将详细介绍混凝土结构抗风设计在高层建筑中的应用。

二、混凝土结构抗风设计的基本原理

混凝土结构抗风设计的基本原理是通过设计结构的形状、刚度和强度来抵抗风压力。在设计结构形状时，需要考虑结构的空气动力学性能，即结构对风的响应特性。在设计结构的刚度时，需要考虑结构的自振周期，即结构在风作用下的振动频率。在设计结构的强度时，需要考虑结构的抗弯和抗剪能力，以及结构的局部稳定性。

三、混凝土结构抗风设计的应用

1.结构形状的设计

混凝土结构的形状对其抗风能力有着非常重要的影响。一般来说，高层建筑的结构形状应该尽量规则，以减小风的作用面积。此外，对于高层建筑的一些特殊部位，如角部、拐角处等，应该采用圆弧形状，以减小风的作用力。此外，结构的楼面高度和柱网跨径也应该根据结构的自振周期进行设计，以减小结构的共振现象。

2.结构刚度的设计

混凝土结构的刚度对其抗风能力也有着非常重要的影响。一般来说，混凝土结构的刚度应该尽量大，以减小结构的变形和振动。此外，结构的刚度应该尽量均匀，以避免结构的局部变形和破坏。为了增加混凝土结构的刚度，可以采用增加梁、柱的截面尺寸，增加钢筋数量等方法。

3.结构强度的设计

混凝土结构的强度对其抗风能力也有着非常重要的影响。一般来说，混凝土结构的强度应该尽量大，以承受风的作用力。此外，结构的抗弯和抗剪能力也应该尽量大，以避免结构的破坏。为了增加混凝土结构的强度，可以采用增加混凝土的强度等方法。

四、混凝土结构抗风设计的案例分析

1.上海环球金融中心

上海环球金融中心是一座高达632米的超高层建筑，是目前中国第一高、世界第三高的建筑。该建筑采用了混凝土结构，其抗风设计非常重要。在设计结构形状时，该建筑采用了圆柱形状，以减小风的作用面积。在设计结构刚度时，该建筑采用了悬臂结构，以增加结构的刚度。在设计结构强度时，该建筑采用了高强混凝土和高强度钢筋，以承受风的作用力。