6.2 风荷载计算.pdf

1、第六章结构抗风设计第六章结构抗风设计6.1 风灾及其成因风灾及其成因6.4 结构横风向风振计算结构横风向风振计算6.3 结构顺风向抗风设计结构顺风向抗风设计6.2 风荷载计算风荷载计算6.2 风荷载计算6.2 风荷载计算?风压随风速、风向的紊乱变化而不断地改变。风压随风速、风向的紊乱变化而不断地改变。?从风速记录来看，各次记录值是不重现的，每次出现的波形是随机的，风力可看作为各态历经的平稳随机过程输入。从风速记录来看，各次记录值是不重现的，每次出现的波形是随机的，风力可看作为各态历经的平稳随机过程输入。?在风的在风的顺风向顺风向顺风向顺风向风速曲线(见图6-2所示的风速记录)中，包括两部分：风

2、速曲线(见图6-2所示的风速记录)中，包括两部分：1.1.长周期部分(10min以上的平均风压)常称长周期部分(10min以上的平均风压)常称稳定风稳定风稳定风稳定风，由于该周期远大于一般建筑物的自振周期，因而其作用性质相当于静力，称为静力作用，该作用将使建筑物发生侧移；，由于该周期远大于一般建筑物的自振周期，因而其作用性质相当于静力，称为静力作用，该作用将使建筑物发生侧移；2.2.短周期部分(只有几秒钟左右)，常称短周期部分(只有几秒钟左右)，常称阵风脉动阵风脉动阵风脉动阵风脉动。脉动风主要是由于大气的湍流引起的，它的强度随时间按随机规律变化，其作用性质是动力的，它引起结构的振动（位移、速度

3、和加速度），使结构在平均侧移的附近左。脉动风主要是由于大气的湍流引起的，它的强度随时间按随机规律变化，其作用性质是动力的，它引起结构的振动（位移、速度和加速度），使结构在平均侧移的附近左右摇摆右摇摆。图图图图6 6 6 6-2 2 2 2 平均风速和脉动风速平均风速和脉动风速平均风速和脉动风速平均风速和脉动风速一、风压与风速的关系一、风压与风速的关系一、风压与风速的关系一、风压与风速的关系压力线w=-v221高压气幕流向小股气流建筑物a)b)wdA1(w+dw)dA11dl图图图图6 6 6 6-3 3 3 3 风速与风压风速与风压风速与风压风压风速与风压风压是在最大风速时，垂直于风向的平面上

4、所受到的压力，单位是是在最大风速时，垂直于风向的平面上所受到的压力，单位是kN/m2。气流原先的压力强度为气流原先的压力强度为 wb产生最大压力产生最大压力wm建筑物受气流冲击的净压力建筑物受气流冲击的净压力wm-wb，即为所求的风压 w，即为所求的风压 w为了求得为了求得w与与v的关系，设气流每点的物理量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段落的关系，设气流每点的物理量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段落dl，如图6-3所示。设w1为作用于小段左端的压力，则作用于小段右端近高压气幕的压力为 w1+，如图6-3所示。设w1为作用于小段左端的压力，则作用于小段右端近高压气幕的压力

5、为 w1+d w1。以顺流向的压力为正，作用于小段。以顺流向的压力为正，作用于小段dl上的合力为：它等于小段上的合力为：它等于小段dl的气流质量M与顺流向加速度a(x)的乘积，即：式中的气流质量M与顺流向加速度a(x)的乘积，即：式中为空气质量密度，它等于，为空气质量密度，它等于，为空气重力密度（容重），为空气重力密度（容重），g为重力加速度。为重力加速度。dAdwdAdwwdAw1111)(=+)(1=xMadAdwdtxdvdAdl)(1=dwdtxdvdl)(gdtxvdl)(=代入上式得代入上式得：（6-1）（6-1）式中c为常数，式（6-1）称为式中c为常数，式（6-1）称为伯努利方

6、程伯努利方程。伯努利方程是空气动力学的一个基本方程，它的。伯努利方程是空气动力学的一个基本方程，它的实质实质是表示气体流动的能量守恒定律，即从上式可以看出，气流在运动中，其压力随流速变化而变化，流速加快，压力减小；流速减缓，则压力增大；流速为零时，压力最大。令是表示气体流动的能量守恒定律，即从上式可以看出，气流在运动中，其压力随流速变化而变化，流速加快，压力减小；流速减缓，则压力增大；流速为零时，压力最大。令v2=0,v1=v(风来流速度)，(风来流速度)，w=w2-w1，则建筑物受风气流冲击的净压力为，则建筑物受风气流冲击的净压力为（6-2）（6-2）这即为普遍应用的这即为普遍应用的风速风速

7、风速风速-风压关系公式风压关系公式风压关系公式风压关系公式。1=dw)()(xdvxvcxvw+=)(2121)(2121222121常数cwvgwvg=+=+22vgw=取标准大气压76厘米水银柱，常温15取标准大气压76厘米水银柱，常温15o oC和在绝对干燥的情况(=0.012018kN/mC和在绝对干燥的情况(=0.012018kN/m3 3)下，在纬度45)下，在纬度45o o处，海平面上的重力加速度为g=9.8m/s处，海平面上的重力加速度为g=9.8m/s2 2，代入式(6-2)，得，代入式(6-2)，得标准风压公式标准风压公式（6-3）风压系数（6-3）风压系数对于不同地区的地

8、理环境和气候条件而有所不同。我国东南沿海的风压系数约为1/1700；内陆的风压系数随高度增加而减小，一般地区约为1/1600；高原和高山地区，风压系数减至1/2600。我国建筑结构荷载规范(GB50009-2001)中规定为1/1600。对于不同地区的地理环境和气候条件而有所不同。我国东南沿海的风压系数约为1/1700；内陆的风压系数随高度增加而减小，一般地区约为1/1600；高原和高山地区，风压系数减至1/2600。我国建筑结构荷载规范(GB50009-2001)中规定为1/1600。)/(160018.92012018.02220mkNvvw=二、二、二、二、结构上的平均风荷载结构上的平均

9、风荷载结构上的平均风荷载结构上的平均风荷载由于大气边界层内地表粗糙元的影响，建筑物的平均风荷载不仅取决于来流速度，而且还与由于大气边界层内地表粗糙元的影响，建筑物的平均风荷载不仅取决于来流速度，而且还与地面粗糙度地面粗糙度和和高度高度有关，再考虑到一般建筑物都是钝体（非流线体），当气流绕过该建筑物时会产生分离、汇合等现象，引起建筑物表面压力分布不均匀。为了反映建筑结构上平均风压受多种因素的影响情况，同时又能便于工程结构抗风设计的应用，我国荷载规范把结构上有关，再考虑到一般建筑物都是钝体（非流线体），当气流绕过该建筑物时会产生分离、汇合等现象，引起建筑物表面压力分布不均匀。为了反映建筑结构上平均

10、风压受多种因素的影响情况，同时又能便于工程结构抗风设计的应用，我国荷载规范把结构上平均风压计算公式平均风压计算公式规定为：规定为：（6-4）（6-4）0wwzs=式中-风荷载体型系数；-风压高度变化系数；-基本风压（式中-风荷载体型系数；-风压高度变化系数；-基本风压（kN/m2）。在确定风压时，观察场地周围的地形应空旷平坦，且能反映本地区较大范围内的气象特点，避免局部地形和环境的影响。）。在确定风压时，观察场地周围的地形应空旷平坦，且能反映本地区较大范围内的气象特点，避免局部地形和环境的影响。sz0w三、三、三、三、时距取值时距取值时距取值时距取值计算基本风压的风速，称为计算基本风压的风速，

11、称为标准风速标准风速。关于风速的标准值，各个国家规定的时距不尽相同，我国现行的。关于风速的标准值，各个国家规定的时距不尽相同，我国现行的荷载规范规定荷载规范规定为：当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0（m/s）。由于大气边界层的风速随高度及地面粗糙度变化，所以我国规范统一选10m高处空旷平坦地面作为标准，至于不同高度和不同地貌的影响，则通过其他系数的调整来修正。为：当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10min平均最大风速v0（m/s）。由于大气边界层的风速随高度及地面粗糙度变化，所以我国规范统一选10m高处空旷平坦地面作为标准

12、，至于不同高度和不同地貌的影响，则通过其他系数的调整来修正。?时距太短，则易突出风速时距曲线中峰值的影响，把脉动风的成分包括在平均风中；时距太短，则易突出风速时距曲线中峰值的影响，把脉动风的成分包括在平均风中；?时距太长，则把候风带的变化也包括进来，这将使风速的变化转为平滑，不能反映强风作用的影响。根据大量风速实测记录的统计分析，10min到1h时距内，平均风速基本上可以认为是稳定值。平均风速的数值与统计时时距太长，则把候风带的变化也包括进来，这将使风速的变化转为平滑，不能反映强风作用的影响。根据大量风速实测记录的统计分析，10min到1h时距内，平均风速基本上可以认为是稳定值。平均风速的数值

13、与统计时时距时距的取值有很大关系。的取值有很大关系。我国规范规定以10min平均最大风速为取值标准。我国规范规定以10min平均最大风速为取值标准。?首先是考虑到一般建筑物质量比较大，且有阻尼，风压对建筑物产生最大动力影响需要较长时间，因此不能取较短时距甚至极大风速作为标准。首先是考虑到一般建筑物质量比较大，且有阻尼，风压对建筑物产生最大动力影响需要较长时间，因此不能取较短时距甚至极大风速作为标准。?其次，一般建筑物总有一定的侧向长度，最大瞬时风速不可能同时作用于全部长度上，由此也可见采用瞬时风速是不合理的。而10min平均风速基本上是稳定值，且不受时间稍微移动的影响。其次，一般建筑物总有一定

14、的侧向长度，最大瞬时风速不可能同时作用于全部长度上，由此也可见采用瞬时风速是不合理的。而10min平均风速基本上是稳定值，且不受时间稍微移动的影响。四、四、四、四、重现期重现期重现期重现期我国规范采用了我国规范采用了50年一遇50年一遇的年最大平均风速来考虑基本风压的保证率。采用年最大平均风速作为统计量，是因为年是自然界气候有规律周期变化的最基本的时间单位，重现期在概率意义上体现了结构的安全度，称之为不超过该值的保证率。若重现期用的年最大平均风速来考虑基本风压的保证率。采用年最大平均风速作为统计量，是因为年是自然界气候有规律周期变化的最基本的时间单位，重现期在概率意义上体现了结构的安全度，称之

15、为不超过该值的保证率。若重现期用T0（年）来表示，则不超过基本最大风速的概率为：（年）来表示，则不超过基本最大风速的概率为：（6-5）（6-5）上式对于50年的重现期，其保证率为98.00%。上式对于50年的重现期，其保证率为98.00%。011Tp=若实际结构设计时所取的重现期与50年不同，则基本风压就要修正。以往规范将基本风压的重现期定为30年，2001新规范改为50年，这样，在标准上与国外大部分国家取得一致。经修改后，各地的基本风压值总体上提高了10%，但有些地区则是根据新的风速观测数据，进行分析后重新确定的。为了能适应不同的设计条件，风荷载也可采用与基本风压不同的重现期，规范给出了全国

16、各台站重现期为10年、50年和100年的风压值，其他重现期R的相应值可按下式确定若实际结构设计时所取的重现期与50年不同，则基本风压就要修正。以往规范将基本风压的重现期定为30年，2001新规范改为50年，这样，在标准上与国外大部分国家取得一致。经修改后，各地的基本风压值总体上提高了10%，但有些地区则是根据新的风速观测数据，进行分析后重新确定的。为了能适应不同的设计条件，风荷载也可采用与基本风压不同的重现期，规范给出了全国各台站重现期为10年、50年和100年的风压值，其他重现期R的相应值可按下式确定：（6-6）（6-6）)110ln/)(ln(1010010+=RxxxxR对于对风荷载比较

17、敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，其基本风压值可由各结构设计规范，根据结构的自身特点，考虑适当提高其重现期。对于围护结构，其重要性比主体结构要低，故可仍取50年。对于对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，其基本风压值可由各结构设计规范，根据结构的自身特点，考虑适当提高其重现期。对于围护结构，其重要性比主体结构要低，故可仍取50年。五、地貌的规定五、地貌的规定五、地貌的规定五、地貌的规定地表愈粗糙，能量消耗也愈厉害，因而平均风速也就愈低。由于地表的不同，影响着风速的取值，因此有必要为平均风速或风压规定一个共同的标准。目前风速仪大都安装在气象台，它一

18、般离开城市中心一段距离，且一般周围空旷平坦地区居多，因而规范规定标准风速或风压是针对一般空旷平坦地面的，海洋或城市中心等不同地貌除了实测统计外，也可通过空旷地区的值换算求得。地表愈粗糙，能量消耗也愈厉害，因而平均风速也就愈低。由于地表的不同，影响着风速的取值，因此有必要为平均风速或风压规定一个共同的标准。目前风速仪大都安装在气象台，它一般离开城市中心一段距离，且一般周围空旷平坦地区居多，因而规范规定标准风速或风压是针对一般空旷平坦地面的，海洋或城市中心等不同地貌除了实测统计外，也可通过空旷地区的值换算求得。六、离地面标准高度六、离地面标准高度六、离地面标准高度六、离地面标准高度风速是随高度变化

19、的，离地面愈近，由于地面摩擦和建筑物等的阻挡而速度愈小，在到达梯度风高度后趋于常值，因而标准高度的规定对平均风速有很大的影响。我国气象台记录风速的风速仪大都安装在812米之间，而且目前大部分房屋在10米高左右，因而我国规范以10米为标准高度。目前世界上以规定10米作为标准高度的占大多数，如美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、丹麦等国，日本为15米，挪威和巴西为20米。实际上不同高度的规定在技术上影响是不大的，可以根据风速沿高度的变化规律进行换算。一些资料认为在100米以下范围，风速沿高度符合对数变化规律，即：风速是随高度变化的，离地面愈近，由于地面摩擦和建筑物等的阻挡而速度愈小，在到达梯度风高度后

20、趋于常值，因而标准高度的规定对平均风速有很大的影响。我国气象台记录风速的风速仪大都安装在812米之间，而且目前大部分房屋在10米高左右，因而我国规范以10米为标准高度。目前世界上以规定10米作为标准高度的占大多数，如美国、俄罗斯、加拿大、澳大利亚、丹麦等国，日本为15米，挪威和巴西为20米。实际上不同高度的规定在技术上影响是不大的，可以根据风速沿高度的变化规律进行换算。一些资料认为在100米以下范围，风速沿高度符合对数变化规律，即：（6-7）（6-7）0010lglglg10lgzhzvvh=式中式中vh为风速仪在高度处为风速仪在高度处h的风速；的风速；z0为风速等于零的高度，其与地面的粗糙度

21、有关，为风速等于零的高度，其与地面的粗糙度有关，z0一般略大于地面有效障碍物高度的1/10。由于气象台常处于空旷地区，一般略大于地面有效障碍物高度的1/10。由于气象台常处于空旷地区，z0较小，有文献建议取0.03米。应该注意的是，这里所指风速仪高度是指其感应部分的有效高度，如周围有高大树木等障碍物，则有效高度应为风速仪实际高度减去周围障碍物的高度。虽然实际上，由于不同的地貌，地面粗糙度较小，有文献建议取0.03米。应该注意的是，这里所指风速仪高度是指其感应部分的有效高度，如周围有高大树木等障碍物，则有效高度应为风速仪实际高度减去周围障碍物的高度。虽然实际上，由于不同的地貌，地面粗糙度z0是一

22、变值，但实用上常取为常数。是一变值，但实用上常取为常数。我国规范规定，当风速仪高度与标准高度10m相差过大时，可按下式换算为标准高度的风速：我国规范规定，当风速仪高度与标准高度10m相差过大时，可按下式换算为标准高度的风速：（6-8）（6-8）)10(zvvz=式中式中风速仪在高度处的观察风速（风速仪在高度处的观察风速（m/s）；）；风速仪实际高度（风速仪实际高度（m）;）;空旷平坦地区地面粗糙度指数，取0.16。空旷平坦地区地面粗糙度指数，取0.16。zvz七、风压高度变化系数七、风压高度变化系数七、风压高度变化系数七、风压高度变化系数平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速沿高度的变化规律

23、，常称为平均风速梯度平均风速梯度，也称为，也称为风剖面风剖面，它是风的重要特性之一。由于地表摩擦的结果，使接近地表的风速随着离地面高度的减小而降低。只有离地300500米以上的地方，风才不受地表的影响，能够在气压梯度的作用下自由流动，从而达到所谓，它是风的重要特性之一。由于地表摩擦的结果，使接近地表的风速随着离地面高度的减小而降低。只有离地300500米以上的地方，风才不受地表的影响，能够在气压梯度的作用下自由流动，从而达到所谓梯度风速梯度风速，出现这种速度的高度叫，出现这种速度的高度叫梯度风高度梯度风高度。梯度风高度以下的近地面层也称为摩擦层。地面粗糙度不同，近地面层风速变化的快慢也不同。开

24、阔场地的风速比在城市中心更快地达到梯度风速，对于同一高度处的风速，在城市中心处远较开阔场地为小。梯度风高度以下的近地面层也称为摩擦层。地面粗糙度不同，近地面层风速变化的快慢也不同。开阔场地的风速比在城市中心更快地达到梯度风速，对于同一高度处的风速，在城市中心处远较开阔场地为小。平均风速沿高度变化的规律可用指数函数来描述，即平均风速沿高度变化的规律可用指数函数来描述，即（6-9）（6-9）式中、式中、任一点的平均风速和高度；、任一点的平均风速和高度；、标准高度处的平均风速和高度，大部分国家，标准高度常取10米；标准高度处的平均风速和高度，大部分国家，标准高度常取10米；地面的粗糙度系数，地面粗糙

25、程度愈大，也愈大。通常采用的系数如下：表65 地面粗糙度系数地面的粗糙度系数，地面粗糙程度愈大，也愈大。通常采用的系数如下：表65 地面粗糙度系数=sszzvvvzsvsz海面海面开阔平原开阔平原森林或街道森林或街道城市中心城市中心1250.1001250.1001670.1251670.125250250333333上式指数规律对于地面粗糙度影响减弱的上部摩擦层是较适合的。而对于近地面的下部摩擦层，比较适合于对数规律，由式（6-7）表示。由于对数规律与指数规律差别不很大，所以目前国内外都倾向于用计算简单的指数曲线来表示风速沿高度的变化规律。因为风压与风速的平方成正比，因而风压沿高度的变化规律

26、是风速的平方。设任意高度处的风压与10米高度处的风压之比为风压高度变化系数，对于任意地貌，前者用表示，后者用表示。对于空旷平坦地区地貌，改用，改用表示。则真实的风压高度变化系数应为：上式指数规律对于地面粗糙度影响减弱的上部摩擦层是较适合的。而对于近地面的下部摩擦层，比较适合于对数规律，由式（6-7）表示。由于对数规律与指数规律差别不很大，所以目前国内外都倾向于用计算简单的指数曲线来表示风速沿高度的变化规律。因为风压与风速的平方成正比，因而风压沿高度的变化规律是风速的平方。设任意高度处的风压与10米高度处的风压之比为风压高度变化系数，对于任意地貌，前者用表示，后者用表示。对于空旷平坦地区地貌，改

27、用，改用表示。则真实的风压高度变化系数应为：（6-10）（6-10）awaw0awwaw00w2202000010)(=zvvvvwwwwzaaz由上式，可求得任意地貌z高度处的风压为：由上式，可求得任意地貌z高度处的风压为：（6-11）（6-11）对于空旷平坦的地貌，上式变成：对于空旷平坦的地貌，上式变成：（6-12）（6-12）aazaawzwzw02010)(=02010)(wzwzwza=为了求出任意地貌下的风压，必须求得该地区10米高处的风压，该值可根据该地区风的实测资料，按概率统计方法求得。但是由于目前我国除了空旷地区设置气象台站，并有较多的风测资料外，其它地貌下风的实测资料甚少，

28、因而一般只能通过该地区附近的气象台站的风速资料换算求得。设基本风压换算系数为，即，因为梯度风高度以上的风速不受地貌影响，因而可根据梯度风高度来确定。荷载规范（GB50009-2001）建议取0.16，梯度风高度取350米。设其它地貌地区的梯度风高度为，因为在同一大气环流下，不同地区上空，在其梯度风高度处的风速（风压）应相同，按（6-11）、（6-12）两式得：为了求出任意地貌下的风压，必须求得该地区10米高处的风压，该值可根据该地区风的实测资料，按概率统计方法求得。但是由于目前我国除了空旷地区设置气象台站，并有较多的风测资料外，其它地貌下风的实测资料甚少，因而一般只能通过该地区附近的气象台站的

29、风速资料换算求得。设基本风压换算系数为，即，因为梯度风高度以上的风速不受地貌影响，因而可根据梯度风高度来确定。荷载规范（GB50009-2001）建议取0.16，梯度风高度取350米。设其它地貌地区的梯度风高度为，因为在同一大气环流下，不同地区上空，在其梯度风高度处的风速（风压）应相同，按（6-11）、（6-12）两式得：awaw00w000wwwa=0wTHaTwHw02016.021010350=000232.001035wwHwwTa=（6-13）（6-13）即得任意地区10米高处的风压，代入（6-11）式即得任意高度处的风压为：即得任意地区10米高处的风压，代入（6-11）式即得任意高

30、度处的风压为：aw0aw0232.0200103510)(wHzwzwTwzaa=（6-14）（6-14）如果对于任何地貌情况下的结构物，均以空旷平坦地区的基本风压为基础，则此时的风压高度变化系数可写成：如果对于任何地貌情况下的结构物，均以空旷平坦地区的基本风压为基础，则此时的风压高度变化系数可写成：0w)(zz32.02232.02035103510)()(=TTwzazHzHzzz（6-15）（6-15）荷载规范建议荷载规范建议，地貌按地面粗糙度分为A、B、C、D四类。A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取=0.12；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，取

31、=0.16；C类指有密集建筑群的城市市区，取=0.22；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，取=0.30。，地貌按地面粗糙度分为A、B、C、D四类。A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，取=0.12；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，取=0.16；C类指有密集建筑群的城市市区，取=0.22；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，取=0.30。现将我国三大城市和国外一些城市的实测结果按的大小列于表66。表66 世界部分城市实测值现将我国三大城市和国外一些城市的实测结果按的大小列于表66。表66 世界部分城市实测值城市地名城市地名城市地名城市地名城市地名城市

32、地名巴黎圣彼得堡莫 斯 科纽约巴黎圣彼得堡莫 斯 科纽约0.450.410.370.390.450.410.370.39伦敦基辅东京歌本哈根伦敦基辅东京歌本哈根0.350.360.340.340.350.360.340.34上海蒙特利尔圣路易斯广州南京上海蒙特利尔圣路易斯广州南京0.290.280.250.240.220.290.280.250.240.22由上可以看出，粗糙度小的地区，梯度风高度也小，A、B、C、D四类地貌梯度风高度各取300、350、400和450米，在该高度以上，风压高度变化系数为常数。由式（6-15），得四类地区以空旷平坦地区的基本风压为基础的风压高度变化系数由上可以看

33、出，粗糙度小的地区，梯度风高度也小，A、B、C、D四类地貌梯度风高度各取300、350、400和450米，在该高度以上，风压高度变化系数为常数。由式（6-15），得四类地区以空旷平坦地区的基本风压为基础的风压高度变化系数TH0w24.024.032.012.02794.010379.135300)(zzzzAz=（6-16）（6-16）32.032.0479.010)(zzzBz=（6-17）（6-17）44.044.022.0232.022.02224.010616.0400103510)(zzzzCz=（6-18）（6-19）（6-18）（6-19）60.060.030.0232.030.

34、020799.010318.0400103510)(zzzzDz=如式（6-15）所示，风压高度变化系数是根据原先的风压高度变化系数乘以基本风压换算系数而得。不同地区的10米高处的实际基本风压应按式（6-15）计算，如表67所示。表67 各地貌下10米高处的实际基本风压如式（6-15）所示，风压高度变化系数是根据原先的风压高度变化系数乘以基本风压换算系数而得。不同地区的10米高处的实际基本风压应按式（6-15）计算，如表67所示。表67 各地貌下10米高处的实际基本风压)(zz210)(=zzza0waw0THaw00w0w0w0w地貌类别地貌类别A AB BC CD D0.120.120.1

35、60.160.220.220.300.30（米）（米）3003003503504004004504501.3791.3790.6160.6160.3180.318上表中的为各类地貌下附近空旷平坦地区的基本风压。对于大城市市区，因距离较小，不予调整。上表中的为各类地貌下附近空旷平坦地区的基本风压。对于大城市市区，因距离较小，不予调整。0w关于山区风荷载考虑地形影响的问题，较可靠的方法是直接在建设场地进行与临近气象站的风速对比观测。国外的规范对山区风荷载的规定一般有两种形式：一种是规定建筑物地面的起算点，建筑物上的风荷载直接按规定的风压高度变化系数计算；另一种是按地形条件，对风荷载给出地形系数，或

36、对风压高度变化系数给出修正系数。我国新规范采用后一种形式，并参考加拿大、澳大利亚和英国的相应规范，以及欧洲钢结构协会ECCS的规定（房屋与结构的风效应计算建议），对山峰和山坡上的建筑物，给出风压高度变化系数的修正系数。关于山区风荷载考虑地形影响的问题，较可靠的方法是直接在建设场地进行与临近气象站的风速对比观测。国外的规范对山区风荷载的规定一般有两种形式：一种是规定建筑物地面的起算点，建筑物上的风荷载直接按规定的风压高度变化系数计算；另一种是按地形条件，对风荷载给出地形系数，或对风压高度变化系数给出修正系数。我国新规范采用后一种形式，并参考加拿大、澳大利亚和英国的相应规范，以及欧洲钢结构协会EC

37、CS的规定（房屋与结构的风效应计算建议），对山峰和山坡上的建筑物，给出风压高度变化系数的修正系数。规范规定，对于山区的建筑物，风压高度变化系数除按平坦地面的粗糙度类别，由表确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数分别按下述规定采用，山顶B处（图5.3）：规范规定，对于山区的建筑物，风压高度变化系数除按平坦地面的粗糙度类别，由表确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数分别按下述规定采用，山顶B处（图5.3）：25.211+=HzktgB（6-20）（6-20）式中-山顶或山坡在迎风面一侧的坡度；当时，取；-系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4；H-山顶或山坡全高（m）；-建筑物计算位置离建筑物地

38、面的高度（m）；当时，。式中-山顶或山坡在迎风面一侧的坡度；当时，取；-系数，对山峰取3.2，对山坡取1.4；H-山顶或山坡全高（m）；-建筑物计算位置离建筑物地面的高度（m）；当时，。tg3.0tg3.0=tgkzHz5.2Hz5.2=对于山峰和山坡的其他部位，可按图6-4所示，取A、C处的修正系数、为1，AB间和BC间的修正系数按的线性插值确定。对于山峰和山坡的其他部位，可按图6-4所示，取A、C处的修正系数、为1，AB间和BC间的修正系数按的线性插值确定。ACHBAzCBAd4dC图6-4 山峰和山坡的示意图6-4 山峰和山坡的示意山间盆地、谷地等闭塞地形；对于与风向一致的谷口、山口。对

39、于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系数除按A类粗糙度类别，由表确定外，还应考虑表68给出的修正系数。表68 近海海面和海岛的基本风压修正系数山间盆地、谷地等闭塞地形；对于与风向一致的谷口、山口。对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系数除按A类粗糙度类别，由表确定外，还应考虑表68给出的修正系数。表68 近海海面和海岛的基本风压修正系数85.075.0=50.120.1=距海岸距离（km）距海岸距离（km）401.040601.01.1601001.11.2八、八、八、八、风载体型系数风载体型系数风载体型系数风载体型系数不同的建筑物体型，在同样的风速条件下，平均风压在建筑

40、物上的分布是不同的。图6-5、6-6表示长方形体型建筑表面风压分布系数，从中可以看到：图6-5 模型上的表面风压分布（风洞试验）不同的建筑物体型，在同样的风速条件下，平均风压在建筑物上的分布是不同的。图6-5、6-6表示长方形体型建筑表面风压分布系数，从中可以看到：图6-5 模型上的表面风压分布（风洞试验）图6-6 建筑物表面风压分布（现场实测）图6-6 建筑物表面风压分布（现场实测）（1）在正风面风力作用下，迎风面一般均受正压力。此正压力在迎风面的中间偏上为最大，两边及底部最小。（2）建筑物的背风面全部承受负压力（吸力），一般两边略大、中间小，整个背面的负压力分布比较均匀。（3）当风平行于建

41、筑物侧面时，两侧一般也承受吸力，一般近侧大，远侧小。分布也极不均匀，前后差别较大。（4）由于风向风速的随机性，因而迎风面正压、背风面负压以及两侧负压也是随机变化的。风压除了与建筑物体型直接有关外，它还与建筑物的高度与宽度有关，一些资料指出，随着高宽比的增大，也增大。各种体型的体型系数见荷载规范，其中迎风面的体型系数常为0.8，背风面的体型系数常为-0.5。应注意到，风荷载体型系数表示了风荷载在建筑物上的分布，主要与建筑物的体型有关，并非空气的动力作用。对（1）在正风面风力作用下，迎风面一般均受正压力。此正压力在迎风面的中间偏上为最大，两边及底部最小。（2）建筑物的背风面全部承受负压力（吸力），

42、一般两边略大、中间小，整个背面的负压力分布比较均匀。（3）当风平行于建筑物侧面时，两侧一般也承受吸力，一般近侧大，远侧小。分布也极不均匀，前后差别较大。（4）由于风向风速的随机性，因而迎风面正压、背风面负压以及两侧负压也是随机变化的。风压除了与建筑物体型直接有关外，它还与建筑物的高度与宽度有关，一些资料指出，随着高宽比的增大，也增大。各种体型的体型系数见荷载规范，其中迎风面的体型系数常为0.8，背风面的体型系数常为-0.5。应注意到，风荷载体型系数表示了风荷载在建筑物上的分布，主要与建筑物的体型有关，并非空气的动力作用。对于外型较复杂的特殊建筑物于外型较复杂的特殊建筑物必要时应进行风洞模型试验

43、必要时应进行风洞模型试验ss建筑结构荷载规范GB50009-2001建筑结构荷载规范GB50009-2001给出的值可供结构设计时选用。对于实际工程设计，可按以下要求予以简化：给出的值可供结构设计时选用。对于实际工程设计，可按以下要求予以简化：s?对于方形、矩形平面建筑物，总风压系数取1.3，但当建筑物的高宽比H/d4 而平面长宽比l/d=1.01.5时，取1.4；对于方形、矩形平面建筑物，总风压系数取1.3，但当建筑物的高宽比H/d4 而平面长宽比l/d=1.01.5时，取1.4；?弧形、V形、Y形、十字形、双十字形、井字形、L形和槽形平面建筑物的总风压系数取1.4；弧形、V形、Y形、十字形

44、、双十字形、井字形、L形和槽形平面建筑物的总风压系数取1.4；?圆形平面总风压系数取0.8；圆形平面总风压系数取0.8；?正多边形平面的总风压系数，其中n为边数。正多边形平面的总风压系数，其中n为边数。?作用于V形、槽形平面上正、反方向风力常常是不同的，可以按两个方向大小相等、符号相反、绝对值取较大的数值，以简化计算。作用于V形、槽形平面上正、反方向风力常常是不同的，可以按两个方向大小相等、符号相反、绝对值取较大的数值，以简化计算。?验算围护构件及其连接的强度时，正压区、负压区需注验算围护构件及其连接的强度时，正压区、负压区需注ssssns2.18.0+=九、风振系数九、风振系数九、风振系数九

45、、风振系数在随机脉动风压作用下，结构产生随机振动。结构除了顺风向风振响应外，还有横风向风振响应。对于非圆截面，顺风向风振响应占主要地位。我国在随机脉动风压作用下，结构产生随机振动。结构除了顺风向风振响应外，还有横风向风振响应。对于非圆截面，顺风向风振响应占主要地位。我国荷载规范规定荷载规范规定：对于基本自振周期：对于基本自振周期T1大于大于0.25s的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，如塔架、桅杆、烟囱等，以及高度大于的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，如塔架、桅杆、烟囱等，以及高度大于30m且高宽比大于且高宽比大于1.5的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。的高柔房

46、屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。对于单层和多层结构，其在风荷载作用下的振动方程为：对于单层和多层结构，其在风荷载作用下的振动方程为：)(tPyKyCyM=+&（6-21）（6-21）式中：-为质量矩阵-为阻尼矩阵-为水平风力列向量式中：-为质量矩阵-为阻尼矩阵-为水平风力列向量MC)(tP对于高层和高耸结构，沿高度每隔一定高度就有一层楼板或其它加劲构件，计算时通常假定其在平面刚度为无限大。通常结构设计都尽可能使结构的刚度中心、重心和风合力作用点重合，以避免结构发生扭转。这样结构在同一楼板或其它加劲构件高度处的水平位移是相同的。考虑到上下楼板或其它加劲构件间的间距比楼房的总高要小

47、得多，故可进一步假定结构在同一高度处的水平位移是相同的。这样，对高层、高耸结构可化为连续化杆件处理，属无限自由度体系。当然，也可以将质量集中在楼层处，看成多自由度结构体系。由于无限自由度体系方程具有一般性质，又具有简洁的形式，能明确反映各项因素的影响，又便于制成表格，故现从无限自由度体系简单说明风振系数的推导过程。对于高层和高耸结构，沿高度每隔一定高度就有一层楼板或其它加劲构件，计算时通常假定其在平面刚度为无限大。通常结构设计都尽可能使结构的刚度中心、重心和风合力作用点重合，以避免结构发生扭转。这样结构在同一楼板或其它加劲构件高度处的水平位移是相同的。考虑到上下楼板或其它加劲构件间的间距比楼房

48、的总高要小得多，故可进一步假定结构在同一高度处的水平位移是相同的。这样，对高层、高耸结构可化为连续化杆件处理，属无限自由度体系。当然，也可以将质量集中在楼层处，看成多自由度结构体系。由于无限自由度体系方程具有一般性质，又具有简洁的形式，能明确反映各项因素的影响，又便于制成表格，故现从无限自由度体系简单说明风振系数的推导过程。将结构作为一维弹性悬臂杆件处理，则其振动方程为：将结构作为一维弹性悬臂杆件处理，则其振动方程为：)()(),()()()(222222tfzptzpzyZEJztyzCtyzm=+（6-22）（6-22）式中：-为在高度z处单位高度的质量-为在高度z处单位高度的阻尼系数-为

49、在高度z处单位高度的惯性矩-为在高度z处单位高度的水平风力。式中：-为在高度z处单位高度的质量-为在高度z处单位高度的阻尼系数-为在高度z处单位高度的惯性矩-为在高度z处单位高度的水平风力。)(zm)(zC)(zJ)(zp用振型分解法求解，位移按规准化振型函数展开式计算，即用振型分解法求解，位移按规准化振型函数展开式计算，即)()(),(1tqztzyiii=（6-23）（6-23）)(z式中：-i振型在高度z 处的规准化振型函数值；-i振型的正则坐标。式中：-i振型在高度z 处的规准化振型函数值；-i振型的正则坐标。)(zi)(tqi将式（6-23）代入式（6-22）得将式（6-23）代入式

50、（6-22）得)()()()()()()()()()()(122221.1.tfzptqdzzdZEJdzdtqzzCtqzzmiiiiiiiii=+=对上式各项乘以，沿全高积分，并考虑正交条件：对上式各项乘以，沿全高积分，并考虑正交条件：)(zj0)()()(0=dzzzzmjiH)(ji 0)()(02222=dzzdzdzEJdzdjHi)(ji（6-24）（6-25）（6-24）（6-25）得：得：dztfzpztqdzzdzzdzEJdzddzzzCztqqdzzzmHjjjjHjjiHjjHij)()()()()()()()()()()()()(02202210.20=+=（6-2