第四章 風(fēng)荷載

1、工程荷載與可靠度設(shè)計(jì)原理第四章第四章 風(fēng)荷載風(fēng)荷載第四章 風(fēng)荷載 本本 章章 內(nèi)內(nèi) 容容 提提 要要 第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí)一、風(fēng)的形成一、風(fēng)的形成第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 國(guó)際通用的風(fēng)力等級(jí)是由英國(guó)人蒲福（國(guó)際通用的風(fēng)力等級(jí)是由英國(guó)人蒲福（BeaufortBeaufort）于）于18051805年年擬定的，故又稱擬定的，故又稱(Beaufort scale )(Beaufort scale )。 由于早期人們還沒有儀器來測(cè)定風(fēng)速，因此就按照風(fēng)所引起由于早期人們還沒有儀器來測(cè)定風(fēng)速，

2、因此就按照風(fēng)所引起的現(xiàn)象來劃分等級(jí)，最初是根據(jù)風(fēng)對(duì)炊煙、沙塵、地物、漁船的現(xiàn)象來劃分等級(jí)，最初是根據(jù)風(fēng)對(duì)炊煙、沙塵、地物、漁船、漁浪等的影響大小、漁浪等的影響大小，。 。第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)力超過一定限度時(shí)，就會(huì)給人類社會(huì)帶來巨大當(dāng)風(fēng)速和風(fēng)力超過一定限度時(shí)，就會(huì)給人類社會(huì)帶來巨大災(zāi)害。災(zāi)害。 20052005年年8 8月月2323日，卡特里娜颶風(fēng)在在美國(guó)新奧爾良以西地區(qū)日，卡特里娜颶風(fēng)在在美國(guó)新奧爾良以西地區(qū)登陸，登陸時(shí)風(fēng)速達(dá)到登陸，登陸時(shí)風(fēng)速達(dá)到225km/h225km/h（64.4m64.4ms s）。）。第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)

3、風(fēng)的基本知識(shí) 第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí)第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí)第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí)第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí)第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 臺(tái)風(fēng)臺(tái)風(fēng)“海燕海燕”造成的房屋破壞造成的房屋破壞第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 第四章 風(fēng)荷載第一節(jié)第一節(jié) 風(fēng)的基本知識(shí)風(fēng)的基本知識(shí) 美國(guó)華盛頓州美國(guó)華盛頓州TacomaTacoma大橋毀于風(fēng)振，該橋?yàn)榭缍却髽驓в陲L(fēng)振，該橋?yàn)榭缍?53m853m懸懸索橋，索橋， 19401940年在建成后不到年在建成

4、后不到4 4個(gè)月，在風(fēng)速個(gè)月，在風(fēng)速19m/s19m/s的大風(fēng)中，的大風(fēng)中，由于振顫而風(fēng)力失穩(wěn)。由于振顫而風(fēng)力失穩(wěn)。第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓機(jī)械風(fēng)速儀機(jī)械風(fēng)速儀第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓機(jī)械風(fēng)速儀機(jī)械風(fēng)速儀第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓超聲波風(fēng)速儀超聲波風(fēng)速儀電子葉輪式風(fēng)速儀電子葉輪式風(fēng)速儀第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓取

5、年最大風(fēng)速為樣本可獲得各年的最大風(fēng)速，取年最大風(fēng)速為樣本可獲得各年的最大風(fēng)速，每年的最大風(fēng)速值是不同的，為一隨機(jī)變量。每年的最大風(fēng)速值是不同的，為一隨機(jī)變量。 設(shè)重現(xiàn)期為設(shè)重現(xiàn)期為T0年，則年，則1/T0為超過設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率，因?yàn)闉槌^設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率，因?yàn)椴怀^該設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率或保證率不超過該設(shè)計(jì)最大風(fēng)速的概率或保證率 p0 0 應(yīng)為：應(yīng)為：0011pT 我國(guó)荷載規(guī)范規(guī)定：我國(guó)荷載規(guī)范規(guī)定：對(duì)于特別對(duì)于特別重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期可取重要和有特殊要求的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期可取100100年。年。橋梁工程結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期可取橋梁工程結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期可取100100年。年

6、。(4.1)(4.1)第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓22221vgvw二、基本風(fēng)壓式中式中 w單位面積上的風(fēng)壓力（單位面積上的風(fēng)壓力（kN/m2）；）； 空氣密度空氣密度（t/m3）；）； 空氣單位體積重力（空氣單位體積重力（kN/m3）；）；g 重力加重力加速度（速度（m/s2）；）；v 風(fēng)速（風(fēng)速（m/s）。）。求出空曠平坦的地面、離地面求出空曠平坦的地面、離地面10m高處、經(jīng)統(tǒng)高處、經(jīng)統(tǒng)計(jì)所得的計(jì)所得的50年一遇的年一遇的10min平均最大風(fēng)速；再由風(fēng)壓和風(fēng)平均最大風(fēng)速；再由風(fēng)壓和風(fēng)速的關(guān)系式，算出自由氣流的風(fēng)速產(chǎn)生的風(fēng)壓力：速的關(guān)系式，算出自由氣流的風(fēng)

7、速產(chǎn)生的風(fēng)壓力：第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓)kN/m(163080. 92012018. 022222vvvgw 在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下：在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下： = 0.012018kN/m3, g =9.80m/s2, 可可得：得：u荷載規(guī)范荷載規(guī)范給出了全國(guó)各城市給出了全國(guó)各城市50年一遇的風(fēng)壓值。年一遇的風(fēng)壓值。 在不同的地理位置，大氣條件是不同的，在不同的地理位置，大氣條件是不同的， 和和g值也不相值也不相同。重力加速度同。重力加速度g不僅隨高度變化，而且與緯度有關(guān)；空氣不僅隨高度變化，而且與緯度有關(guān)；空氣重度重度 是氣壓、氣溫和溫度的函數(shù)。因此，各地的

8、是氣壓、氣溫和溫度的函數(shù)。因此，各地的 /2g的值均的值均不相同，沿海地區(qū)的上海該值約為不相同，沿海地區(qū)的上海該值約為1/1740；內(nèi)陸地區(qū)隨高度；內(nèi)陸地區(qū)隨高度增加而減小，高原地區(qū)的拉薩該值約為增加而減小，高原地區(qū)的拉薩該值約為1/2600。第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 基本風(fēng)壓是按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件得到的，在分析當(dāng)?shù)仫L(fēng)速資料時(shí)，基本風(fēng)壓是按照規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)條件得到的，在分析當(dāng)?shù)仫L(fēng)速資料時(shí)，往往會(huì)遇到實(shí)測(cè)風(fēng)速的高度、時(shí)距、重現(xiàn)期不符合標(biāo)準(zhǔn)條件的情況，因往往會(huì)遇到實(shí)測(cè)風(fēng)速的高度、時(shí)距、重現(xiàn)期不符合標(biāo)準(zhǔn)條件的情況，因而必須將非標(biāo)準(zhǔn)條件下實(shí)測(cè)風(fēng)速資料換算為標(biāo)準(zhǔn)條件下的

9、風(fēng)速資料，再而必須將非標(biāo)準(zhǔn)條件下實(shí)測(cè)風(fēng)速資料換算為標(biāo)準(zhǔn)條件下的風(fēng)速資料，再進(jìn)行分析。進(jìn)行分析。zVV實(shí)測(cè)風(fēng)速高度（m）468101214161820高度換算系數(shù)1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895當(dāng)實(shí)測(cè)風(fēng)速高度不是當(dāng)實(shí)測(cè)風(fēng)速高度不是10m標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)標(biāo)準(zhǔn)高度時(shí)式中式中 V標(biāo)準(zhǔn)條件標(biāo)準(zhǔn)條件10m高度處時(shí)距為高度處時(shí)距為10分鐘的平均風(fēng)速（分鐘的平均風(fēng)速（m/s）；）；Vz非標(biāo)準(zhǔn)條件非標(biāo)準(zhǔn)條件z高度（高度（m）處時(shí)距為）處時(shí)距為10分鐘的平均風(fēng)速（分鐘的平均風(fēng)速（m/s）；）； 換換算系數(shù)，按下表取值。算系數(shù)，按下表取值。第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二

10、節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓tVV 實(shí)測(cè)風(fēng)速時(shí)距60min10min5min2min1 min0.5min20s10s5s瞬時(shí)時(shí)距換算系數(shù)0.9401.001.071.161.201.261.281.351.391.50（二）不同時(shí)距換算（二）不同時(shí)距換算當(dāng)風(fēng)速記錄時(shí)距不等于當(dāng)風(fēng)速記錄時(shí)距不等于10min時(shí)時(shí)式中式中 V時(shí)距時(shí)距10分鐘的平均風(fēng)速（分鐘的平均風(fēng)速（m/s）；）；Vt時(shí)距為時(shí)距為t的平均風(fēng)速（的平均風(fēng)速（m/s）；）； 換算系數(shù)，按下表取值。換算系數(shù)，按下表取值。第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓TWW 0重現(xiàn)期（年）1006050403

11、020105重現(xiàn)期換算系數(shù)1.101.031.000.970.930.870.770.66（三）不同重現(xiàn)期換算（三）不同重現(xiàn)期換算重現(xiàn)期為重現(xiàn)期為T年時(shí)的基本風(fēng)壓與重現(xiàn)期為年時(shí)的基本風(fēng)壓與重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓的關(guān)年的基本風(fēng)壓的關(guān)系為：系為：式中式中 W0重現(xiàn)期為重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓（年的基本風(fēng)壓（kN/m2）；）；WT重現(xiàn)期為重現(xiàn)期為T年時(shí)的基本風(fēng)壓（年時(shí)的基本風(fēng)壓（ kN/m2 ）；）； 換算系數(shù)，按換算系數(shù)，按下表取值。下表取值。第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 山區(qū)地勢(shì)起伏多變，對(duì)風(fēng)速影響較為顯著，山區(qū)基本風(fēng)壓與山區(qū)地勢(shì)起伏多變，對(duì)風(fēng)速影響較為顯著

12、，山區(qū)基本風(fēng)壓與鄰近平坦地區(qū)的基本風(fēng)壓有所不同，山區(qū)風(fēng)速有如下特點(diǎn)：鄰近平坦地區(qū)的基本風(fēng)壓有所不同，山區(qū)風(fēng)速有如下特點(diǎn)： 山間盆地、谷地等閉塞地形山間盆地、谷地等閉塞地形第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 當(dāng)風(fēng)向與谷口或山口趨于一當(dāng)風(fēng)向與谷口或山口趨于一致時(shí)，氣流由開敞區(qū)流入兩邊為高山的狹窄區(qū)，流區(qū)壓縮，致時(shí)，氣流由開敞區(qū)流入兩邊為高山的狹窄區(qū)，流區(qū)壓縮，風(fēng)速必然增大；風(fēng)速必然增大；風(fēng)速比一般空曠平坦地面增大風(fēng)速比一般空曠平坦地面增大101020%20%。 由于風(fēng)速隨高度增加和氣流由于風(fēng)速隨高度增加和氣流越過山峰時(shí)的抬升作用，山頂和山坡的風(fēng)速比山麓要大。越過山峰時(shí)

13、的抬升作用，山頂和山坡的風(fēng)速比山麓要大。 谷口、山口等開敞地形谷口、山口等開敞地形 山頂、山坡等孤尖地形山頂、山坡等孤尖地形山區(qū)建筑物可根據(jù)不同地形條件給出風(fēng)荷載地形修正系數(shù)，一般情況下山山區(qū)建筑物可根據(jù)不同地形條件給出風(fēng)荷載地形修正系數(shù)，一般情況下山區(qū)的基本風(fēng)壓可按相鄰平坦地區(qū)基本風(fēng)壓乘以下列修正系數(shù)后采用：區(qū)的基本風(fēng)壓可按相鄰平坦地區(qū)基本風(fēng)壓乘以下列修正系數(shù)后采用： （1 1）對(duì)于山峰和山坡，其頂部）對(duì)于山峰和山坡，其頂部B B處的修正系數(shù)按下述公式計(jì)算：處的修正系數(shù)按下述公式計(jì)算： (4.3)(4.3)式中式中 山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度；當(dāng)山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度；當(dāng) 時(shí)，時(shí)，

14、取取 ； 系數(shù)，對(duì)山峰取系數(shù)，對(duì)山峰取3.23.2，對(duì)山坡取，對(duì)山坡取1.41.4；H H 山頂或山坡全高（山頂或山坡全高（m m）；）； z z 建筑物計(jì)算位置離建筑物地面的高建筑物計(jì)算位置離建筑物地面的高度（度（m m）；當(dāng)）；當(dāng)z z2.52.5H H時(shí)，取時(shí)，取z z=2.5=2.5H H。2B1tg12.5zHtgtg0.3tg0.3d12dZABCAd4dCB圖圖4.5 4.5 山峰和山坡示意圖山峰和山坡示意圖AC第四章 風(fēng)荷載第二節(jié)第二節(jié) 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

15、風(fēng)壓高度變化系數(shù)圖圖4.6 4.6 不同粗糙度下的平均風(fēng)剖面不同粗糙度下的平均風(fēng)剖面開闊水面城市市區(qū)52 大城市市區(qū)55100036H(m)500400300200839470鄉(xiāng)鎮(zhèn)和郊區(qū)8470956795100847791100600100100第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)00zzvv式中式中 v任一高度任一高度z處平均風(fēng)速；處平均風(fēng)速； v0標(biāo)準(zhǔn)高度處平均風(fēng)速；標(biāo)準(zhǔn)高度處平均風(fēng)速； z離地面任一高度（離地面任一高度（m）；）； z0離地面標(biāo)準(zhǔn)高度；離地面標(biāo)準(zhǔn)高度； 與地面粗糙度有關(guān)的指數(shù)，地面粗糙程度越大，與地面粗糙度有關(guān)的指數(shù)，地面粗糙程度越大，該指數(shù)越大

16、。該指數(shù)越大。 第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)22a20a0a0a( )w zvzwvz2a0a( )10zw zw式中式中 wa(z)任一地貌高度任一地貌高度z處風(fēng)壓；處風(fēng)壓；w0a任一地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處風(fēng)壓。任一地貌標(biāo)準(zhǔn)高度處風(fēng)壓。第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌下梯度風(fēng)高度為設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌下梯度風(fēng)高度為H HT0T0，粗糙度指數(shù)為，粗糙度指數(shù)為 0 0，基本風(fēng)壓，基本風(fēng)壓值為值為w w0 0；任一地貌下梯度風(fēng)高度為；任一地貌下梯度風(fēng)高度為H HTaTa。根據(jù)梯度風(fēng)高度處風(fēng)。根據(jù)梯度風(fēng)高度處風(fēng)壓相等的條件，由壓相等的條件，由(4.

17、6)(4.6)式可導(dǎo)出：式可導(dǎo)出：0220a00a1010TTHHww02200a0a1010TTHwwH將將(4.8)(4.8)代入代入(4.6)(4.6)式，得任一地貌條件下，高度式，得任一地貌條件下，高度z z處風(fēng)壓：處風(fēng)壓：0022Ta2T0)10()10()10()(0wwzHHzwaza 上式中上式中 是任意地貌下是任意地貌下，應(yīng)按地面粗糙度，應(yīng)按地面粗糙度指數(shù)指數(shù) 和假定的梯度風(fēng)高度和假定的梯度風(fēng)高度H HT T確定，并隨離地面高度確定，并隨離地面高度z z而變化。而變化。az2a0a( )10zw zw第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)12. 0ATA

18、300mH第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)00.15BTBT0350mHH第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)22. 0CT450mCH第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)30. 0DTD550mH第四章 風(fēng)荷載第三節(jié)第三節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)風(fēng)壓高度變化系數(shù)0.24zA0.30zB0.44zC0.60zD1.284()101.000()100.544()100.262()10zzzz az第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)自由氣流并不能理想地停滯在建筑物表面，而是自由氣流并不能理想地停滯在建筑物表

19、面，而是以不同途徑從建筑物表面繞過。以不同途徑從建筑物表面繞過。側(cè)風(fēng)面迎風(fēng)面背風(fēng)面?zhèn)蕊L(fēng)面+-第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)以風(fēng)荷載體型系數(shù)對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行修正。應(yīng)以風(fēng)荷載體型系數(shù)對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行修正。u風(fēng)荷載體型系數(shù)一般均通過風(fēng)洞試驗(yàn)方法確定。 s第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施風(fēng)洞試驗(yàn)設(shè)施直直流流式式風(fēng)風(fēng)洞洞 第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)洞試驗(yàn)風(fēng)洞試驗(yàn)第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)建筑物模型建筑物模型第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)橋梁模型橋梁模型第四章

20、 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)冷卻塔模型冷卻塔模型第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)建筑模型風(fēng)洞試驗(yàn)建筑模型風(fēng)洞試驗(yàn)第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)s15-0.603060+0.8+0.8-0.5-0.5s中間值按插入法計(jì)算+0.8-0.5-0.7-0.7第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù) 下發(fā)生倒塌下發(fā)生倒塌第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)可將單體建筑物的體型系數(shù)可將單體建筑物的體型系數(shù)乘以乘以。相互干擾系數(shù)定義為受擾后的結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和單體結(jié)構(gòu)相互干擾系數(shù)定義為受擾后的結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載和單

21、體結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載的比值風(fēng)荷載的比值。（在（在1.01.01.21.2之間選）之間選） 第四章 風(fēng)荷載第四節(jié)第四節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)荷載體型系數(shù)風(fēng)載體型系數(shù)是整個(gè)受風(fēng)面的風(fēng)壓平均值，不適風(fēng)載體型系數(shù)是整個(gè)受風(fēng)面的風(fēng)壓平均值，不適用于局部范圍的風(fēng)壓，如建筑轉(zhuǎn)角處和檐口、陽臺(tái)等部位。用于局部范圍的風(fēng)壓，如建筑轉(zhuǎn)角處和檐口、陽臺(tái)等部位。1s第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 水平流動(dòng)的氣流作用在結(jié)構(gòu)物的表面上，會(huì)在其表面水平流動(dòng)的氣流作用在結(jié)構(gòu)物的表面上，會(huì)在其表面上產(chǎn)生風(fēng)壓，將風(fēng)壓沿表面積分可求出作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)上產(chǎn)生風(fēng)壓，將風(fēng)壓沿表面積分可求出作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力可分為力，結(jié)

22、構(gòu)上的風(fēng)力可分為: 一般情況下，不對(duì)稱氣流產(chǎn)生的風(fēng)扭力矩?cái)?shù)值很小，工一般情況下，不對(duì)稱氣流產(chǎn)生的風(fēng)扭力矩?cái)?shù)值很小，工程上可不予考慮，僅當(dāng)結(jié)構(gòu)有較大偏心時(shí)，才計(jì)及風(fēng)扭力程上可不予考慮，僅當(dāng)結(jié)構(gòu)有較大偏心時(shí)，才計(jì)及風(fēng)扭力矩的影響。矩的影響。 和和是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)象。是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮對(duì)象。第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振： 對(duì)于對(duì)于第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振式中式中 g 峰值因子，可取峰

23、值因子，可取2.5； I10 10m高名義湍流強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)高名義湍流強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)A、B、C和和D類地面類地面 粗糙度，可分別取粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23和和0.39； R 脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子；脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子； Bz 脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子。脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子。210z1 21zgI BR z第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 1(0.007 0.013)TH 鋼結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu) （4.254.25） 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) （4.264.26） 式中式中 n建筑層數(shù)。建筑層數(shù)。 鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)構(gòu)可按下述公式確定：鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)

24、構(gòu)可按下述公式確定： (4.27) (4.27) 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可按下述公式確定：鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)可按下述公式確定： (4.28)(4.28) 式中式中 H房屋總高度（房屋總高度（m）；）； B房屋寬度（房屋寬度（m）。）。第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振1(0.10 0.15)Tn1(0.05 0.10)Tn23130.250.53 10HTB130.030.03HTB第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 gz101 2()10zgI 第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 （0wwzszk（4

25、.304.30）01wwzsgzk（4.314.31）第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架剪力墻結(jié)構(gòu)，H=100m，B=45m；w0=0.55kN/m2，C類；類；wk=？底部彎矩？底部彎矩M=？0wwzszk1、風(fēng)荷載體型系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù) s s =0.8+0.5=1.310m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1 z第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk

26、2wk1第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振3 3、風(fēng)振系數(shù)、風(fēng)振系數(shù) z210z121zgI BR 0wwzszk第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 風(fēng)荷載第五節(jié)第五節(jié) 順風(fēng)向風(fēng)振順風(fēng)向風(fēng)振 1015(0.49 50.52 150.65 250.77 350.87 450.96 551.05 65 1.13 75 1.21 851.28 95) 45 102.353 10 kN mkiiiiM

27、wzA 10m10m10m10m10m10m10m10m10m10mwk10k9wwk9wk8wk6wk5wk4wk3wk2wk1第四章 風(fēng)荷載第六節(jié)第六節(jié) 橫風(fēng)向風(fēng)振橫風(fēng)向風(fēng)振高層建筑、高聳塔架、煙囪等結(jié)構(gòu)物高層建筑、高聳塔架、煙囪等結(jié)構(gòu)物橫風(fēng)向風(fēng)作用引起的結(jié)構(gòu)共振會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)橫風(fēng)向風(fēng)作用引起的結(jié)構(gòu)共振會(huì)產(chǎn)生很大的動(dòng)力效應(yīng)，甚至對(duì)設(shè)計(jì)起著控制作用。力效應(yīng)，甚至對(duì)設(shè)計(jì)起著控制作用。第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 （一）風(fēng)的靜力作用（一）風(fēng)的靜力作用 在平均風(fēng)的作用下，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓值不隨時(shí)間發(fā)生變化，可將其視為靜在平均風(fēng)的作用下，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)壓值不隨時(shí)間發(fā)生變化，可將其視為靜力

28、風(fēng)荷載。靜力風(fēng)荷載采用三分力來描述：力風(fēng)荷載。靜力風(fēng)荷載采用三分力來描述： 升力荷載：升力荷載：氣流流經(jīng)橋梁時(shí)，截面表面的風(fēng)壓分布存在差別，上下表面氣流流經(jīng)橋梁時(shí)，截面表面的風(fēng)壓分布存在差別，上下表面壓強(qiáng)差就是橋梁所受的升力荷載；壓強(qiáng)差就是橋梁所受的升力荷載； 橫風(fēng)向力：橫風(fēng)向力：迎風(fēng)前后表面壓強(qiáng)差則是橋梁所受的風(fēng)阻力荷載，即通常所迎風(fēng)前后表面壓強(qiáng)差則是橋梁所受的風(fēng)阻力荷載，即通常所說的橫風(fēng)向力；說的橫風(fēng)向力； 扭矩：扭矩：當(dāng)升力與阻力的合力作用點(diǎn)與橋梁截面的形心不一致時(shí)，還會(huì)產(chǎn)當(dāng)升力與阻力的合力作用點(diǎn)與橋梁截面的形心不一致時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生對(duì)形心的扭矩。生對(duì)形心的扭矩。 橋梁風(fēng)荷載包含升力橋梁風(fēng)荷

29、載包含升力F FV V、阻力、阻力F FH H與扭矩與扭矩M MT T三個(gè)分量，在體軸坐標(biāo)系下的三個(gè)分量，在體軸坐標(biāo)系下的三分力如下圖所示。三分力如下圖所示。第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 風(fēng)荷載在風(fēng)軸坐標(biāo)系下的三分力風(fēng)荷載在風(fēng)軸坐標(biāo)系下的三分力 第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 引入無量綱的靜力三分力系數(shù)，在體軸坐標(biāo)系下靜力風(fēng)引入無量綱的靜力三分力系數(shù)，在體軸坐標(biāo)系下靜力風(fēng)荷載可以表示為：荷載可以表示為： 阻力阻力 (4.45) 升力升力 (4.46) 扭矩扭矩 (4.47) 式中：式中： U上游來流平均風(fēng)速；上游來流平均風(fēng)速；CH、CV、CM體軸坐標(biāo)阻力系

30、數(shù)、升力系數(shù)與扭矩系數(shù)；體軸坐標(biāo)阻力系數(shù)、升力系數(shù)與扭矩系數(shù)； D、B橋梁截面的高度與寬度。橋梁截面的高度與寬度。 類似體軸坐標(biāo)系下靜力風(fēng)荷載的表達(dá)式，風(fēng)軸坐標(biāo)系下同類似體軸坐標(biāo)系下靜力風(fēng)荷載的表達(dá)式，風(fēng)軸坐標(biāo)系下同樣可以定義阻力樣可以定義阻力FD、升力、升力FL、和扭矩、和扭矩MT，并相應(yīng)存在阻力系，并相應(yīng)存在阻力系數(shù)數(shù)CD、升力系數(shù)、升力系數(shù)CL與扭矩系數(shù)與扭矩系數(shù)CM。2HH12FU C D2VV12FU C B22TM12MU C B第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 另一類是在脈動(dòng)風(fēng)作用下的一種有限振幅的隨機(jī)強(qiáng)迫振另一類是在脈動(dòng)風(fēng)作用下的一種有限振幅的隨機(jī)強(qiáng)迫振動(dòng)，稱為

31、抖振。動(dòng)，稱為抖振。渦激振動(dòng)（渦振）雖帶有自激的性質(zhì)，但也是渦激振動(dòng)（渦振）雖帶有自激的性質(zhì)，但也是限幅振動(dòng)，因而具有雙重特性限幅振動(dòng)，因而具有雙重特性。第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 當(dāng)風(fēng)橫向吹過橋梁，橋面板端口部位置于風(fēng)口上，橋面當(dāng)風(fēng)橫向吹過橋梁，橋面板端口部位置于風(fēng)口上，橋面板會(huì)產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，豎向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相耦合時(shí)，板會(huì)產(chǎn)生上下運(yùn)動(dòng)和扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，豎向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)相耦合時(shí)，引起結(jié)構(gòu)的發(fā)散振動(dòng)稱為顫振。顫振是一種空氣動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象，引起結(jié)構(gòu)的發(fā)散振動(dòng)稱為顫振。顫振是一種空氣動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象，易于在柔性平板中出現(xiàn)，易于在柔性平板中出現(xiàn)，美國(guó)塔科瑪橋風(fēng)致破壞就是一種典型

32、的美國(guó)塔科瑪橋風(fēng)致破壞就是一種典型的由顫振不穩(wěn)定引發(fā)的事故。由顫振不穩(wěn)定引發(fā)的事故。 橋梁在橫向風(fēng)作用下，在垂直于氣流方向會(huì)產(chǎn)生大振幅橋梁在橫向風(fēng)作用下，在垂直于氣流方向會(huì)產(chǎn)生大振幅彎曲振動(dòng)，稱為馳振。馳振一旦發(fā)生便成為劇烈振動(dòng)，實(shí)際上也彎曲振動(dòng)，稱為馳振。馳振一旦發(fā)生便成為劇烈振動(dòng)，實(shí)際上也是一種空氣動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。自激發(fā)散振動(dòng)對(duì)橋梁危害最大。是一種空氣動(dòng)力失穩(wěn)現(xiàn)象。自激發(fā)散振動(dòng)對(duì)橋梁危害最大。第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載上海楊浦

33、大橋纜索渦振上海楊浦大橋纜索渦振和風(fēng)雨振使得索套破壞和風(fēng)雨振使得索套破壞九江長(zhǎng)江大橋鋼拱九江長(zhǎng)江大橋鋼拱吊桿發(fā)生渦激共振吊桿發(fā)生渦激共振第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 分類分類現(xiàn)象現(xiàn)象作用機(jī)制作用機(jī)制靜力靜力作用作用靜風(fēng)載引起的內(nèi)力和變形靜風(fēng)載引起的內(nèi)力和變形平均風(fēng)的靜風(fēng)壓產(chǎn)生阻力、平均風(fēng)的靜風(fēng)壓產(chǎn)生阻力、升力和扭轉(zhuǎn)力矩作用升力和扭轉(zhuǎn)力矩作用靜力不穩(wěn)定靜力不穩(wěn)定扭轉(zhuǎn)發(fā)散扭轉(zhuǎn)發(fā)散靜（扭轉(zhuǎn)）力矩作用靜（扭轉(zhuǎn)）力矩作用橫向屈曲橫向屈曲靜阻力作用靜阻力作用動(dòng)力動(dòng)力作用作用抖振（紊流風(fēng)響應(yīng)）抖振（紊流風(fēng)響應(yīng)）限幅振動(dòng)限幅振動(dòng)紊流風(fēng)作用紊

34、流風(fēng)作用自自激激振振動(dòng)動(dòng)渦振渦振漩渦脫落引起的渦激力作漩渦脫落引起的渦激力作用用馳振馳振單自由度單自由度發(fā)發(fā)散散振振動(dòng)動(dòng)自激力的氣動(dòng)負(fù)阻尼效應(yīng)自激力的氣動(dòng)負(fù)阻尼效應(yīng)阻尼振動(dòng)阻尼振動(dòng)扭轉(zhuǎn)顫振扭轉(zhuǎn)顫振古典耦合振動(dòng)古典耦合振動(dòng)二自由度二自由度自激力的氣動(dòng)剛度驅(qū)動(dòng)自激力的氣動(dòng)剛度驅(qū)動(dòng)第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 在靜力風(fēng)荷載作用下，大跨度橋梁有可能發(fā)生因氣動(dòng)力矩過在靜力風(fēng)荷載作用下，大跨度橋梁有可能發(fā)生因氣動(dòng)力矩過大而引起扭轉(zhuǎn)發(fā)散，或因風(fēng)阻力荷載過大而導(dǎo)致橫向屈曲的靜力大而引起扭轉(zhuǎn)發(fā)散，或因風(fēng)阻力荷載過大而導(dǎo)致橫向屈曲的靜力失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)現(xiàn)象。 以扭轉(zhuǎn)發(fā)散為例，主梁在風(fēng)力作用下會(huì)產(chǎn)

35、生氣動(dòng)扭矩并發(fā)生扭以扭轉(zhuǎn)發(fā)散為例，主梁在風(fēng)力作用下會(huì)產(chǎn)生氣動(dòng)扭矩并發(fā)生扭轉(zhuǎn)，主梁的扭轉(zhuǎn)使得主梁在風(fēng)場(chǎng)中的有效攻角增大，如果主梁的轉(zhuǎn)，主梁的扭轉(zhuǎn)使得主梁在風(fēng)場(chǎng)中的有效攻角增大，如果主梁的扭轉(zhuǎn)力系數(shù)隨風(fēng)攻角增大而增大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的主梁氣動(dòng)扭矩也隨扭轉(zhuǎn)力系數(shù)隨風(fēng)攻角增大而增大，此時(shí)對(duì)應(yīng)的主梁氣動(dòng)扭矩也隨之增大。在某一臨界風(fēng)速時(shí)，橋梁出現(xiàn)不穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)發(fā)散現(xiàn)象。之增大。在某一臨界風(fēng)速時(shí)，橋梁出現(xiàn)不穩(wěn)定的扭轉(zhuǎn)發(fā)散現(xiàn)象。第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 。 （一）（一） 橫向風(fēng)力（橫橋方向）橫向風(fēng)力（橫橋方向） 橫橋方向風(fēng)力等于橫向風(fēng)壓乘以迎風(fēng)面積，按下式確定：橫橋方向風(fēng)力等于橫向風(fēng)壓乘以迎風(fēng)面積，按下式確定： (4.54a) wh0 1 3dwhFk kkWA2dd2VWg第四章 風(fēng)荷載第七節(jié)第七節(jié) 橋梁風(fēng)荷載橋梁風(fēng)荷載 (4.54b) wh0 1 3dw