风荷载演示文稿

风荷载演示文稿目前一页\总数五十三页\编于二十点风荷载目前二页\总数五十三页\编于二十点3.1

风的有关知识

一、风的形成

风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。

二、两类性质的大风1、台风（飓风）

热带海洋上空产生的一种气旋2、季风

冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋夏季：大陆热，海洋冷，风：海洋→大陆目前三页\总数五十三页\编于二十点

三、我国的风气候总况风力大小台湾、海南、南海诸岛东南沿海地区东北、华北、西北地区青藏高原长江中下游、黄河中下游地区云贵高原目前四页\总数五十三页\编于二十点

四、风力等级风力等级表3-1

风力等级简称风级，是风强度（风力）的一种表示方法。国际通用的风力等级是由英国人蒲福（Beaufort）于1805年拟定的，故又称为“蒲福风力等级”。

它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、海浪等的影响大小分为0~12级，共13级。

风速越大，风级越大。

由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此就按照风所引起的现象来划分等级。目前五页\总数五十三页\编于二十点目前六页\总数五十三页\编于二十点

2004年从国际空间站拍摄的飓风“伊万”

云图

风速在200km/h以上目前七页\总数五十三页\编于二十点飓风“伊万”摧毁的房屋目前八页\总数五十三页\编于二十点

超高层结构、高耸结构、桥梁、大型公共项目等，必要时需进行风洞试验，测试风荷载对结构的作用，从而为结构设计提供依据。目前九页\总数五十三页\编于二十点3.2风压风压的定义：当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等阻碍物时，将对这些阻碍物产生压力，即风压。风速→风压

主要侧向荷载之一

水平风压（静力作用）

振动效应（动力作用）风荷载依据当地风速资料确定基本风压目前十页\总数五十三页\编于二十点

一、风速与风压的关系（由流体力学中的伯努利方程得到）不同的地理位置，大气条件是不同的，γ和g值也不相同。

为了比较不同地区风压的大小，必须对测量高度、地貌环境进行统一规定。测量高度地貌环境基本风速（抗风设计的基本数据）目前十一页\总数五十三页\编于二十点全国各城市的基本风压值全国672个地点的基本气象台（站）目前十二页\总数五十三页\编于二十点

二、基本风压w0

基本风压：观测场地空旷平坦地面上，离地10m高，用风速仪测得10min平均风速资料→统计分析确定50年一遇的基本风速v0（m/s）

→得到当地的基本风压值w0（kN/m2）。

基本风压按规范表格给出的50年一遇的风压值采用，但不得小于0.3kN／m2。

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（自重较轻的钢木主体结构），这类结构风荷载很重要，计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因此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。

目前十三页\总数五十三页\编于二十点

一、结构的风力和风效应风速在建筑物表面风压风力（三个分量）风流经建筑物所产生的风力沿表面积分

风效应：由风力产生的结构内力、位移、速度、加速度响应等。一般情况下风扭力矩数值很小，工程上可不予考虑，仅当结构有较大偏心时，才计及风扭力矩的影响。顺风向风力和横风向风力是结构设计主要考虑的对象。P533.5结构抗风计算的几个重要概念顺风向风力：PD横风向风力：PL扭风力矩：PM目前十四页\总数五十三页\编于二十点

二、顺风向风荷载标准值

垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算：当计算主要承重结构时：P61（3-25）查表目前十五页\总数五十三页\编于二十点1、风压高度变化系数

μz

风速会受到地面建筑物的摩擦而减小，风速随离地面高度增加而增大，通常认为在离地面高度300m~550m时，风速不再受地面粗糙度的影响，也即达到所谓“梯度风速”，该高度称之为梯度风高度HT。P46不同地面粗糙度影响下的风速剖面图550由图可知：1、大城市市区、城市市区、乡镇和郊区及开阔水面和沙漠的粗糙度依次减小。2、地面越粗糙，

风速变化越慢，HT越大。3、反之，地面越平坦，

风速变化越快，HT越小。4、一般大城市市区HT为550m；城市市区HT为450m；乡镇和城市郊区HT为350m；开阔水面和沙漠HT为300m。目前十六页\总数五十三页\编于二十点《建筑结构荷载规范》将地面粗糙度分成ABCD四类。P48地面粗糙度类别划分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。观测场地空旷平坦地面上，离地10m高→B类目前十七页\总数五十三页\编于二十点风压高度变化系数

μz的取值方法表3-5风压高度变化系数μz目前十八页\总数五十三页\编于二十点表3-5风压高度变化系数μz由图可知：1、大城市市区、城市市区、乡镇和郊区及开阔水面和沙漠的粗糙度依次减小。2、地面越粗糙，

风速变化越慢，HT越大。3、反之，地面越平坦，

风速变化越快，HT越小。4、一般大城市市区HT为550m；城市市区HT为450m；乡镇和城市郊区HT为350m；开阔水面和沙漠HT为300m。目前十九页\总数五十三页\编于二十点

二、顺风向风荷载标准值

垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算：当计算主要承重结构时：P61《建筑结构荷载规范》目前二十页\总数五十三页\编于二十点2、风荷载体型系数

μs

它描述了建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律（压力或吸力），主要与房屋的体型和尺度有关，由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题，对于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验测得。目前二十一页\总数五十三页\编于二十点迎风面墙受压力目前二十二页\总数五十三页\编于二十点屋顶受吸力目前二十三页\总数五十三页\编于二十点侧墙受吸力目前二十四页\总数五十三页\编于二十点背风面墙受吸力目前二十五页\总数五十三页\编于二十点单层双坡屋面房屋各个面上的风力分布垂直指向建筑物表面的产生压力垂直离开建筑物表面的产生吸力目前二十六页\总数五十三页\编于二十点如图，风流经房屋时对房屋的作用，迎风面为压力（用“+”号表示），侧风面及背风面为吸力（用“-”号表示），由于存在涡流，各个面上的风压分布并非均匀。风迎背侧侧当风流经房屋时，对房屋的不同部位会产生不同的效果。有压力也有吸力。空气流动还会产生涡流，对房屋局部会产生较大的压力或吸力。风对房屋表面的作用力有压力和吸力；风对房屋表面的作用力并非均匀；且随房屋的体型及尺度而改变。目前二十七页\总数五十三页\编于二十点风荷载的体形系数μs涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题，对于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验确定，鉴于原型实测方法对结构设计的不现实性，目前只能采用相似原理，对拟建的建筑物模型进行测试。为了实用性考虑，《建筑结构荷载规范2012》给出了39项不同类型建筑物的结构体型及其体型系数μs

，这些都是根据国内外的试验资料和国外规范中的建议性规定整理而成，当建筑物与表中列出的体型类同时可参考应用。风迎背侧侧目前二十八页\总数五十三页\编于二十点房屋和构筑物的风荷载体型系数，可按下列规定采用：1、房屋和构筑物与表中的体型类同时，可按表的规定采用；2、房屋和构筑物与表中的体型不同时，可按有关资料采用；当无资料时，宜由风洞试验确定；3、对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。风荷载体型系数μs目前二十九页\总数五十三页\编于二十点正号：垂直指向表面的压力负号：垂直背离表面的吸力风向目前三十页\总数五十三页\编于二十点目前三十一页\总数五十三页\编于二十点目前三十二页\总数五十三页\编于二十点垂直指向建筑物表面的产生压力垂直离开建筑物表面的产生吸力风荷载体型系数μs体现风荷载在建筑物各个面上的分布情况目前三十三页\总数五十三页\编于二十点

二、顺风向风荷载标准值

垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算：当计算主要承重结构时：P61《建筑结构荷载规范》目前三十四页\总数五十三页\编于二十点3、顺风向风振系数βz风对建筑物的作用是不规则的，风力随风速的紊乱变化而不停的改变。这使得建筑物在风的作用下会产生振动效应（风振）。参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况，对于结构基本自振周期T＞0.25s的各种高耸结构，以及对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，设计中应考虑风振的影响。P56

目前三十五页\总数五十三页\编于二十点单层房屋的风荷载计算多层房屋的风荷载计算高层房屋的风荷载计算目前三十六页\总数五十三页\编于二十点例1：某小区围墙在风荷载作用下，该围墙离室外地面高度为2.5m，纵向长度为30m，建于城市郊区，当地基本风压w0=0.5kN/m2。要求确定风荷载作用下室外地面处的总剪力V值（kN/m），已知体型系数μs如图所示。1、查P48，城市郊区的地面粗糙度为B类。2、因为围墙的高度z=2.5m，查P48表3-5，风压高度变化系数μz=1.0。3、查P50表3-7，体型系数μs=1.3。4、根据规定，此围墙可不考虑风振系数，即βz=1.0。6、纵向单位长度围墙承受的风荷载合力：7、室外地面处总剪力V=1.625kN/m单层房屋的风荷载计算5、应用P61规范式（3-25）得风荷载的标准值wk：wk2.5mV目前三十七页\总数五十三页\编于二十点例2：单层房屋屋盖顶面斜坡部分的风荷载计算，如图，屋面长度L，屋面宽度B，屋盖顶面斜坡高度h，屋盖坡度α，迎风面体型系数μs1，背风面体型系数μs2，基本风压为w0，风压高度变化系数μz，确定屋盖顶面斜坡部分的风荷载集中力Fw。1、迎风面斜坡面积Aw=迎风面斜坡合力Fwk1=Fwk1的水平分力F1为：2、同理，背风面斜坡合力Fwk2的水平分力F2：迎背迎背FwF1F2AwAwFwk1wk1wk2Fwk2A目前三十八页\总数五十三页\编于二十点例3：某封闭式双坡屋面仓库，其屋面坡度为1:2.5（α=21.8°）,柱距及屋架间距均为6m，仓库平面及剖面如图所示，当地基本风压w0为0.45kN/m2，地面粗糙度为B类，求在图示风向情况下，作用在中间榀排架上的风荷载标准值。取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。(1)排架柱顶风荷载集中力Fw屋盖迎风面：μs1=屋盖背风面：μs2=(2)风压高度变化系数μz：查表3-5z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊处距室外地面的距离；B类，

取μz=1.0查表3-7，项次2迎背6mμs2Fw迎背μs1wk1wk2wk3wk4一榀排架目前三十九页\总数五十三页\编于二十点一榀排架FwA6m3.5m目前四十页\总数五十三页\编于二十点取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。(1)排架柱顶风荷载集中力Fw(标准值)屋盖迎风面：μs1=屋盖背风面：

μs2=(2)风压高度变化系数μz：查表3-5z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊处距室外地面的距离；B类，

取μz=1.0(3)单层房屋取βz=1.0(4)A=6m×3.5m查表3-7，项次2A6mFw迎背μs2μs1wk1wk2wk3wk4迎背一榀排架目前四十一页\总数五十三页\编于二十点6m(5)

排架柱A、B的均布风荷载标准值:查表3-7，项次2，迎风面μs3=0.8；背风面μs4=-0.5。风压高度变化系数μz，取柱顶处z=5.15m，查表3-5，B类，

取μz=1.0。排架柱A所受的均布风荷载标准值wk3：排架柱B所受的均布风荷载标准值wk4：AFw迎背μs2μs1wk1wk2wk3wk4迎背μs3μs4wk4μs3μs4wk3AB计算模型迎背目前四十二页\总数五十三页\编于二十点单层房屋风荷载的计算，未考虑风振系数βz的影响。多层房屋的风荷载计算风对建筑物的作用是不规则的，风力随风速的紊乱变化而不停的改变。这使得建筑物在风的作用下会产生振动效应（风振）。参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况，对于结构基本自振周期T＞0.25s的各种高耸结构，以及对于高度大于30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，设计中应考虑风振的影响。P56目前四十三页\总数五十三页\编于二十点例4：一幢矩形平面的8层办公楼，其平面尺寸为22m×50m，房屋高度H=28m。基本风压w0=0.60kN/m2。地面粗糙度属D类。求：由横向风荷载产生的地面总剪力标准值Vw0。1、风压高度变化系数μz

地面粗糙度属D类，房屋高度H=28m，表3-5，μz=0.512、风荷载体型系数μs

表3-7第10项，迎风面μs1=+0.8，背风面μs2=-0.53、风振系数βz

H=28m＜30m，高宽比H/B=28/22=1.27＜1.5，取βz=1.04、风荷载标准值wk5、由横向风荷载产生的地面总剪力标准值:风向迎背wk1μs1wk2μs2目前四十四页\总数五十三页\编于二十点例5：某六层钢筋混凝土框架结构办公楼如图，当地基本风压w0=0.5kN/m2，地面粗糙度为C类。求在图示风向作用下，集中在房屋横向各楼层处的风荷载标准值。房屋高度H=23.9m＜30m，高宽比H/B=23.9/14.6=1.64＞1.5，可不考虑顺风向风振影响，取βz=1.0表3-7项次10，体型系数μs=0.8+0.5=1.3表3-5，C类，μz在房屋高度23.9m范围内不同高度处不尽相同?求集中在各楼层处的“风荷载标准值Fi”?目前四十五页\总数五十三页\编于二十点多层房屋（包含高层房屋）在计算集中在各楼层处风荷载标准值Fi时，各楼层梁板体系的风荷载受风面积如图所示。顶层Fn只计算顶层楼高的一半；中间层Fi计本层与相邻上一层的楼层高度的一半。底层F1计底层与相邻第2层的楼层高度的一半；水平风荷载集中在各层楼面梁板体系柱F1FiFnwk目前四十六页\总数五十三页\编于二十点求集中在各楼层处的“风荷载标准值Fi”2）为简化计算，分区段，A1，A2，A3….，且各区段内的风荷载集中在楼层标高处；1）μz在房屋不同高度处值不相同；3）认为各区段内的μz

相同，其值取各区段中间即楼层标高处的μz值；A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6目前四十七页\总数五十三页\编于二十点A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6目前四十八页\总数五十三页\编于二十点A1A2A3A4A5A6wk1wk2wk3wk4wk5wk6楼层编号123456zi(m)59.513.116.720.323.9μzi0.650.650.650.680.740.79各区段受风面积Ai(m2)36.5×4.7536.5×4.0536.5×3.636.5×3.636.5×3.636.5×1.8风力标准值Fi(kN)73.2562.4655.5258.0863.2033.74各楼层位置处的风荷载标准值Fi结构设计时，将沿高度分布的风荷载换算成集中作用在各楼层位置处的水平荷载（即取上、下楼层各一半