《工程荷载风荷》课件

工程荷载风荷风荷载是建筑结构设计中重要的考虑因素之一，它对建筑物的安全性和稳定性有着重要的影响。风荷载的大小和方向会受到多种因素的影响，例如风速、风向、建筑物的形状和高度等。课程目标11.风荷载概念风荷载定义，重要性，与工程安全的关系。22.风荷载计算掌握风荷载计算方法，公式应用，参数选择。33.抗风设计了解抗风设计规范，结构抗风措施，验算方法。44.软件应用介绍风洞试验，CFD分析软件在抗风设计中的应用。什么是风荷载风荷载是指风力作用在建筑物或构筑物表面的力。风荷载的大小和方向取决于风速、风向、建筑物的形状和尺寸。风荷载是建筑结构设计中必须考虑的重要荷载之一，它会影响建筑物的稳定性和安全性。风荷载的产生原因风压风运动时，空气分子不断撞击物体表面，产生压力。地形地貌建筑物周围的地形地貌会影响风速和风向。湍流效应建筑物周围的风流会发生湍流，产生脉动风压。气象条件风速、风向、气压等气象因素对风荷载影响很大。风荷载的基本特征随机性风速和风向是随机变化的，导致风荷载不确定性。脉动性风荷载随时间波动，瞬时风速大于平均风速，需要考虑脉动风荷载影响。空间分布不均匀不同部位的风速和风向存在差异，导致风荷载分布不均。与建筑物形状相关建筑物形状会影响风荷载大小和方向，需要考虑建筑物体型系数。风荷载的作用类型静风荷载建筑物在静风作用下产生的荷载，主要取决于风速和建筑物形状。静风荷载比较稳定，可以通过计算确定。阵风荷载由风速突变产生的荷载，具有很大的不确定性，会导致建筑物产生振动，需要进行专门的计算和分析。湍流荷载由风速随机变化产生的荷载，会对建筑物产生复杂的力学作用，需要采用风洞试验或数值模拟的方法进行评估。设计风速的确定1基本风速基本风速是指在距地面10米高度处，基本风压为100Pa时的风速，通常以50年一遇的风速作为设计风速。2地形系数地形系数是反映地形对风速的影响程度的系数，它与地形起伏程度有关，如山区、丘陵地区地形系数一般大于平原地区。3高度系数高度系数是反映风速随高度变化的系数，它与建筑物高度和地表粗糙度有关，建筑物高度越高，风速越大。建筑物表面压力系数建筑物表面压力系数是反映建筑物表面风压分布的无量纲系数。压力系数的大小受建筑物形状、尺寸、高度、风向、风速、地形的影響。1.0正面0.5侧面-0.5背风面风荷载计算公式风荷载计算公式用于确定建筑物或结构物在风荷载作用下的受力情况，并以此进行抗风设计。计算风荷载需要考虑多种因素，包括风速、建筑物高度、形状、表面粗糙度以及周围环境等。实例1：高层建筑风荷载计算高层建筑的风荷载计算通常采用风荷载系数法，该方法将风荷载分解为沿建筑物表面作用的压力和吸力。1风荷载系数根据建筑物形状、高度、周围环境等因素确定2设计风速根据建筑物所在地的风速等级确定3风荷载计算公式将风荷载系数和设计风速代入公式计算计算得到的风荷载用于结构设计，确保建筑物能够承受风力的作用。实例2：桥梁风荷载计算确定设计风速根据桥梁所在地区的风速等级和风速统计数据，确定桥梁的设计风速。计算风荷载根据桥梁的形状、尺寸和风速，采用相关公式计算风荷载。确定桥梁风荷载分布考虑桥梁的结构形式和风荷载的分布规律，确定桥梁风荷载的分布形式。进行结构分析根据风荷载分布和桥梁结构参数，进行结构分析，计算桥梁的应力和变形。验算结构强度检查桥梁结构的强度和稳定性，确保其能够承受风荷载。影响因素分析地形地貌地形地貌对风荷载影响很大，例如山区、峡谷等特殊地形会形成强烈的风力。建筑物形状建筑物形状会影响风荷载的大小和分布，例如高层建筑、桥梁等特殊形状会受到更大的风荷载。周围环境周围环境也会影响风荷载，例如高层建筑之间的风荷载相互影响，会形成复杂的湍流。风向风速风向风速会直接影响风荷载的大小和方向，例如台风、飓风等强风天气会造成巨大的风荷载。风洞试验的作用11.模拟真实风场风洞试验可以模拟真实的风场环境，包括风速、风向、湍流度等，以便对结构物进行风荷载测试。22.评估结构安全通过测试结构物在不同风荷载条件下的响应，可以评估结构物的抗风性能，为结构设计提供可靠的依据。33.优化结构设计根据试验结果，可以对结构设计进行优化，提高结构的抗风性能，降低风荷载对结构的影响。44.研究风致振动风洞试验可以研究结构物在风荷载作用下的振动特性，为结构减振设计提供依据。风洞试验的原理1模拟风场通过风机产生风力，模拟真实环境中的风速和风压。2模型测试将建筑模型放置在风洞中，测试模型在不同风速和风向下的受力情况。3数据分析分析测试数据，得到建筑物在不同风况下的受力特性。风洞试验模拟真实环境中的风力，测试建筑模型在不同风况下的受力情况，为结构抗风设计提供参考数据。风洞试验的测试项目风荷载测定不同风速下，结构表面压力分布、风力大小等。风振分析不同风速下，结构的振动频率、振幅和振动模式。气动稳定性评估不同风速下，结构的气动稳定性，防止风致振动和颤振。其他参数例如：风向变化对结构的影响、气流扰动对结构的影响等。实例3：风洞试验测试结果风洞试验结果通常以图表形式呈现。例如，可以展示建筑物表面风压分布图，以及不同风速条件下的风荷载变化曲线。这些数据对于建筑物结构设计具有重要指导意义。风洞试验结果还可以用来评估建筑物周围的风环境，例如，风速、风向和湍流强度等。这些信息可以帮助优化建筑物的设计，减轻风荷载对建筑物的影响。软件分析的应用风荷载模拟软件可模拟风荷载对结构的影响，计算风力大小，提供风荷载分布图。结构分析软件可模拟结构在风荷载作用下的变形和应力，评估结构抗风性能。风洞试验数据分析软件可分析风洞试验数据，验证数值模拟结果，提高设计精度。优化设计软件可优化建筑物形状和结构，减小风荷载影响，提高结构稳定性。实例4：CFD仿真分析1模型建立建立建筑物模型，并设置边界条件2风场模拟利用CFD软件模拟风场分布3压力计算计算建筑物表面风压CFD仿真分析，通过数值模拟方法，可以更准确地预测建筑物风荷载。实际工程案例风荷载在实际工程中的应用非常广泛。例如，高层建筑、桥梁、体育场馆等结构需要进行抗风设计，以确保结构的安全性和稳定性。风荷载的计算和分析是工程设计中重要的环节，需要结合风洞试验、数值模拟等方法进行综合分析。荷载组合的考虑组合系数规范规定了不同荷载类型之间的组合系数，如风荷载、地震荷载、活荷载等。组合系数考虑了不同荷载同时出现的可能性以及对结构的影响程度。荷载效应荷载效应是指荷载作用于结构所产生的力或力矩。不同荷载效应的组合方式需要根据规范的要求进行判断，例如风荷载与地震荷载通常是相互独立的。结构抗风设计要点抵抗风荷载结构应能承受风荷载的冲击，保证结构安全。稳定性结构应保持稳定，避免风力导致结构整体倾覆或倒塌。刚度结构应具备足够的刚度，避免风力导致过大变形或振动。减振对于高耸或轻型结构，应采取减振措施，降低风力引起的振动。抗风设计的验算1结构强度验算确保结构能够承受风荷载产生的压力，防止结构破坏。2结构稳定性验算确保结构在风荷载作用下保持稳定，避免失稳或倒塌。3结构疲劳验算确保结构能够承受长期风荷载作用下的疲劳损伤，保证结构使用寿命。结构减振措施阻尼器阻尼器可吸收振动能量，减少结构的振幅。隔震装置隔震装置将结构与基础隔开，降低风荷载传递到结构上的程度。调谐质量阻尼器调谐质量阻尼器通过共振吸收风荷载的能量，减小结构的振动。风洞试验通过风洞试验优化结构形状，降低风荷载的影响。钢结构抗风设计钢材特性钢材具有高强度、高弹性模量和良好的延展性，使其成为抗风结构的理想材料。连接方式钢结构的连接方式通常采用焊接或螺栓连接，确保结构的整体性和稳定性。风荷载计算根据风荷载的分布和大小，设计合理的钢结构构件截面和连接方式，确保结构安全。风洞试验风洞试验可以模拟实际风荷载作用，验证钢结构的设计方案，确保其抗风性能。混凝土结构抗风设计结构设计合理设计混凝土结构，提高结构刚度和强度，提高抗风性能。加固措施采用抗风加固措施，如设置抗风墙、风撑等，提高抗风能力。风洞试验进行风洞试验，获取结构风荷载数据，优化结构设计。材料选择选择高强度、抗风性能优良的混凝土材料，提升结构抵抗风力的能力。木结构抗风设计11.材料特性木材具有较低的密度和抗拉强度，更容易受到风荷载的影响。应选择具有高强度和韧性的木材，例如冷杉、松木等。22.结构形式采用合理的结构形式，提高抗风能力。例如，使用框架结构，增加横向支撑，提高整体刚度。33.连接节点木结构连接节点是抗风性能的关键。应使用强力连接件，如钢板连接、螺栓连接等，提高节点的抗风能力。44.防护措施采取相应的防风措施，例如安装风屏、设置防风林等，降低风速对建筑物的冲击。抗风设计的关键问题结构稳定性风荷载可能导致结构失稳，变形过大。必须确保结构的稳定性和刚度，避免出现共振现象。材料强度风荷载会对结构材料产生应力，必须保证材料强度足够，能够承受风荷载带来的冲击和压力。结构细节风荷载可能导致结构连接部位出现疲劳破坏，需注意设计连接的强度和耐久性，避免出现局部应力集中。防风措施对于高层建筑、桥梁等重要工程，应采取防风措施，如风洞试验、CFD模拟分析等，以减少风荷载的影响。结论与展望风荷载研究的重要性风荷载是结构设计中不可忽视的重要因素。合理的风