作用與荷載設(shè)計(jì)3課件

第三章可變作用3.1概述工業(yè)與民用建筑中可變作用的類型橋涵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中可變作用的類型土的凍脹力汽車荷載引起的土側(cè)壓力土的凍脹力凍脹力的形成平均凍脹率凍脹力的分類（按方向）汽車荷載引起的土側(cè)壓力形成的原因計(jì)算方法一、樓面活荷載的取值原則

1.樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值雖然《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)對一般民用建筑和某些類別的工業(yè)建筑有明確的樓面荷載取值規(guī)定，但設(shè)計(jì)中有時會遇到要求確定某種規(guī)范中未明確的樓面活荷載的情況，此時可按下列方法確定其標(biāo)準(zhǔn)值。(1)對該種樓面活荷載的觀測進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)有足夠資料并能對其統(tǒng)計(jì)分布作出合理估計(jì)時，則在房屋設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期(50年)最大值的分布上，根據(jù)協(xié)定的百分位取其某分位值作為該種樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。(2)對不能取得充分資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的樓面活荷載，可根據(jù)已有的工程經(jīng)驗(yàn)，通過分析判斷后，協(xié)定一個可能出現(xiàn)的最大值作為該類樓面活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值。(3)對房屋內(nèi)部設(shè)施比較固定的情況，設(shè)計(jì)時可直接按給定布置圖式或按對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生最不利效應(yīng)的荷載布置圖式，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。(4)對使用性質(zhì)類同的房屋，如內(nèi)部配置的設(shè)施大致相同，一般可對其進(jìn)行合理分類，在同一類別的房屋中，選取各種可能的荷載布置圖式，經(jīng)分析研究后選出最不利的布置作為該類房屋樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值的確定依據(jù)，采用等效均布荷載方法求出樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值。樓面和屋面活荷載

2.樓面活荷載準(zhǔn)永久值對《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載準(zhǔn)永久值可按下列原則確定。 (1)按可變荷載準(zhǔn)永久值定義，由荷載任意時點(diǎn)分布上的中值確定。 (2)對有可能將可變荷載劃分為持久性和臨時性兩類荷載時，可直接引用持久性荷載分布中的規(guī)定分位值為該活荷載的準(zhǔn)永久值。 (3)當(dāng)缺乏系統(tǒng)的觀測資料時，可根據(jù)樓面使用性質(zhì)的類同性，參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準(zhǔn)永久值系數(shù)經(jīng)分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載

3.樓面活荷載頻遇值 對《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載頻遇值可按下列原則確定。 (1)按可變荷載準(zhǔn)頻遇值定義，可近似在荷載任意時點(diǎn)分布上取其超越概率為較小值的荷載值，該超越荷載值建議不大于10%。 (2)當(dāng)缺乏系統(tǒng)的觀測資料時，可根據(jù)樓面使用性質(zhì)的類同性，參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準(zhǔn)頻遇值系數(shù)經(jīng)分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載

5.樓面活荷載的動力系數(shù)樓面在荷載作用下的動力響應(yīng)來源于其作用的活動狀態(tài)，大致可分為兩大類：一類是在正?；顒酉掳l(fā)生的樓面穩(wěn)態(tài)振動，例如機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，車輛的行使，競技運(yùn)動場上觀眾的持續(xù)歡騰、跳舞和走步等；另一類是偶爾發(fā)生的樓面瞬態(tài)振動，例如重物墜落、人自高處跳下等。前一種作用在結(jié)構(gòu)上可以是周期性的，也可以是非周期性的；后一種是沖擊荷載，引起振動都將因結(jié)構(gòu)阻尼而消逝。樓面設(shè)計(jì)時，對一般結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)，可不經(jīng)過結(jié)構(gòu)的動力分析，而直接對樓面上的靜力荷載乘以動力系數(shù)后，作為樓面活荷載，按靜力分析確定結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)。在很多情況下，由于荷載效應(yīng)中的動力部分占比重不大，在設(shè)計(jì)中往往可以忽略，或直接包含在標(biāo)準(zhǔn)值的取值中。對沖擊荷載，由于影響比較明顯，在設(shè)計(jì)中應(yīng)予以考慮。

樓面和屋面活荷載二、民用建筑樓面均布活荷載

1.民用建筑樓面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值及組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)民用建筑樓面活荷載是指建筑物中的人群、家具、設(shè)施等產(chǎn)生的重力作用，這些荷載的量值隨時間發(fā)生變化，位置也是可移動的，亦稱可變荷載。樓面活荷載按其隨時間變異的特點(diǎn)，可分為持久性和臨時性兩部分。持久性活載荷是指樓面上在某個時段內(nèi)基本保持不變的荷載，例如住宅內(nèi)的家具、物品、常住人員等，這些荷載在住戶搬遷入住后一般變化不大；臨時性活荷載是指樓面上偶爾出現(xiàn)的短期荷載，例如聚會的人群、裝修材料的堆積等。 樓面和屋面活荷載

2.民用建筑樓面活荷載標(biāo)準(zhǔn)值折減目前大多數(shù)國家均采用半經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)方法，根據(jù)荷載從屬面積的大小來考慮折減系數(shù)。1)國際通行做法在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO2103中，建議按下述不同情況對樓面均布荷載乘以折減系數(shù)。(1)在計(jì)算梁的樓面活荷載效應(yīng)時，公式為：①對住宅、辦公樓等房屋或其房間，公式為：

(A＞18m2)(3-1)②對公共建筑或其房間，公式為：

(A＞18m2)(3-2)式中，A為所計(jì)算梁的從屬面積，指向梁兩側(cè)各延伸1/2梁間距范圍內(nèi)的實(shí)際樓面面積。(2)在計(jì)算多層房屋的柱、墻或基礎(chǔ)的樓面活荷載效應(yīng)時：①對住宅、辦公樓等房屋，公式為： (3-3)②對公共建筑，公式為： (3-4)式中，n為所計(jì)算截面以上樓層數(shù)，2。樓面和屋面活荷載3.樓面等效均布活荷載的確定方法(1)樓面、變形及裂縫的等值要求來確定等效均布活荷載。在一般情況下，可僅按控制截面內(nèi)力的等值原則確定。

(2)由于實(shí)際工程中生產(chǎn)、檢修、安裝工藝以及結(jié)構(gòu)布置的不同，樓面活荷載差別可能較大，此情況下應(yīng)劃分區(qū)域，分別確定各區(qū)域的等效均布活荷載。

(3)連續(xù)梁、板的等效均布荷載，可按單跨簡支梁、簡支板計(jì)算，但在計(jì)算梁、板的實(shí)際內(nèi)力時仍按連續(xù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可考慮梁、板塑性內(nèi)力重分布，并按彈性階段分析內(nèi)力確定等效均布活荷載。(4)板面等效均布荷載按板內(nèi)分布彎矩等效的原則確定，即簡支板在實(shí)際的局部荷載作用下引起的絕對最大彎矩，應(yīng)等于該簡支板在等效均布荷載作用下引起的絕對最大彎矩。單向板上局部荷載的等效均布活荷載，可按下式計(jì)算：(5)計(jì)算板面等效均布荷載時，還必須明確擱置于樓面上的工藝設(shè)備局部荷載的實(shí)際作用面尺寸，作用面一般按矩形考慮，并假定荷載按45°擴(kuò)散線傳遞，這樣可以方便地確定荷載擴(kuò)散到板中性層處的計(jì)算寬度，從而確定單向板上局部荷載的有效分布寬度。 樓面和屋面活荷載四、屋面活荷載和屋面積灰荷載

1.屋面均布活荷載工業(yè)及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)按表3-10采用。

樓面和屋面活荷載項(xiàng)次類別標(biāo)準(zhǔn)值/(kN/m2)組合值系數(shù)ψc頻遇值系數(shù)ψf準(zhǔn)永久值系數(shù)ψql不上人的屋面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.5屋面均布活荷載注：①不上人的屋面，當(dāng)施工或維修荷載較大時，應(yīng)按實(shí)際情況采用；對不同結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定，將標(biāo)準(zhǔn)值作0.2kN/m2的增減。②上人的屋面，當(dāng)兼作其他用途時，應(yīng)按相應(yīng)樓面活荷載采用。③對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應(yīng)采取構(gòu)造措施加以防止；必要時，應(yīng)按積水的可能深度確定屋面活荷載。④屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。設(shè)計(jì)時注意屋面活荷載不應(yīng)與雪荷載同時考慮，此外該活荷載是屋面的水平投影面上的荷載。由于我國大多數(shù)地區(qū)的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值小于屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值，因此在屋面結(jié)構(gòu)和構(gòu)件計(jì)算時，往往是屋面均布活荷載對設(shè)計(jì)起控制作用。高檔賓館、大型醫(yī)院等建筑的屋面有時還設(shè)有直升機(jī)停機(jī)坪，直升機(jī)總重引起的局部荷載可按直升機(jī)的實(shí)際最大起飛重量并考慮動力系數(shù)確定，同時其等效均布荷載不低于5.0kN/m2。當(dāng)沒有機(jī)型技術(shù)資料時，一般可依據(jù)輕、中、重3種類型的不同要求，按表2-12規(guī)定選用局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值及作用面積。直升機(jī)的局部荷載及作用面積樓面和屋面活荷載注：荷載的組合值系數(shù)應(yīng)取0.7，頻遇值系數(shù)應(yīng)取0.6，準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)取0。類型最大起飛重量/t局部荷載標(biāo)準(zhǔn)值/kN作用面積/m2輕型2200.20×0.20中型4400.25×0.25重型6600.30×0.30對有雪地區(qū)，積灰荷載應(yīng)與雪荷載一道考慮；雨季的積灰吸水后重度增加，可通過不上人屋面的活荷載來補(bǔ)償。因此，積灰荷載應(yīng)與雪荷載或不上人的屋面均布活荷載兩者中的較大值同時考慮。【例2.3】要求確定某水泥廠的機(jī)修車間天溝處的鋼筋混凝土大型屋面板的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值。解：查表3-10，該車間屬水泥廠無灰源的車間且屋面坡度a<25°，因此，其屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值為0.5kN/m2，但根據(jù)規(guī)定天溝處的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)乘以增大系數(shù)1.4，故該處的屋面積灰荷載標(biāo)準(zhǔn)值qak。

樓面和屋面活荷載五施工、檢修荷載及欄桿水平荷載1.施工和檢修荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預(yù)制小梁時，除了考慮屋面均布活荷載外，還應(yīng)按下列施工、檢修集中荷載(人和工具自重)標(biāo)準(zhǔn)值出現(xiàn)在最不利位置上進(jìn)行驗(yàn)算。(1)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐和預(yù)制小梁，施工或檢修集中荷載應(yīng)取1.0kN，并應(yīng)作用在最不利位置處進(jìn)行驗(yàn)算。(2)計(jì)算挑檐、雨篷承載力時，應(yīng)沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載；在驗(yàn)算挑檐、雨篷傾覆時，應(yīng)沿板寬每隔2.5～3.0m取一個集中荷載，集中荷載的位置作用于挑檐、雨篷端部(圖2.15)。(3)對于輕型構(gòu)件或較寬構(gòu)件，當(dāng)施工荷載超過上述荷載時，應(yīng)按實(shí)際情況驗(yàn)算，或采用加墊板、支撐等臨時設(shè)計(jì)承受。2.欄桿水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)計(jì)樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿時，考慮到人群擁擠可能會對欄桿產(chǎn)生側(cè)向推力，應(yīng)在欄桿頂部作用水平荷載進(jìn)行驗(yàn)算(圖3.20)。欄桿水平荷載的取值與人群活動密集程度有關(guān)，可按下列規(guī)定采用。

樓面和屋面活荷載樓面和屋面活荷載(2)傾覆點(diǎn)至墻外邊緣的距離。雨篷傾覆時，參照《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50003—2001)第7.4.2條關(guān)于挑梁傾覆點(diǎn)的規(guī)定，由于雨篷板支于雨篷梁上，即埋入墻深度為雨篷梁的寬度，其值小于2.2倍的梁高，因此，計(jì)算傾覆點(diǎn)離墻外邊緣的距離應(yīng)為0.13倍的雨篷梁寬度，即：

(3)傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值。由施工荷載或檢修荷載產(chǎn)生的傾覆彎矩標(biāo)準(zhǔn)值為：

思考題1.土的自重應(yīng)力計(jì)算可以分幾種情況，如何確定？2.屋面活荷載都應(yīng)考慮哪些內(nèi)容，如何計(jì)算？3.如何確定橋面上的荷載？4.吊車荷載應(yīng)考慮哪些方面，如何計(jì)算？5.樓面活荷載如何取值，應(yīng)注意哪些問題？一、吊車工作制等級與工作級別按吊車在使用期內(nèi)要求的總工作循環(huán)次數(shù)分成10個利用登級，又按吊車荷載達(dá)到其額定值的頻繁程度分成4個載荷狀態(tài)(輕、中、重、特重)。根據(jù)要求的利用等級和荷載狀態(tài)，確定調(diào)查的工作級別，共分8個級別作為吊車設(shè)計(jì)的依據(jù)?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)在吊車荷載的規(guī)定中也相應(yīng)采用按工作級別劃分，現(xiàn)在采用的工作級別與以往采用的工作制等級存在對應(yīng)關(guān)系，如表所示。表吊車的工作制等級與工作級別的對應(yīng)關(guān)系吊車荷載工作制等級輕級中級重級超重級工作級別A1～A3A4，A5A6，A7A8二、吊車豎向荷載和水平荷載1.吊車豎向荷載標(biāo)準(zhǔn)值最小輪壓則往往需由設(shè)計(jì)者自行計(jì)算，其計(jì)算公式如下。(1)對每端有兩個車輪的吊車(如電動單梁起重機(jī)、起重量不大于50t的普通電動吊鉤橋式起重機(jī)等)，其最小輪壓為： (3-15)(2)對每端有4個車輪的吊車(如起重量超過50t的普通電動吊鉤橋式起重機(jī)等)，其最小輪壓為：

式中，——吊車的最小輪壓(kN)； ——吊車的最大輪壓(kN)；G——吊車的總重量(t)；Q——吊車的額定起重量(t)；g——重力加速度，取等于9.81m/s2。吊車荷載3.吊車水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車水平荷載有縱向和橫向兩種。1)吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車縱向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按作用在吊車一端軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用。該項(xiàng)荷載的作用點(diǎn)位于剎車輪與軌道的接觸點(diǎn)，其方向與軌道方向一致。2)吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算： (3-20)式中，H——吊車橫向水平荷載標(biāo)準(zhǔn)值；——系數(shù)，對軟鉤吊車：當(dāng)額定起重量不大于10t時，應(yīng)取0.12；當(dāng)額定起重量為16～50t時，應(yīng)取0.10；當(dāng)額定起重量不小于75t時，應(yīng)取0.08；對硬鉤吊車：應(yīng)取0.20；Q——吊車的額定起重質(zhì)量；G1——橫行小車質(zhì)量。吊車橫向水平荷載應(yīng)等分于吊車橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反方向剎車情況。

吊車荷載4.多臺吊車的組合對于多層吊車的單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)應(yīng)按實(shí)際情況考慮；當(dāng)有特殊情況時，參與組合的吊車臺數(shù)也應(yīng)按實(shí)際情況考慮。計(jì)算排架考慮多臺吊車水平荷載時，對單跨或多跨的每個排架，參與組合的吊車臺數(shù)不應(yīng)多于兩臺。按照以上組合方法，吊車荷載不論是由兩臺還是由4臺吊車引起，都按照各臺吊車同時處于最不利位置，且同時滿載的極端情況考慮，實(shí)際上這種最不利情況出現(xiàn)的概率是極小的。從概率觀點(diǎn)來看，可將多臺吊車共同作用時的吊車荷載效應(yīng)組合予以折減。在實(shí)測調(diào)查和統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，可得到多臺吊車的荷載折減系數(shù) 表3-17多臺吊車荷載折減系數(shù)吊車荷載參與組合的吊車臺數(shù)吊車工作級別A1～A5A6～A820.900.9530.850.9040.800.85為了滿足實(shí)際工程中某些情況下需要的不是重現(xiàn)期為50年的雪壓數(shù)據(jù)要求，在《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)附錄D中對部分城市給出重現(xiàn)期為10年、50年和100年的雪壓數(shù)據(jù)。已知重現(xiàn)期為10年及100年的雪壓時，求當(dāng)重現(xiàn)期為R年時的相應(yīng)雪壓值時可按下式確定：

(3-24)式中，——重現(xiàn)期為R年的雪壓值(kN/m2)；——重現(xiàn)期10年的雪壓值(kN/m2)；——重現(xiàn)期為100年的雪壓值(kN/m2)。雪荷載

2.我國基本雪壓的分布特點(diǎn)(1)新疆北部是我國突出的雪壓高值區(qū)。(2)東北地區(qū)由于氣旋活動頻繁，并有山脈對氣流起抬升作用，冬季多降雪天氣，同時氣溫低，更有利于積雪。(3)長江中下游及淮河流域是我國稍南地區(qū)的一個雪壓高值區(qū)。(4)川西、滇北山區(qū)的雪壓也較高。該地區(qū)海拔高，氣溫低，濕度大，降雪較多而不易融化。但該地區(qū)的河谷內(nèi)，由于落差大，高度相對較低，氣溫相對較高，積雪不多。(5)華北及西北大部地區(qū)，冬季溫度雖低，但空氣干燥。水汽不足，降雪量較少，雪壓一般為0.2～0.3kN/m2。西北干旱地區(qū)，雪壓在0.2kN/m2以下。(6)南嶺、武夷山脈以南，冬季氣溫高，很少降雪，基本無積雪。雪荷載二、雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值、組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)

1.雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下式計(jì)算： (3-25) 式中，——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)； ——屋面積雪分布系數(shù)； ——基本雪壓(kN/m2)。雪荷載

2.雪荷載的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)及準(zhǔn)永久值系數(shù)雪荷載的組合值系數(shù)可取0.7；雪荷載的頻遇值系數(shù)可取0.6；雪荷載的準(zhǔn)永久值系數(shù)應(yīng)按分區(qū)圖(附圖2)中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的分區(qū)，分別取0.5、0.2、0；對部分城市的準(zhǔn)永久系數(shù)分區(qū)也可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)附錄D的規(guī)定查出。雪荷載三、屋面積雪分布系數(shù)

1.風(fēng)對屋面積雪的影響下雪過程中，風(fēng)會把部分將要飄落或者已經(jīng)飄積在屋面上的雪吹積到附近地面或鄰近較低的物體上，這種影響稱為風(fēng)對雪的飄積作用。對于高低跨屋面或帶天窗屋面，由于風(fēng)對雪的飄積作用，會將較高屋面上的雪吹落在較低屋面上，在低屋面處形成局部較大飄積雪荷載。有時這種積雪非常嚴(yán)重，最大可出現(xiàn)3倍于地面積雪的情況。低屋面上這種飄積雪大小及其分布情況與高低屋面上的高差有關(guān)。由于高低跨屋面交接處存在風(fēng)渦作用，積雪多按曲線分布堆積。對于多跨屋面，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大，其原因之一是風(fēng)作用下的雪飄積，屋脊處的部分積雪被風(fēng)吹落到屋谷附近，飄積雪在天溝處堆積較厚。雪荷載

2.屋面坡度對積雪的影響屋面雪荷載分布與屋面坡度密切相關(guān)，一般隨坡度的增加而減小，主要原因是風(fēng)的作用和雪滑移所致?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009—2001)規(guī)定對不同類別的屋面，其屋面積雪分布系數(shù)(屋面荷載與地面荷載之比)按表3-20采用。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮積雪分布的原則：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況采用；屋架或拱、殼可分別按積雪全跨均勻分布情況、不均勻分布情況和半跨的均勻分布的情況采用；框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況采用。雪荷載3.5風(fēng)荷載內(nèi)容提要第一小節(jié)風(fēng)的有關(guān)知識

第二小節(jié)風(fēng)壓

第三小節(jié)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個重要概念

第四小節(jié)順風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)

第五小節(jié)橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)

第一節(jié)風(fēng)的有關(guān)知識

赤道和低緯度地區(qū)：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小,且大氣因加熱膨脹，由表面向高空上升極地和高緯度地區(qū)：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、氣壓大，且大氣因冷卻收縮由高空向地表上升一、風(fēng)的形成--空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成

地表上存在氣壓差或壓力梯度北極赤道大氣熱力學(xué)環(huán)流模型二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)1、臺風(fēng)弱的熱帶氣旋性渦旋輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內(nèi)部形成暖心（渦旋內(nèi)部空氣密度減小，下部海面氣壓下降）低渦增強(qiáng)輻合加強(qiáng)。。。。。（循環(huán)）臺風(fēng)(typoon)臺風(fēng)名字2、季風(fēng)(seasonwind)冬季:大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低

風(fēng)從大陸吹向海洋夏季:大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低、氣壓高

風(fēng)從海洋吹向大陸三、風(fēng)級（根據(jù)風(fēng)對地面或海洋物體影響程度）

13個等級（0級12級）（P37，表4-1）0級1級2級3級4級5級6級7級8級9級10級11級12級靜風(fēng)軟風(fēng)輕風(fēng)微風(fēng)和風(fēng)清勁風(fēng)強(qiáng)風(fēng)疾風(fēng)大風(fēng)烈風(fēng)狂風(fēng)暴風(fēng)颶風(fēng)第二節(jié)風(fēng)壓1、風(fēng)壓與風(fēng)速的關(guān)系建筑物小股氣流流向高壓氣幕壓力線w=v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA風(fēng)壓的形成邊界條件：

2、基本風(fēng)壓w0

按規(guī)定的地貌、高度、時距等量測的風(fēng)速所確定的風(fēng)壓

地貌（地面粗糙度）空曠平坦地貌

高度

10米高為標(biāo)準(zhǔn)高度

公稱風(fēng)速時距

=10min

最大風(fēng)速的樣本時間一年

基本風(fēng)速的重現(xiàn)期T0基本風(fēng)速出現(xiàn)一次所需要的時間每年不超過基本風(fēng)壓的概率或保證率p0=1-1/T0（圖中影形面積）

GB50009-2001規(guī)定：以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦地面上離地10m高統(tǒng)計(jì)所得的50年一遇10min內(nèi)最大風(fēng)速v0為標(biāo)準(zhǔn)，按w

0=v02/1600確定。最大風(fēng)速--隨機(jī)變量年最大風(fēng)速p基本風(fēng)速面積p0=1-1/T0年平均最大風(fēng)速年最大風(fēng)速概率密度分布第三節(jié)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)計(jì)算的幾個重要概念

PL

截面風(fēng)速

BPMPD

流經(jīng)任意截面物體所產(chǎn)生的力

結(jié)構(gòu)上的風(fēng)力順風(fēng)向力→PD、橫風(fēng)向力→PL、扭力矩→PM

結(jié)構(gòu)的風(fēng)效應(yīng)~由風(fēng)力產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移、速度、加速度響應(yīng)、扭轉(zhuǎn)響應(yīng)一、結(jié)構(gòu)的風(fēng)力和風(fēng)效應(yīng)二、順風(fēng)向平均風(fēng)與脈動風(fēng)順風(fēng)向風(fēng)速時程曲線平均風(fēng)→忽略其對結(jié)構(gòu)的動力影響→等效為靜力作用（∵風(fēng)的長周期結(jié)構(gòu)的自振周期）

脈動風(fēng)→引起結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)（∵風(fēng)的短周期接近結(jié)構(gòu)自振周期）

順風(fēng)向的風(fēng)效應(yīng)：平均風(fēng)效應(yīng)、脈動風(fēng)效應(yīng)脈動風(fēng)速vf—短周期成分，周期一般只有幾秒鐘vf

v(t)t一、順風(fēng)向平均風(fēng)效應(yīng)1、風(fēng)載體型系數(shù)（s）

氣流未被房屋干擾前的流速v0，壓力p0房屋表面某點(diǎn)的流速v，壓力p

伯努里方程：p0+v02/2=p+v2/2

w=p-p0=(1-v2/v02)

v02/2=sw0s=1-v2/v02

—風(fēng)載體型系數(shù)，即風(fēng)作用于建筑物上所引起的實(shí)際壓力（或吸力）與來流風(fēng)的速度壓的比值,w/w0=s。主要與建筑物的體型和尺度有關(guān)，也與周圍環(huán)境和地面粗糙度有關(guān)描述建筑物表面在穩(wěn)定風(fēng)壓作用下的靜態(tài)壓力的分布規(guī)律。風(fēng)載體型系數(shù)s一般采用相似原理，在邊界層風(fēng)洞內(nèi)對擬建的建筑物模型進(jìn)行試驗(yàn)確定?！兑?guī)范》GB50009-2001表7.3.1給出了38項(xiàng)不同類型的建筑物和各類結(jié)構(gòu)體型及其體型系數(shù)房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類同時，可按表規(guī)定取用；房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類不同時，可參考有關(guān)資料采用；房屋和構(gòu)筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定；對重要且體型復(fù)雜的房屋和構(gòu)筑物，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。風(fēng)洞試驗(yàn)--在風(fēng)洞中建筑物能實(shí)現(xiàn)大氣邊界層范圍內(nèi)風(fēng)的平均風(fēng)剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風(fēng)速隨高度的變化

大氣紊流縱向分量--建筑物長度尺寸具有相同的相似常數(shù)建筑物的風(fēng)洞尺寸：寬24m、高23m，長530m

模擬風(fēng)剖面--要求模型與原形的環(huán)境風(fēng)速梯度、紊流強(qiáng)度和紊流頻譜在幾何上和運(yùn)動上都相似風(fēng)洞試驗(yàn)：委托風(fēng)工程專家和專門的實(shí)驗(yàn)人員費(fèi)用較高（國外應(yīng)用較普遍、國內(nèi)應(yīng)用較少）風(fēng)洞試驗(yàn)?zāi)Ｐ头诸悾?）剛性壓力模型--主要量測建筑物表面的風(fēng)壓力（吸力）建筑模型材料：采用有機(jī)玻璃建筑模型比例：約1：3001：500建筑模型本身、周圍結(jié)構(gòu)模型以及地形都應(yīng)與實(shí)物幾何相似，與風(fēng)流動有明顯關(guān)系的特征（建筑外形、突出部分等）都應(yīng)正確模擬。風(fēng)洞試驗(yàn)得到結(jié)構(gòu)的平均壓力、波動壓力、體型系數(shù)。風(fēng)洞試驗(yàn)一次需持續(xù)60s左右，相應(yīng)實(shí)際時間1h（2）氣動彈性模型對高寬比大于5，需要考慮舒適度的高柔建筑時采用精確地考慮結(jié)構(gòu)的柔性和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺寸、建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。（3）剛性高頻力平衡模型模型尺寸較小，1：500量級將一個輕質(zhì)材料的模型固定在高頻反應(yīng)的力平衡系統(tǒng)上，可得到風(fēng)產(chǎn)生的動力效應(yīng)。模擬結(jié)構(gòu)剛度或高頻力平衡系統(tǒng)模擬結(jié)構(gòu)剛度的基座桿長約150mm的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組合，可測傾覆力矩和扭矩等

150300600s-0.60+0.8風(fēng)載體型系數(shù)s【例1】封閉式雙坡屋面【例2】封閉式房屋和構(gòu)筑物(正多邊形)+0.8-0.5-0.5s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中間值按插入法計(jì)算+0.8-0.5-0.7-0.7？當(dāng)建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風(fēng)壓會顯著增大，設(shè)計(jì)時應(yīng)予以考慮。《規(guī)范》GB50009規(guī)定：將單獨(dú)建筑物的體型系數(shù)s乘以相互干擾系數(shù)(可參考類似條件的試驗(yàn)資料確定；必要時宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)得出)以考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)。？風(fēng)力作用在高層建筑表面，其壓力分布很不均勻，在角隅、檐口、邊棱處和在附屬結(jié)構(gòu)的部位（陽臺、雨篷等外挑構(gòu)件），局部風(fēng)壓會超過按表所得的平均風(fēng)壓《規(guī)范》GB50009規(guī)定：對負(fù)壓區(qū)可根據(jù)不同部位分別取體型系數(shù)為-1.0-2.2？對封閉式建筑物，考慮到建筑物內(nèi)實(shí)際存在的個別孔口和縫隙，以及機(jī)械通風(fēng)等因素，室內(nèi)可能存在正負(fù)不同的氣壓?！兑?guī)范》GB50009規(guī)定：對封閉式建筑物的內(nèi)表面壓力系數(shù)，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.22、風(fēng)壓高度變化系數(shù)z地面的粗糙度、溫度垂直梯度在大氣邊界層內(nèi)，風(fēng)速隨離地面高度而增大當(dāng)氣壓場隨高度不變時，風(fēng)速隨高度增大的規(guī)律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度通常認(rèn)為在離地面高度為300m500m時，風(fēng)速不再受地面粗糙度的影響，達(dá)到“梯度風(fēng)速”，該高度稱為梯度風(fēng)高度HG地面粗糙度等級低的地區(qū)，其梯度高度比等級高的地區(qū)為低。

GB50009-2001地面的粗糙度類別A類—近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)B類—田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)C類—有密集建筑群的城市市區(qū)D類—有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)地面粗糙度類別粗糙度指數(shù)梯度風(fēng)高度HG風(fēng)壓高度變化系數(shù)z

A類0.12300m1.379(z/10)0.24B類0.16350m1.000(z/10)0.32

C類0.22400m0.616(z/10)0.44D類0.30450m0.318(z/10)0.60

風(fēng)壓高度變化系數(shù)z(z)=任意高度處的風(fēng)壓wa(z)/基本風(fēng)壓w0~根據(jù)離地面或海平面高度、地面粗糙度類別由GB50009—2001表7.2.1確定。

【思考題】《規(guī)范》GB50009對遠(yuǎn)海海面和海島的建筑物或構(gòu)筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)z如何確定？地面粗糙度近似確定原則（無實(shí)測粗糙度指數(shù)）以擬建房2km為半徑的迎風(fēng)半圓范圍內(nèi)的房屋高度和密集度來區(qū)分粗糙度類別，風(fēng)向原則上應(yīng)以該地區(qū)最大風(fēng)的風(fēng)向?yàn)闇?zhǔn)，但也可取其主導(dǎo)風(fēng)；以半圓影響范圍內(nèi)建筑物的平均高度h平均來劃分地面粗糙度類別，當(dāng)h平均18m，為D類，，9mh平均18m為C類，h平均9m，為B類。影響范圍內(nèi)不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸距離為其高度的面域內(nèi)均為該高度，當(dāng)不同高度的面域相交時，交疊部分的高度取大者；平均高度h平均取各面域面積為權(quán)數(shù)計(jì)算。3、平均風(fēng)下結(jié)構(gòu)的靜力風(fēng)載

wz=sz(z)w0

二、順風(fēng)向脈動風(fēng)效應(yīng)

脈動風(fēng)—隨機(jī)動力作用→按隨機(jī)振動理論進(jìn)行分析-自學(xué)

1、主要承重結(jié)構(gòu)

順風(fēng)向總風(fēng)效應(yīng)=順風(fēng)向平均風(fēng)效應(yīng)+順風(fēng)向脈動風(fēng)效應(yīng)

w(z)=w(z)+wd(z)=(1+wd(z)/w(z))w(z)=z

sz(z)w0

z

–高度z處的風(fēng)振系數(shù)，且z=1+z/

P59，式（4-65）

—脈動增大系數(shù)，與w0T12、房屋結(jié)構(gòu)類型；—脈動影響系數(shù)，與地面粗糙度類型、H/B、房屋總高H；z—振型系數(shù)，由結(jié)構(gòu)動力計(jì)算確定（一般取第一振型）。

GB50009規(guī)定：

基本自振周期T1>0.25s的工程結(jié)構(gòu)（房屋、屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu)）

高度H>30m且高寬比H/B>1.5的高柔房屋考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響2、圍護(hù)結(jié)構(gòu)

對于圍護(hù)結(jié)構(gòu)，由于其剛度一般較大，在結(jié)構(gòu)效應(yīng)中可不必考慮其共振分量，可僅在平均風(fēng)的基礎(chǔ)上，近似考慮脈動風(fēng)瞬間的增大因素，通過陣風(fēng)系數(shù)gz

來計(jì)算風(fēng)效應(yīng)。即w(z)=gz

sz(z)w0gz—陣風(fēng)系數(shù)，按下式確定

gz=k(1+2f)k—地面粗糙度調(diào)整系數(shù),k=0.92（A類）;k=0.89（B類）;k=0.85（C類）;k=0.80（D類）；

f—脈動系數(shù)，根據(jù)國內(nèi)實(shí)測數(shù)據(jù)，并參考國外規(guī)范資料取

f=0.5351.8(-0.16)(z/10)-

—地面粗糙度，=0.12（A類）；=0.16（B類）；

=0.22（C類）；=0.30（D類）。注意：

對低矮房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載《規(guī)范》暫時未作具體規(guī)定，但容許設(shè)計(jì)者參照國外對低矮房屋的邊界層風(fēng)洞試驗(yàn)資料或有關(guān)規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。第五節(jié)橫風(fēng)向結(jié)構(gòu)風(fēng)效應(yīng)

一、橫風(fēng)向風(fēng)振（對細(xì)柔性結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮）橫風(fēng)向風(fēng)振由不穩(wěn)定的空氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落、弛振、顫振、擾振等空氣動力現(xiàn)象。與結(jié)構(gòu)截面形狀和雷諾數(shù)Re有關(guān)

粘性力=粘性應(yīng)力·面積F

=（粘性系數(shù)·速度梯度dv/dy）·面積F慣性力=單位面積上的壓力v2/2·面積F橫向風(fēng)振的產(chǎn)生(圓截面柱體結(jié)構(gòu))沿上風(fēng)面AB速度逐漸增大（v），B點(diǎn)壓力達(dá)到最小值;沿下風(fēng)面BC速度逐漸降低（v↓），壓力重新增大。氣流在BC中間某點(diǎn)S處速度停滯（v=0），生成旋渦，并在外流的影響下以一定周期脫落（脫落頻率fs）---Karman渦街當(dāng)氣流旋渦脫落頻率fs與結(jié)構(gòu)橫向自振頻率接近時，結(jié)構(gòu)發(fā)生共振，即發(fā)生橫向風(fēng)振。雷諾數(shù)

Re=

圓筒式結(jié)構(gòu)三個臨界范圍跨臨界范圍：Re

3.5106

強(qiáng)風(fēng)共振超臨界范圍：3.0105

Re

3.5106

呈隨機(jī)性亞臨界范圍：3.0102

Re

3.0105

微風(fēng)共振3.5106跨臨界3.0105超臨界3.0102亞臨界二、結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)力和風(fēng)效應(yīng)1、結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)力

PL=L(v2/2)B

L-橫風(fēng)向風(fēng)力系數(shù)，與雷諾數(shù)Re有關(guān)

跨臨界范圍、亞臨界范圍的結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向作用具有周期性，結(jié)構(gòu)橫向風(fēng)作用力PL(z,t)=(v2(z)/2)B(z)Lsinst風(fēng)旋渦脫落圓頻率

s=2fs=2Stv(z)/B(z)P62(4-68)St-斯脫羅哈數(shù)，對圓形截面結(jié)構(gòu)取0.2

結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向共振現(xiàn)象橫風(fēng)向風(fēng)作用力頻率（fs）與結(jié)構(gòu)橫向自振基本頻率（f1）接近時，結(jié)構(gòu)橫向產(chǎn)生共振反應(yīng)

鎖住（look-in）區(qū)域風(fēng)旋渦脫落頻率fs保持常數(shù)（=結(jié)構(gòu)橫向自振頻率f1）的風(fēng)速區(qū)域

跨臨界范圍（確定性振動）

鎖住區(qū)域:PL(z)sin1t其它區(qū)域：PL(z)sins(z)t亞臨界范圍（確定性振動）

PL(z)sins(z)t超臨界范圍（隨機(jī)振動）

PL(z)f(t)

PL(z)sins(z)t

跨臨界范圍PL(z)sinstz（確定性振動）s=1鎖住區(qū)域yPL(z)sins(z)tx超臨界范圍v（隨機(jī)振動）PLf(t)亞臨界范圍（確定性振動）PL(z)sins(z)t結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)力分布對豎向細(xì)長結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向受三種不同性質(zhì)的風(fēng)作用力2、結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)效應(yīng)對圓形截面的結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)Re的不同情況進(jìn)行橫向風(fēng)振(旋渦脫落)的校核。當(dāng)Re

3.0105時（亞臨界的微風(fēng)共振）應(yīng)控制結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速vH不超過臨界風(fēng)速vcr，即vHvcr。(4-70)f1—結(jié)構(gòu)基本自振頻率；St—斯脫羅哈數(shù)，St=fsD/v，圓截面結(jié)構(gòu)取St=0.2；w—風(fēng)荷載分項(xiàng)系數(shù)，取w=1.4；H—結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0—基本風(fēng)壓(kN/m2)；—空氣密度(kg/m3)。當(dāng)Re

3.5106且結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速vHvcr時（跨臨界的強(qiáng)風(fēng)共振）

設(shè)計(jì)時必須按不同振型對結(jié)構(gòu)予以驗(yàn)算

跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振引起在z高處振型j的等效風(fēng)荷載wczj：wczj=︱j︱v2crzj/12800j(kN/m2)j—計(jì)算系數(shù)，是對振型情況下考慮與共振分布有關(guān)的折算系數(shù)，按規(guī)范表7.6.2確定；zj—在z高處結(jié)構(gòu)的j振型系數(shù)；

j—第j振型的阻尼比，對第一振型，混凝土結(jié)構(gòu)取j=0.05。當(dāng)結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速超過vcr時，可在構(gòu)造上采取防振措施，或控制結(jié)構(gòu)的臨界風(fēng)速vcr15m/s。三、結(jié)構(gòu)總效應(yīng)

考慮順風(fēng)向動力作用效應(yīng)（脈動效應(yīng)）與橫風(fēng)向動力作用效應(yīng)（風(fēng)振效應(yīng)）的最大值不一定在同一時刻發(fā)生采用平方和開方近似估算總的風(fēng)動力效應(yīng)結(jié)構(gòu)總風(fēng)效應(yīng)→↓結(jié)構(gòu)順風(fēng)向靜力效應(yīng)結(jié)構(gòu)順風(fēng)向脈動效應(yīng)↑↖結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向風(fēng)振效應(yīng)一、公路橋梁車輛荷載汽車車隊(duì)分為汽車-10級、汽車-15級、汽車-20級和汽車-超20級4個等級，汽車車隊(duì)的縱向排列如圖所示。每級車隊(duì)中有一輛是重車，其前后都是主車，主車數(shù)量不限，圖