风压高度变化系数

风荷载：

风荷载(wind load )空气流动对工程结构所产生的压力。其 大小与风速的平方成正比，即

式中p为空气质量密度,va和vb分别为风法结构表面前与结构 表面后的风速。

基本含义：

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LB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。雷暴大风可能弓I起小范围内的风 灾事故。

计算公式：

垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算:

1当计算主要承重结构时，按式:wk=pzps|jzWo

式中wk—风荷载标准值(kN/m2);

pz—高度z处的风振系数;

ps—风荷载体型系数;

pz—风压高度变化系数；

Wo—基本风压(kN/m2)o

2当计算围护结构时，按式:wk=pgzpslpzWo 式中pgz—高度z处的阵风系数;

psi ••风荷载局部体型系数。

风荷载参数：

基本风压

中国规定的基本风压wO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 （—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w0=pv2/2确定。式中p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At 内将风速分解为两部分:—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， —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》附录 D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于 0.3kN/m2o

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影响（参见附录D）o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；也可按本规范附录D中全国基本 风压分布图（附图D.5.3）近似确定。

风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4和

0。

平均时距

按风速记录为确定最大平均风速而规定的时间间隔（图1）。规 定的时距愈短，所得的最大平均风速愈大,也即基本风压愈大。当前 世界各国所采用的平均时距标准并不一致，例如，中国时距取10分 钟,苏联取2分钟，英国根据建筑物或构件的尺寸不同，分别取3秒、 5秒和15秒，日本取瞬时。美国以风程1609.3米（1英里）作为确 定平均风速的标准，这相当于对不同风速取不同的平均时距。因而各 国基本风压值的标准也有差别O

风压高度变化系数

从某一高度的已知风压（如高度为10米的基本风压），推算另 —任意高度风压的系数。风压高度变化系数随离地面高度增加而增 大,其变化规律与地面粗糙度及风速廓线直接有关。设计工程结构时 应在不同高度处取用对应高度的风压值。 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙

度类别按表8.2.1确定。

地面粗糙度可分为A、B、C、D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 和城市郊区;

——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。

822对于山区的建筑物，风压高度变化系数可按平坦地面的粗 糙度类别，由表8.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数 n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:

式中tg a—山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当tg a>0.3时, 取 tg

a=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=2.5Ho

对于山峰和山坡的其他部位，可按图8.2.2所示，取A、C处的 修正系数r|A、r|C为lz AB间和BC间的修正系数按q的线性插 值确定。

2山间盆地、谷地等闭塞地形r|=0.75~0.85 ;

对于与风向一致的谷口、山口 n = 1.20-1.50o

8.2.3对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系 数可按A类粗糙度类别，由表821确定外，还应考虑表&2.3中 给出的修正系数。

地面粗糙度

地面因障碍物形成影响风速的粗糙程度。风（气流）在接近地面

运动时，受到树木、房屋等障碍物的摩擦影响，消耗了一部分动能， 使风速逐渐降低。这种影响一般用地面粗糙度衡量。地面粗糙度愈大, 同一高度处的风速减弱愈显著。一般地面粗糙度可由小而大列为水 面、沙漠、空旷平原、灌木、村、镇、丘陵、森林、大城市等几类。

风速廓线

风速随高度的变化曲线（图2）o风速通常随离地面高度增大而增 加。增加程度主要与地面粗糙度和温度梯度有关。达到一定高度后” 地面的摩擦影响可忽略不计，该高度称为梯度风高度。梯度风高度随 地面粗糙度而异,一般约为300 ~ 500米。梯度风高度以内的风速廓

线一般可用指数曲线表示。

风载体型系数

也称空气动力系数,它是风在工程结构表面形成的压力（或吸力）

与按来流风速算出的理论风压的比值。它反映出稳定风压在工程结构 及建筑物表面上的分布，并随建筑物形状、尺度、围护和屏蔽状况以 及气流方向等而异。对尺度很大的工程结构及建筑物，有可能并非全 部迎风面同时承受最大风压。对一个建筑物而言，从风载体型系数得 到的反映是:迎风面为压力；背风面及顺风向的侧面为吸力；顶面则 随坡角大小可能为压力或吸力。

8.3.1房屋和构筑物的风载体型系数，可按下列规定采用：

1房屋和构筑物与表8.3.1中的体型类同时，可按该表的规定采

用；

2房屋和构筑物与表8.3.1中的体型不同时，可参考有关资料采

用；

3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，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，应由风洞试验确定。

8.3.2当多个建筑物，特别是群集的高层建筑,相互间距较近时，

宜考虑风力相互干扰的群体效应；—般可将单独建筑物的体型系数 MS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得出。

8.3.3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：

一、外表面 1正压区按表8.3.1采用;

2负压区

・对墙面，取・1.0 ;

・对墙角边，取・1・8 ;

•对屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10。的屋脊部位），取 -2.2;

•对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取・2.0。

注:对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房 屋平均高度的0.4 ,取其小者，但不小于1.5mo

内表面

对封闭式建筑物，按外表面风压的正负情况取・0.2或0.2。

风振

风的脉动部分对高耸结构所引起的动态作用。一般结构对风力的

动态作用并不敏感，可仅考虑静态作用。但对于高耸结构（如塔架、 烟囱、水塔）和高层建筑，除考虑静态作用外，还需考虑动态作用。 动态作用与结构自振周期、结构振型，结构阻尼结构高度等因素有 关，可将脉动风压假定为各态历经随机过程按随机振动理论的基本原 理导出。为方便起见，动态作用常用等效静态放大系数，即风振系数 的方式与静态作用一并考虑。

841对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，如房屋、 屋盖及各种高耸结构，以及对于高度大于30m且高宽比大于1.5的 高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。风振 计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。

注:近似的基本自振周期T1可按附录E计算。

8.4.2对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构, 以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑, 均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式(8.1.1-1)通过风 振系数来计算，结构在z高度处的风振系数pz可按下式计算：

式中E-脉动增大系数；

u—脉动影响系数；

—振型系数；

|JZ—风压局度变化系数。

8.4.3脉动增大系数，可按表8.4.3确定。

注：计算时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而 对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、0.62 和0.32后代入。

8.4.4脉动影响系数，可按下列情况分别确定。

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，脉动系数可按表8.4.4-1确定。

当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，表8.4.4-1中的脉动影响系数应再乘 以修正系数BB和氐。6B应为构筑物迎风面在z高度处的宽度Bz 与底部宽度B0的比值;0v可按表8.4.4-2确定。

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的情 况（如高层建筑等）:若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根

据总高度H及其与迎风面宽度B的比值，按表844・3确定。

845振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度 沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度t匕较均匀的高层 建筑,振型系数也可根据相对高度z/H按附录F确定。

8.5.1对矩形截面高层建筑当满足下列条件时，确定其横风向风 振等效风荷载:

1建筑的平面形状和质量在整个高度范围内基本相同；

2高宽比HpBD在4~8之间，深宽比D/B在o. 5~2之

间，其中B为结构的迎风面宽度.D为结构平面的进深（顺 风向尺寸）;间，其中B为结构的迎风面宽度.D为结构平面的进深（顺 风向尺寸）；

3 vHTu 〃0运10. Tu为结构横风向第1阶自振周期，均 为结构顶部风速。

8.6.1对圆形截面的结构，应根据雷诺数Re的不同情况按下述 规定进行横风向风振（旋涡脱落）的校核：

1当Re<3xl0时（亚临界的微风共振），应按下式控制结构顶部

风速uH不超过临界风速ucr, ucr和uH可按下列公式确定： 式中T1—4吉构基本自振周期;

St—斯脱罗哈数，对圆截面结构取0.2 ;