風(fēng)荷載演示文稿

風(fēng)荷載演示文稿第一頁，共五十三頁。風(fēng)荷載第二頁，共五十三頁。3.1

風(fēng)的有關(guān)知識(shí)

一、風(fēng)的形成

風(fēng)是空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動(dòng)而形成的。

二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)1、臺(tái)風(fēng)（颶風(fēng)）

熱帶海洋上空產(chǎn)生的一種氣旋2、季風(fēng)

冬季：大陸冷，海洋暖，風(fēng)：大陸→海洋夏季：大陸熱，海洋冷，風(fēng)：海洋→大陸第三頁，共五十三頁。

三、我國的風(fēng)氣候總況風(fēng)力大小臺(tái)灣、海南、南海諸島東南沿海地區(qū)東北、華北、西北地區(qū)青藏高原長(zhǎng)江中下游、黃河中下游地區(qū)云貴高原第四頁，共五十三頁。

四、風(fēng)力等級(jí)風(fēng)力等級(jí)表3-1

風(fēng)力等級(jí)簡(jiǎn)稱風(fēng)級(jí)，是風(fēng)強(qiáng)度（風(fēng)力）的一種表示方法。國際通用的風(fēng)力等級(jí)是由英國人蒲福（Beaufort）于1805年擬定的，故又稱為“蒲福風(fēng)力等級(jí)”。

它最初是根據(jù)風(fēng)對(duì)炊煙、沙塵、地物、漁船、海浪等的影響大小分為0~12級(jí)，共13級(jí)。

風(fēng)速越大，風(fēng)級(jí)越大。

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)所引起的現(xiàn)象來劃分等級(jí)。第五頁，共五十三頁。第六頁，共五十三頁。

2004年從國際空間站拍攝的颶風(fēng)“伊萬”

云圖

風(fēng)速在200km/h以上第七頁，共五十三頁。颶風(fēng)“伊萬”摧毀的房屋第八頁，共五十三頁。

超高層結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)、橋梁、大型公共項(xiàng)目等，必要時(shí)需進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，測(cè)試風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，從而為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第九頁，共五十三頁。3.2風(fēng)壓風(fēng)壓的定義：當(dāng)風(fēng)以一定的速度向前運(yùn)動(dòng)遇到建筑物、構(gòu)筑物、橋梁等阻礙物時(shí)，將對(duì)這些阻礙物產(chǎn)生壓力，即風(fēng)壓。風(fēng)速→風(fēng)壓

主要側(cè)向荷載之一

水平風(fēng)壓（靜力作用）

振動(dòng)效應(yīng)（動(dòng)力作用）風(fēng)荷載依據(jù)當(dāng)?shù)仫L(fēng)速資料確定基本風(fēng)壓第十頁，共五十三頁。

一、風(fēng)速與風(fēng)壓的關(guān)系（由流體力學(xué)中的伯努利方程得到）不同的地理位置，大氣條件是不同的，γ和g值也不相同。

為了比較不同地區(qū)風(fēng)壓的大小，必須對(duì)測(cè)量高度、地貌環(huán)境進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)定。測(cè)量高度地貌環(huán)境基本風(fēng)速（抗風(fēng)設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)）第十一頁，共五十三頁。全國各城市的基本風(fēng)壓值全國672個(gè)地點(diǎn)的基本氣象臺(tái)（站）第十二頁，共五十三頁。

二、基本風(fēng)壓w0

基本風(fēng)壓：觀測(cè)場(chǎng)地空曠平坦地面上，離地10m高，用風(fēng)速儀測(cè)得10min平均風(fēng)速資料→統(tǒng)計(jì)分析確定50年一遇的基本風(fēng)速v0（m/s）

→得到當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓值w0（kN/m2）。

基本風(fēng)壓按規(guī)范表格給出的50年一遇的風(fēng)壓值采用，但不得小于0.3kN／m2。

對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)（自重較輕的鋼木主體結(jié)構(gòu)），這類結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載很重要，計(jì)算風(fēng)荷載的各種因素和方法還不十分確定，因此基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范具體規(guī)定。

第十三頁，共五十三頁。

一、結(jié)構(gòu)的風(fēng)力和風(fēng)效應(yīng)風(fēng)速在建筑物表面風(fēng)壓風(fēng)力（三個(gè)分量）風(fēng)流經(jīng)建筑物所產(chǎn)生的風(fēng)力沿表面積分

風(fēng)效應(yīng)：由風(fēng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)內(nèi)力、位移、速度、加速度響應(yīng)等。一般情況下風(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)扭力矩的影響。順風(fēng)向風(fēng)力和橫風(fēng)向風(fēng)力是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要考慮的對(duì)象。P533.5結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個(gè)重要概念順風(fēng)向風(fēng)力：PD橫風(fēng)向風(fēng)力：PL扭風(fēng)力矩：PM第十四頁，共五十三頁。

二、順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

垂直于建筑物表面上的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：P61（3-25）查表第十五頁，共五十三頁。1、風(fēng)壓高度變化系數(shù)

μz

風(fēng)速會(huì)受到地面建筑物的摩擦而減小，風(fēng)速隨離地面高度增加而增大，通常認(rèn)為在離地面高度300m~550m時(shí)，風(fēng)速不再受地面粗糙度的影響，也即達(dá)到所謂“梯度風(fēng)速”，該高度稱之為梯度風(fēng)高度HT。P46不同地面粗糙度影響下的風(fēng)速剖面圖550由圖可知：1、大城市市區(qū)、城市市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和郊區(qū)及開闊水面和沙漠的粗糙度依次減小。2、地面越粗糙，

風(fēng)速變化越慢，HT越大。3、反之，地面越平坦，

風(fēng)速變化越快，HT越小。4、一般大城市市區(qū)HT為550m；城市市區(qū)HT為450m；鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)HT為350m；開闊水面和沙漠HT為300m。第十六頁，共五十三頁?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》將地面粗糙度分成ABCD四類。P48地面粗糙度類別劃分A類：指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類：指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類：指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類：指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。觀測(cè)場(chǎng)地空曠平坦地面上，離地10m高→B類第十七頁，共五十三頁。風(fēng)壓高度變化系數(shù)

μz的取值方法表3-5風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz第十八頁，共五十三頁。表3-5風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz由圖可知：1、大城市市區(qū)、城市市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和郊區(qū)及開闊水面和沙漠的粗糙度依次減小。2、地面越粗糙，

風(fēng)速變化越慢，HT越大。3、反之，地面越平坦，

風(fēng)速變化越快，HT越小。4、一般大城市市區(qū)HT為550m；城市市區(qū)HT為450m；鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)HT為350m；開闊水面和沙漠HT為300m。第十九頁，共五十三頁。

二、順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

垂直于建筑物表面上的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：P61《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第二十頁，共五十三頁。2、風(fēng)荷載體型系數(shù)

μs

它描述了建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力分布規(guī)律（壓力或吸力），主要與房屋的體型和尺度有關(guān)，由于它涉及的是關(guān)于固體與流體相互作用的流體力學(xué)問題，對(duì)于不規(guī)則形狀的固體，問題尤為復(fù)雜，無法給出理論上的結(jié)果，一般均應(yīng)由試驗(yàn)測(cè)得。第二十一頁，共五十三頁。迎風(fēng)面墻受壓力第二十二頁，共五十三頁。屋頂受吸力第二十三頁，共五十三頁。側(cè)墻受吸力第二十四頁，共五十三頁。背風(fēng)面墻受吸力第二十五頁，共五十三頁。單層雙坡屋面房屋各個(gè)面上的風(fēng)力分布垂直指向建筑物表面的產(chǎn)生壓力垂直離開建筑物表面的產(chǎn)生吸力第二十六頁，共五十三頁。如圖，風(fēng)流經(jīng)房屋時(shí)對(duì)房屋的作用，迎風(fēng)面為壓力（用“+”號(hào)表示），側(cè)風(fēng)面及背風(fēng)面為吸力（用“-”號(hào)表示），由于存在渦流，各個(gè)面上的風(fēng)壓分布并非均勻。風(fēng)迎背側(cè)側(cè)當(dāng)風(fēng)流經(jīng)房屋時(shí)，對(duì)房屋的不同部位會(huì)產(chǎn)生不同的效果。有壓力也有吸力?？諝饬鲃?dòng)還會(huì)產(chǎn)生渦流，對(duì)房屋局部會(huì)產(chǎn)生較大的壓力或吸力。風(fēng)對(duì)房屋表面的作用力有壓力和吸力；風(fēng)對(duì)房屋表面的作用力并非均勻；且隨房屋的體型及尺度而改變。第二十七頁，共五十三頁。風(fēng)荷載的體形系數(shù)μs涉及的是關(guān)于固體與流體相互作用的流體力學(xué)問題，對(duì)于不規(guī)則形狀的固體，問題尤為復(fù)雜，無法給出理論上的結(jié)果，一般均應(yīng)由試驗(yàn)確定，鑒于原型實(shí)測(cè)方法對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不現(xiàn)實(shí)性，目前只能采用相似原理，對(duì)擬建的建筑物模型進(jìn)行測(cè)試。為了實(shí)用性考慮，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范2012》給出了39項(xiàng)不同類型建筑物的結(jié)構(gòu)體型及其體型系數(shù)μs

，這些都是根據(jù)國內(nèi)外的試驗(yàn)資料和國外規(guī)范中的建議性規(guī)定整理而成，當(dāng)建筑物與表中列出的體型類同時(shí)可參考應(yīng)用。風(fēng)迎背側(cè)側(cè)第二十八頁，共五十三頁。房屋和構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)，可按下列規(guī)定采用：1、房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類同時(shí)，可按表的規(guī)定采用；2、房屋和構(gòu)筑物與表中的體型不同時(shí)，可按有關(guān)資料采用；當(dāng)無資料時(shí)，宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定；3、對(duì)于重要且體型復(fù)雜的房屋和構(gòu)筑物，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。風(fēng)荷載體型系數(shù)μs第二十九頁，共五十三頁。正號(hào)：垂直指向表面的壓力負(fù)號(hào)：垂直背離表面的吸力風(fēng)向第三十頁，共五十三頁。第三十一頁，共五十三頁。第三十二頁，共五十三頁。垂直指向建筑物表面的產(chǎn)生壓力垂直離開建筑物表面的產(chǎn)生吸力風(fēng)荷載體型系數(shù)μs體現(xiàn)風(fēng)荷載在建筑物各個(gè)面上的分布情況第三十三頁，共五十三頁。

二、順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

垂直于建筑物表面上的順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算：當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)：P61《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》第三十四頁，共五十三頁。3、順風(fēng)向風(fēng)振系數(shù)βz風(fēng)對(duì)建筑物的作用是不規(guī)則的，風(fēng)力隨風(fēng)速的紊亂變化而不停的改變。這使得建筑物在風(fēng)的作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)（風(fēng)振）。參考國外規(guī)范及我國建筑工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)和理論研究的實(shí)踐情況，對(duì)于結(jié)構(gòu)基本自振周期T＞0.25s的各種高聳結(jié)構(gòu)，以及對(duì)于高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，由風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)比較明顯，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮風(fēng)振的影響。P56

第三十五頁，共五十三頁。單層房屋的風(fēng)荷載計(jì)算多層房屋的風(fēng)荷載計(jì)算高層房屋的風(fēng)荷載計(jì)算第三十六頁，共五十三頁。例1：某小區(qū)圍墻在風(fēng)荷載作用下，該圍墻離室外地面高度為2.5m，縱向長(zhǎng)度為30m，建于城市郊區(qū)，當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓w0=0.5kN/m2。要求確定風(fēng)荷載作用下室外地面處的總剪力V值（kN/m），已知體型系數(shù)μs如圖所示。1、查P48，城市郊區(qū)的地面粗糙度為B類。2、因?yàn)閲鷫Φ母叨葄=2.5m，查P48表3-5，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=1.0。3、查P50表3-7，體型系數(shù)μs=1.3。4、根據(jù)規(guī)定，此圍墻可不考慮風(fēng)振系數(shù)，即βz=1.0。6、縱向單位長(zhǎng)度圍墻承受的風(fēng)荷載合力：7、室外地面處總剪力V=1.625kN/m單層房屋的風(fēng)荷載計(jì)算5、應(yīng)用P61規(guī)范式（3-25）得風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值wk：wk2.5mV第三十七頁，共五十三頁。例2：?jiǎn)螌臃课菸萆w頂面斜坡部分的風(fēng)荷載計(jì)算，如圖，屋面長(zhǎng)度L，屋面寬度B，屋蓋頂面斜坡高度h，屋蓋坡度α，迎風(fēng)面體型系數(shù)μs1，背風(fēng)面體型系數(shù)μs2，基本風(fēng)壓為w0，風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz，確定屋蓋頂面斜坡部分的風(fēng)荷載集中力Fw。1、迎風(fēng)面斜坡面積Aw=迎風(fēng)面斜坡合力Fwk1=Fwk1的水平分力F1為：2、同理，背風(fēng)面斜坡合力Fwk2的水平分力F2：迎背迎背FwF1F2AwAwFwk1wk1wk2Fwk2A第三十八頁，共五十三頁。例3：某封閉式雙坡屋面?zhèn)}庫，其屋面坡度為1:2.5（α=21.8°）,柱距及屋架間距均為6m，倉庫平面及剖面如圖所示，當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓w0為0.45kN/m2，地面粗糙度為B類，求在圖示風(fēng)向情況下，作用在中間榀排架上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。取橫向1個(gè)柱距作為分析風(fēng)力的計(jì)算單元，如圖所示。(1)排架柱頂風(fēng)荷載集中力Fw屋蓋迎風(fēng)面：μs1=屋蓋背風(fēng)面：μs2=(2)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz：查表3-5z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊處距室外地面的距離；B類，

取μz=1.0查表3-7，項(xiàng)次2迎背6mμs2Fw迎背μs1wk1wk2wk3wk4一榀排架第三十九頁，共五十三頁。一榀排架FwA6m3.5m第四十頁，共五十三頁。取橫向1個(gè)柱距作為分析風(fēng)力的計(jì)算單元，如圖所示。(1)排架柱頂風(fēng)荷載集中力Fw(標(biāo)準(zhǔn)值)屋蓋迎風(fēng)面：μs1=屋蓋背風(fēng)面：

μs2=(2)風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz：查表3-5z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊處距室外地面的距離；B類，

取μz=1.0(3)單層房屋取βz=1.0(4)A=6m×3.5m查表3-7，項(xiàng)次2A6mFw迎背μs2μs1wk1wk2wk3wk4迎背一榀排架第四十一頁，共五十三頁。6m(5)

排架柱A、B的均布風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值:查表3-7，項(xiàng)次2，迎風(fēng)面μs3=0.8；背風(fēng)面μs4=-0.5。風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz，取柱頂處z=5.15m，查表3-5，B類，

取μz=1.0。排架柱A所受的均布風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk3：排架柱B所受的均布風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk4：AFw迎背μs2μs1wk1wk2wk3wk4迎背μs3μs4wk4μs3μs4wk3AB計(jì)算模型迎背第四十二頁，共五十三頁。單層房屋風(fēng)荷載的計(jì)算，未考慮風(fēng)振系數(shù)βz的影響。多層房屋的風(fēng)荷載計(jì)算風(fēng)對(duì)建筑物的作用是不規(guī)則的，風(fēng)力隨風(fēng)速的紊亂變化而不停的改變。這使得建筑物在風(fēng)的作用下會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)（風(fēng)振）。參考國外規(guī)范及我國建筑工程抗風(fēng)設(shè)計(jì)和理論研究的實(shí)踐情況，對(duì)于結(jié)構(gòu)基本自振周期T＞0.25s的各種高聳結(jié)構(gòu)，以及對(duì)于高度大于30m且高寬比大于1.5的高柔房屋，由風(fēng)引起的結(jié)構(gòu)振動(dòng)比較明顯，設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮風(fēng)振的影響。P56第四十三頁，共五十三頁。例4：一幢矩形平面的8層辦公樓，其平面尺寸為22m×50m，房屋高度H=28m。基本風(fēng)壓w0=0.60kN/m2。地面粗糙度屬D類。求：由橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的地面總剪力標(biāo)準(zhǔn)值Vw0。1、風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz

地面粗糙度屬D類，房屋高度H=28m，表3-5，μz=0.512、風(fēng)荷載體型系數(shù)μs

表3-7第10項(xiàng)，迎風(fēng)面μs1=+0.8，背風(fēng)面μs2=-0.53、風(fēng)振系數(shù)βz

H=28m＜30m，高寬比H/B=28/22=1.27＜1.5，取βz=1.04、風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk5、由橫向風(fēng)荷載產(chǎn)生的地面總剪力標(biāo)準(zhǔn)值:風(fēng)向迎背wk1μs1wk2μs2第四十四頁，共五十三頁。例5：某六層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)辦公樓如圖，當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓w0=0.5kN/m2，地面粗糙度為C類。求在圖示風(fēng)向作用下，集中在房屋橫向各樓層處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。房屋高度H=23.9m＜30m，高寬比H/B=23.9/14.6=1.64＞1.5，可不考慮順風(fēng)向風(fēng)振影響，取βz=1.0表3-7項(xiàng)次10，體型系數(shù)μs=0.8+0.5=1.3表3-5，C類，μz在房屋高度23.9m范圍內(nèi)不同高度處不盡相同?求集中在各樓層處的“風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fi”?第四十五頁，共五十三頁。多層房屋（包含高層房屋）在計(jì)算集中在各樓層處風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fi時(shí)，各樓層梁板體系的風(fēng)荷載受風(fēng)面積如圖所示。頂層Fn只計(jì)算頂層樓高的一半；中間層Fi計(jì)本層與相鄰上一層的樓層高度的一半。底層F1計(jì)底層與相鄰第2層的樓層高度的一半；水平風(fēng)荷載集中在各層樓面梁板體系柱F1FiFnwk第四十六頁，共五十三頁。求集中在各樓層處的“風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fi”2）為簡(jiǎn)化計(jì)算，分區(qū)段，A1，A2，A3….，且各區(qū)段內(nèi)的風(fēng)荷載集中在樓層標(biāo)高處；1）μz在房屋不同高度處值不相同；3）認(rèn)為各區(qū)段內(nèi)的μz

相同，其值取各區(qū)段中間即樓層標(biāo)高處的μz值；A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6第四十七頁，共五十三頁。A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6第四十八頁，共五十三頁。A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6樓層編號(hào)123456zi(m)59.513.116.720.323.9μzi0.650.650.650.680.740.79各區(qū)段受風(fēng)面積Ai(m2)36.5×4.7536.5×4.0536.5×3.636.5×3.636.5×3.636.5×1.8風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值Fi(kN)73.2562.4655.5258.0863.2033.74各樓層位置處的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值Fi結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將沿高度分布的風(fēng)荷載換算成集中作用在各樓層位置處的水平荷載（即取上、下樓層各一半的風(fēng)