荷載與結(jié)構(gòu)設(shè)計方法：第5講風(fēng)荷載（一）

1、第四章 風(fēng)荷載第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識一、風(fēng)的形成一、風(fēng)的形成l風(fēng)是空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成的風(fēng)是空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成的二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)l臺風(fēng)臺風(fēng) 弱的熱帶氣旋弱的熱帶氣旋 引入暖濕空氣引入暖濕空氣 在漩渦內(nèi)部產(chǎn)在漩渦內(nèi)部產(chǎn) 生上升和對流運動生上升和對流運動 加強漩渦加強漩渦 臺風(fēng)臺風(fēng)l季風(fēng)季風(fēng) 冬季：大陸冷，海洋暖，風(fēng)從大陸到海洋冬季：大陸冷，海洋暖，風(fēng)從大陸到海洋 夏季：大陸熱，海洋涼，風(fēng)從海洋到大陸夏季：大陸熱，海洋涼，風(fēng)從海洋到大陸第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識三、我國的風(fēng)氣候三、我國的風(fēng)氣候風(fēng)力風(fēng)力 大大 臺灣、海南及南海諸島臺灣、海南及

2、南海諸島 東南沿海地區(qū)東南沿海地區(qū) 東北、華北、西北東北、華北、西北 青藏高原青藏高原 長江黃河中下游地區(qū)長江黃河中下游地區(qū) 小小 云貴高原云貴高原第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識風(fēng)級 風(fēng)速風(fēng)壓對照表 （機構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計參考） Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)風(fēng)級名稱 Wind name風(fēng)速 wind speed 風(fēng)壓W0=V2/16（kg/m2)，10N/m2陸地地面物體征象海面狀態(tài)km/h（m/s）0Calm無風(fēng)117 32.7-36.9 66.42-85.1 陸上極少見,摧毀力極大 海浪滔天 37.0-41.4 四、風(fēng)級、

3、風(fēng)速、風(fēng)壓對照（續(xù)）四、風(fēng)級、風(fēng)速、風(fēng)壓對照（續(xù)）第二節(jié) 風(fēng)荷載的標準值我國荷載規(guī)范規(guī)定計算順風(fēng)向風(fēng)荷載標準值：我國荷載規(guī)范規(guī)定計算順風(fēng)向風(fēng)荷載標準值：計算主要承重結(jié)構(gòu)計算主要承重結(jié)構(gòu)計算維護結(jié)構(gòu)計算維護結(jié)構(gòu) 0zszk0zsgzk第三節(jié) 基本風(fēng)壓一、基本風(fēng)速一、基本風(fēng)速風(fēng)速是各地氣象臺站直接記錄的數(shù)值風(fēng)速是各地氣象臺站直接記錄的數(shù)值 二、基本風(fēng)速的條件二、基本風(fēng)速的條件高度：高度：荷載規(guī)范荷載規(guī)范規(guī)定距地面規(guī)定距地面10m為標準高度，公路為標準高度，公路橋規(guī)橋規(guī)規(guī)定距地規(guī)定距地面面20m地貌要求：遠離城市，空曠平坦地貌要求：遠離城市，空曠平坦時距要求：時距要求：10分鐘分鐘風(fēng)有自然周期，每年

4、季節(jié)性重復(fù)一次，取年為最大風(fēng)速記錄值作統(tǒng)計樣本風(fēng)有自然周期，每年季節(jié)性重復(fù)一次，取年為最大風(fēng)速記錄值作統(tǒng)計樣本工程設(shè)計時，按照重現(xiàn)期確定結(jié)構(gòu)可能遭遇到的最大風(fēng)速；一般結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)工程設(shè)計時，按照重現(xiàn)期確定結(jié)構(gòu)可能遭遇到的最大風(fēng)速；一般結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期為期為50年，高層、高聳等風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高年，高層、高聳等風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高 第三節(jié) 基本風(fēng)壓三、基本風(fēng)壓與基本風(fēng)速的關(guān)系三、基本風(fēng)壓與基本風(fēng)速的關(guān)系 標準大氣壓情況下標準大氣壓情況下 基本風(fēng)壓計算結(jié)果見附表基本風(fēng)壓計算結(jié)果見附表v2g2m/012018kN. 031630v2第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系四、

5、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系l非標準高度的換算非標準高度的換算 根據(jù)不同高度風(fēng)速觀測資料確定，缺乏觀測資料時，可按下根據(jù)不同高度風(fēng)速觀測資料確定，缺乏觀測資料時，可按下表換算表換算 實測風(fēng)速高度468101214161820高度換算系數(shù)1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系四、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系l不同時距的換算不同時距的換算 天氣變化劇烈，記錄的風(fēng)速時距有多種方式，不同時距之間天氣變化劇烈，記錄的風(fēng)速時距有多種方式，不同時距之間的風(fēng)速可按下表換算的風(fēng)速可按下表換算 實測風(fēng)速

6、時距60min10min5min2min1min0.5min20s10s5s時距換算系數(shù)0.941.001.071.161.201.261.281.351.39第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系四、非標準條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系l不同重現(xiàn)期的換算不同重現(xiàn)期的換算 重現(xiàn)期不同，最大風(fēng)速的超越概率也不同，風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)、重重現(xiàn)期不同，最大風(fēng)速的超越概率也不同，風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)、重要結(jié)構(gòu)要考慮不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓，不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓要結(jié)構(gòu)要考慮不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓，不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓與重現(xiàn)期與重現(xiàn)期50年的基本風(fēng)壓按下表換算年的基本風(fēng)壓按下表換算 重現(xiàn)期（年）1006050403020

7、105重現(xiàn)期換算系數(shù)1.11.031.000.970.930.870.770.66第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)一、梯度風(fēng)的概念一、梯度風(fēng)的概念l水平空氣運動受到地球表面的阻力，該阻力隨離地面高度增水平空氣運動受到地球表面的阻力，該阻力隨離地面高度增加而減弱，離地表加而減弱，離地表300500m以上的高度，氣流不受地表影以上的高度，氣流不受地表影響，以梯度風(fēng)速流動，這一高度稱為梯度風(fēng)高度。響，以梯度風(fēng)速流動，這一高度稱為梯度風(fēng)高度。l梯度風(fēng)高度受地面粗糙程度影響梯度風(fēng)高度受地面粗糙程度影響 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)二、大氣邊界層內(nèi)任意高度處風(fēng)壓的計算二、大氣邊界層內(nèi)任意高度處風(fēng)壓的計算l大氣邊界層內(nèi)

8、平均風(fēng)壓延高度變化規(guī)律可以用指數(shù)函數(shù)來描述大氣邊界層內(nèi)平均風(fēng)壓延高度變化規(guī)律可以用指數(shù)函數(shù)來描述 取標準高度取標準高度10m 設(shè)標準地貌梯度風(fēng)高設(shè)標準地貌梯度風(fēng)高HT0，粗糙度指數(shù)，粗糙度指數(shù) ，基本風(fēng)壓，基本風(fēng)壓 ；任意；任意地貌下梯度風(fēng)高地貌下梯度風(fēng)高HTa，根據(jù)梯度風(fēng)高處風(fēng)壓相等原則可得，根據(jù)梯度風(fēng)高處風(fēng)壓相等原則可得 zzvv00zzvv)z(022020aa10z)z(20aa00 0az0222a)10z(H10)10HTaT0()z(0）（風(fēng)壓高度風(fēng)壓高度變化系數(shù)變化系數(shù)p46第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)三、三、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的底面粗糙度分類規(guī)定的底面粗糙度分類

9、lA類類 近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)lB類類 田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較系數(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較系數(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和 城市郊區(qū)城市郊區(qū)標準地貌標準地貌lC類類 有密集建筑群的城市市區(qū)有密集建筑群的城市市區(qū)lD類類 有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)四類地面粗糙度地區(qū)地面粗糙度指數(shù)分別為：四類地面粗糙度地區(qū)地面粗糙度指數(shù)分別為：0.12、0.16、0.22、0.3；相應(yīng)的梯度風(fēng)高度?。?；相應(yīng)的梯度風(fēng)高度取：300、350、400、450m平坦地形處風(fēng)壓高度變化系數(shù)可查表。平坦地形處風(fēng)壓高度變化系數(shù)可查表

10、。 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)四、山區(qū)、盆地、遠海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正四、山區(qū)、盆地、遠海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正l對于山峰和山坡頂部，風(fēng)高變化系數(shù)按平坦地形查表應(yīng)乘以修正系數(shù)對于山峰和山坡頂部，風(fēng)高變化系數(shù)按平坦地形查表應(yīng)乘以修正系數(shù) 迎風(fēng)面山坡角度，迎風(fēng)面山坡角度， 大于大于16.7度，取度，取16.7度度 k 系數(shù)，山峰取系數(shù)，山峰取3.2，山坡取，山坡取1.4 H 山頂全高山頂全高 Z 建筑物計算位置離建筑物地面高度，建筑物計算位置離建筑物地面高度，Z2.5H時，取時，取Z=2.5Hl山腳及山頂較遠的平坦區(qū)域，修正系數(shù)為山腳及山頂較遠的平坦區(qū)域，修正系數(shù)為1.0，與山

11、頂中間部分按線性，與山頂中間部分按線性插值確定修正系數(shù)插值確定修正系數(shù) 2.5HZ-1ktg12第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)四、山區(qū)、盆地、遠海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正四、山區(qū)、盆地、遠海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正l山區(qū)盆地、谷地等閉塞地形，修正系數(shù)取山區(qū)盆地、谷地等閉塞地形，修正系數(shù)取0.750.85，谷口或山口，谷口或山口，修正系數(shù)取修正系數(shù)取1.201.50l遠海海面和海島的建、構(gòu)筑物，修正系數(shù)按下表取用遠海海面和海島的建、構(gòu)筑物，修正系數(shù)按下表取用 距海岸距離（距海岸距離（km）修正系數(shù)修正系數(shù)401.040601.01.1601001.11.2第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓

12、在建筑周邊分布的特點一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點l風(fēng)壓在建筑平面上的分布風(fēng)壓在建筑平面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點l風(fēng)壓在建筑立面上的分布風(fēng)壓在建筑立面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點l風(fēng)壓在建筑頂面上的分布風(fēng)壓在建筑頂面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)二、風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定二、風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定l需通過風(fēng)洞試驗的方法確定需通過風(fēng)洞試驗的方法確定l同一個面上各點風(fēng)壓分布不均勻，采用加權(quán)平均同一個面上各點風(fēng)壓分布不均勻，采用加權(quán)平均 三、風(fēng)荷載體型系數(shù)的取用三、風(fēng)荷載體型系數(shù)的

13、取用l建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范高層建筑設(shè)計規(guī)范高層建筑設(shè)計規(guī)范給出了不同類給出了不同類型建、構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)型建、構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)l上述表中未列出的建筑物的體型，應(yīng)由風(fēng)洞試驗確定上述表中未列出的建筑物的體型，應(yīng)由風(fēng)洞試驗確定l高層建筑高度大于高層建筑高度大于200m，體型復(fù)雜高層高度大于，體型復(fù)雜高層高度大于150m，宜采用風(fēng)洞試驗來確定建筑物的風(fēng)荷載宜采用風(fēng)洞試驗來確定建筑物的風(fēng)荷載l當(dāng)多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距離較近時，當(dāng)多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距離較近時，宜考慮風(fēng)力的相互干擾的群體效應(yīng)，應(yīng)以單獨的建筑體型系數(shù)宜考慮風(fēng)力的相互干擾的群體效

14、應(yīng)，應(yīng)以單獨的建筑體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，增大系數(shù)可參考相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)，必乘以相互干擾增大系數(shù)，增大系數(shù)可參考相應(yīng)的試驗數(shù)據(jù)，必要時通過風(fēng)洞試驗確定要時通過風(fēng)洞試驗確定第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)四、房屋維護構(gòu)件及其連接計算時體型系數(shù)的確定四、房屋維護構(gòu)件及其連接計算時體型系數(shù)的確定l正壓區(qū)按照主體結(jié)構(gòu)體型系數(shù)查表正壓區(qū)按照主體結(jié)構(gòu)體型系數(shù)查表l負壓區(qū)，對墻面取負壓區(qū)，對墻面取-1.0；對墻角邊??；對墻角邊取-1.8（寬度為（寬度為0.1倍倍房屋寬度或房屋寬度或0.4倍房屋平均高度中的較小者，但不小于倍房屋平均高度中的較小者，但不小于1.5m）l對屋面局部（屋面周邊和屋面坡度大于對屋面局部（屋

15、面周邊和屋面坡度大于10度的屋脊部位）度的屋脊部位）取取-2.2，其寬度為，其寬度為0.1倍房屋寬度或倍房屋寬度或0.4倍房屋平均高度中較倍房屋平均高度中較小者，但不小于小者，但不小于1.5ml對檐口、雨篷、遮陽板等突出建筑物的構(gòu)件，取對檐口、雨篷、遮陽板等突出建筑物的構(gòu)件，取-2.0 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)一、考慮風(fēng)振影響結(jié)構(gòu)的條件一、考慮風(fēng)振影響結(jié)構(gòu)的條件l結(jié)構(gòu)基本自振周期大于結(jié)構(gòu)基本自振周期大于0.25秒秒l高度大于高度大于30m，高寬比大于，高寬比大于1.5的高柔房屋及各種高聳結(jié)的高柔房屋及各種高聳結(jié)構(gòu)構(gòu) 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算（二、風(fēng)振系數(shù)的計算（順風(fēng)向順風(fēng)向）l對于高聳結(jié)構(gòu)，

16、以及高度大于對于高聳結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m，高寬比大于，高寬比大于1.5且可且可以忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，頻譜稀疏，第一振形起控制作以忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，頻譜稀疏，第一振形起控制作用，僅考慮第一振形影響計算風(fēng)振系數(shù)，可按下式計算用，僅考慮第一振形影響計算風(fēng)振系數(shù)，可按下式計算l大跨度房屋以及索膜結(jié)構(gòu)，頻譜密集，風(fēng)振系數(shù)的確定需考大跨度房屋以及索膜結(jié)構(gòu)，頻譜密集，風(fēng)振系數(shù)的確定需考慮更多振形的影響慮更多振形的影響 zzz1第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l脈動增大系數(shù)脈動增大系數(shù)其中其中 結(jié)構(gòu)阻尼比，鋼結(jié)構(gòu)取結(jié)構(gòu)阻尼比，鋼結(jié)構(gòu)取0.01；有墻體材料填充的房屋鋼結(jié)構(gòu)取；有

17、墻體材料填充的房屋鋼結(jié)構(gòu)取0.02，對鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)取對鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)取0.05 考慮當(dāng)?shù)氐孛娲植诙群蟮幕撅L(fēng)壓，考慮當(dāng)?shù)氐孛娲植诙群蟮幕撅L(fēng)壓，B類直接帶入，類直接帶入，A、C、D類的當(dāng)?shù)仡惖漠?dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓分別乘以基本風(fēng)壓分別乘以1.38、0.62、0.32帶入帶入 結(jié)構(gòu)的基本自振周期結(jié)構(gòu)的基本自振周期 )x(16/x123/42T/30 x2100T1第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定高聳結(jié)構(gòu)按彎曲型考慮，第一振型按下式近似計算高聳結(jié)構(gòu)按彎曲型考慮，第一振型按下式近似計算 或或高層建筑以剪

18、力墻工作為主，按彎剪型考慮，第一振型按下式近似計算高層建筑以剪力墻工作為主，按彎剪型考慮，第一振型按下式近似計算 Hz31Hz34Hz2432zH3zHz4Hz644322zHz4tan7 . 0z第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定當(dāng)選高聳結(jié)構(gòu)截面沿高度規(guī)律變化，第一振型計算復(fù)雜，可通過查表的方當(dāng)選高聳結(jié)構(gòu)截面沿高度規(guī)律變化，第一振型計算復(fù)雜，可通過查表的方式確定式確定 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l脈動影響系數(shù)：反映風(fēng)壓脈動相關(guān)性對結(jié)構(gòu)的影響脈動影響系數(shù)：反映風(fēng)壓脈動相關(guān)性對結(jié)

19、構(gòu)的影響荷載規(guī)范規(guī)定，對于高層和高聳結(jié)構(gòu)，考慮外型和質(zhì)量沿高度分布的不同荷載規(guī)范規(guī)定，對于高層和高聳結(jié)構(gòu)，考慮外型和質(zhì)量沿高度分布的不同狀態(tài)，通過查表的方式取用狀態(tài)，通過查表的方式取用結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度遠小于其高度（高聳結(jié)構(gòu)），外形、質(zhì)量沿高度分布均勻，結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度遠小于其高度（高聳結(jié)構(gòu)），外形、質(zhì)量沿高度分布均勻，可直接查表取用；質(zhì)量沿高度均勻連續(xù)變化，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的修正系數(shù)可直接查表取用；質(zhì)量沿高度均勻連續(xù)變化，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的修正系數(shù)結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度較大（高層建筑），若外形質(zhì)量分布均勻，可根據(jù)高度和結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度較大（高層建筑），若外形質(zhì)量分布均勻，可根據(jù)高度和迎風(fēng)面寬度查表采用迎風(fēng)面寬度查表

20、采用 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l結(jié)構(gòu)基本自振周期的計算：按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法求解結(jié)構(gòu)基本自振周期的計算：按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法求解多自由度體系基本自振周期方程求解十分復(fù)雜多自由度體系基本自振周期方程求解十分復(fù)雜可采用有限元方法進行電算求解可采用有限元方法進行電算求解工程中常采用經(jīng)驗公式近似求解工程中常采用經(jīng)驗公式近似求解 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計算二、風(fēng)振系數(shù)的計算l結(jié)構(gòu)基本自振周期的近似計算結(jié)構(gòu)基本自振周期的近似計算高聳結(jié)構(gòu)高聳結(jié)構(gòu) 高層建筑高層建筑 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土框架和框架剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土框架和框架剪力墻結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu) H)013. 0007. 0(T1n)15. 010.