风荷载
第4章风荷载
静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风飓风
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。
风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，
它不仅对结构物产生水平风压作用，还会引 起多种类型的振动效应。
风灾实例 1926年9月，美国迈阿密17层高的 Meyer-Kiser大楼在一次飓风袭击下， 维护结构受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在风暴中严 重摇晃，顶部残留位移达0.61m。
第4章 风荷载
风致桥梁破坏 1940 年 11 月 7 日 ， 美 国 华 盛 顿 州 塔 科 马 桥 （ Tacoma Bridge ）因风振致毁，这一严重的桥梁事故，开始促使人 们对桥梁的风致振动问题进行系统深入的研究。该桥主跨 长853.4m，全长1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通 过两年时间的施工，于 1940 年 7 月 1 日建成通车。但由于当
使用功能 住宅、公寓 办公、旅馆 amax (m/s2) 0.15 0.25
第4章 风荷载
抗风减振措施
台北 101 大楼（高 508 米），在 92楼 层悬挂设置重达 800 吨的悬浮阻尼 球，通过吸收振动能量，避免大楼 在强风下大幅晃动
第4章 风荷载
抗风减振措施
上海环球金融中心（高492米），在395 米的第 90 层安装两台重达 150 吨、长宽 各 9 米的风阻器，中间桔红色的是用钢 索悬吊的重 100 多吨的配重物，其下安 装了驱动装置。
第4章 风荷载
第4章
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 风的有关知识 风压
风荷载
内容提要
结构抗风计算的几个重要概念 顺风向结构风效应 横风向结构风效应
风荷载作用方向 解释并说明、使用场景
风荷载作用方向解释并说明、使用场景1. 引言1.1 概述风荷载是指由风对建筑物或结构物表面施加的压力，其大小和方向取决于气流的速度、密度以及建筑物形状、高度等因素。
在建筑设计与结构分析中，准确确定风荷载作用方向是非常重要的，它直接影响着建筑物的稳定性和安全性。
1.2 文章结构本文主要围绕风荷载作用方向展开论述，并将分为四个部分进行阐述。
首先，在第二部分中，我们将对风荷载作用方向进行解释和说明，包括其定义、含义以及其对建筑物产生的影响；接着，在第三部分中，我们将探讨风荷载作用方向在建筑设计与结构分析中的应用以及在工程施工过程中需要考虑的因素；最后，在第四部分中，我们将总结风荷载作用方向的重要性，并强调正确理解和应用该概念的必要性。
此外，我们还将展望未来关于风荷载作用方向领域的研究和实践。
1.3 目的本文旨在深入探讨风荷载作用方向的含义和影响，以提高建筑设计与分析领域的专业人员对该概念的认识。
同时，我们也希望通过介绍风荷载作用方向在建筑工程中的应用场景，为工程实践者提供参考，并促进未来相关研究的发展。
通过本文的阐述和讨论，读者将能够更好地理解和应用风荷载作用方向，从而为建筑物结构的安全性和稳定性提供坚实基础。
2. 风荷载作用方向的解释和说明2.1 什么是风荷载作用方向风荷载作用方向指的是风对建筑物或结构体产生的力在空间中的作用方向。
由于风是一种流体介质，其对建筑物产生的压力和力矩具有明确的方向性。
风荷载作用方向是建筑设计与结构分析中考虑的一个重要参数。
它决定了建筑物受到风载荷时的应力、变形等响应。
正确理解和确定风荷载作用方向对于确保建筑物结构稳定性和安全性至关重要。
2.2 风荷载作用方向对建筑物的影响风荷载作用方向直接影响建筑物结构系统的承受能力，包括抗倾覆、抗滑移、抗倾覆扭转以及整体稳定性等。
具体来说，风荷载从不同方向作用于建筑物表面会引起不同类型的应力和变形。
例如，在高层建筑中，顶层受到侧向（横向）风力可能会导致房屋侧倾或屋顶失稳；在长向风力作用下，会引起整体的变形和振动。
风荷载名词解释
风荷载名词解释
风荷载名词解释
风荷载是指风的作用在建筑物表面上产生的一种外力类型。
风荷载的形式包括
压力、剪力、拉力等等。
它们不仅影响建筑物的结构设计，还会影响建筑物的美观外观。
当风把气体运动时，就会在建筑物上形成位力，从而产生风荷载。
风荷载主要
是由风速、风对流及风吹刮等影响。
风荷载不仅会影响建筑物的整体抗风性能，还可能对建筑物位及结构垂直变形造成负担。
建筑物的设计与建造时都必须考虑风荷载。
一般来说，建筑物在室外必须具有
很强的抗风能力，这就意味着在设计、施工等过程中必须把风荷载考虑在内，应使用抗风强度比较大的材料、利用风的影响方向和结构的特性实现最佳抗风设计，以减轻风荷载的压力。
此外，在进行建筑物结构设计时，还要考虑屋顶的结构，以及抗风设计的因素，如圆柱、桁架等，使其具有良好的抗风性能。
风荷载对建筑物的设计师和建造者都有着不可忽视的重要性。
现代建筑物的设
计要求抗风性能非常强大，这需要结构设计师和建造者正确的计算和估计风荷载，并合理的选择材料，使建筑物结构抗风性和耐久性都获得最佳状态，确保建筑物的安全运行。
如何计算风荷载
如何计算风荷载风指的是从高压区向低压区流动的空气，它流动的方向大部分时候是水平的。
[1] 强风具有很大的破坏力，因为它们会对建筑物表面施加压力。
这种压力的强度就是风荷载。
风的影响取决于建筑物的大小和形状。
为了设计和建造更加安全、抗风能力更强的建筑物，以及在建筑物顶部安放天线等物体，计算风荷载很有必要。
方法1用通用公式计算风荷载1 了解通用公式。
风荷载的通用公式是 F = A x P x Cd，其中 F是力或风荷载， A是物体的受力面积， P是风压，而 Cd是阻力系数。
[2] 这个公式在估算特定物体的风荷载时非常有用，但无法满足规划新建筑的建筑规范要求。
2 得出受力面积 A。
它是承受风吹的二维面面积。
[3] 为了进行全面分析，你得对建筑物的每个面各做一次计算。
比如，如果建筑物西侧面的面积为20m2，那就把这个值代入公式中的 A，来计算西侧面的风荷载。
计算面积的公式取决于面的形状。
计算平坦壁面的面积时，可以使用公式面积 = 长 x 高。
公式面积 = 直径 x 高度可以算出圆柱面面积的近似值。
使用国际单位计算时，面积 A应该使用平方米（m2）作为单位。
使用英制单位计算时，面积 A应该使用平方英尺（ft2）作为单位。
3 计算风压。
使用英制单位（磅/平方英尺）时，风压P的简单公式为P =0.00256V^{2}，其中 V是风速，单位为英里/小时（mph）。
[4] 而使用国际单位（牛/平方米）时，公式会变成P = 0.613V^{2}，其中 V的单位是米/秒。
[5]这个公式是基于美国土木工程师协会的规范。
系数0.00256是根据空气密度和重力加速度的典型值计算得出的。
[6]工程师会考虑周围地形和建筑类型等因素，使用更精确的公式。
你可以在ASCE规范7-05中查找公式，或使用下文的UBC公式。
如果你不确定风速是多少，可以查询美国电子工业协会（EIA）标准或其他相关标准，找到你们当地的最高风速。
比如，美国大部分地区都是A级区，最大风速为86.6 mph，但沿海地区可能位于B级区或C级区，前者的最大风速为100 mph，后者为111.8 mph。
门窗、幕墙风荷载标准值
门窗、幕墙风荷载标准值门窗、幕墙是建筑物外观的重要组成部分，其设计需要考虑到各种荷载，包括风荷载。
在门窗、幕墙的设计和施工中，确保其能够承受风荷载的作用是非常重要的。
本文将介绍门窗、幕墙风荷载标准值的相关内容。
一、风荷载标准值的计算门窗、幕墙的风荷载标准值可以通过以下公式计算：Wo = μz · μs · W0其中，Wo为风荷载标准值（kN/m2）；μz为高度Z处的风振系数；μs为体型系数；W0为基本风压值（kN/m2）。
二、不同情况下的风荷载标准值1.一般情况下，门窗、幕墙的风荷载标准值可以通过上述公式计算得出。
但是，在某些情况下，需要考虑风荷载体型系数和高度系数的影响。
例如，对于高层建筑，需要考虑高层风力的影响，因此体型系数和高度系数都会有所不同。
2.在不同风向和气候条件下，门窗、幕墙所受到的风荷载也会有所不同。
因此，需要根据当地的气候条件和建筑物的具体情况来确定风荷载标准值。
3.另外，不同种类的门窗、幕墙所受到的风荷载也会有所不同。
例如，推拉门窗和平开门窗的风荷载标准值就会有所不同。
因此，需要根据门窗、幕墙的具体类型来确定其风荷载标准值。
三、门窗、幕墙的风荷载设计要求为了保证门窗、幕墙能够承受风荷载的作用，需要采取以下措施：1.合理设计门窗、幕墙的开启方式和结构形式，使其具有足够的强度和刚度，能够承受风荷载的作用。
2.在门窗、幕墙的设计中，需要考虑风振系数和体型系数的影响，并对其进行合理的取值。
3.在施工和安装过程中，需要保证门窗、幕墙的安装质量和精度，确保其能够与建筑物主体结构牢固连接，以承受风荷载的作用。
4.对于高层建筑或气候条件较为恶劣地区的建筑物，需要对门窗、幕墙进行抗风性能设计和试验，以确保其能够满足抗风要求。
总之，门窗、幕墙的风荷载标准值需要根据具体情况来确定，并在设计和施工中采取相应的措施来保证其能够承受风荷载的作用。
这对于提高建筑物的安全性和使用寿命具有重要意义。
风荷载单位
风荷载的单位通常是千牛顿（kN）或者其倍数，用于表示风对建筑物或其他结构物产生的压力。
在工程领域，风荷载的计算通常基于以下几个参数：
1. 基本风压：表示风荷载的基准压力，单位为千牛顿/平方米（kN/m²）。
基本风压是根据当地地面上离地10米高的统计数据计算得到的50年一遇10分钟平均最大风速。
2. 风荷载体型系数：这是一个用于调整风压的系数，以考虑建筑物的形状、尺寸和表面粗糙度等因素对风荷载的影响。
该系数的单位为无单位。
3. 高度变化系数：这是一个用于调整风压的系数，以考虑风速随高度变化的规律。
该系数的单位为无单位。
在计算风荷载时，需要将这些系数与建筑物的面积、高度等参数相结合，以得到实际的风荷载值。
然后，这些风荷载值可以用于结构设计、分析和安全评估。
第四章 风荷载
§4.3
风压高度变化系数
《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）为方便设计人员使用，用风 压高度变化系数 综合考虑不同高度和不同地貌情况的影响。对于平坦或稍 有起伏的地形，风压高度变化系数直接按下表取用；对于山区的建筑物， 风压高度变化系数除由下表确定外，还应考虑地形条件的修正。表中地貌 （地面粗糙程度）分为A、B、C、D四类。
§4.2
基本风速和基本风压
3. 平均风速的时距 风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。 平均风速与时距的大小有密切关系，如果时距取的很短，例如3s，则平均 风速只反映了风速记录中最大值附近的较大数值的影响，较低风速在平均 风速中的作用难以体现，致使平均风速较高；相反，如果时距取的很长， 例如1天，则必定将一天中大量的小风平均进去，致使平均风速值较低。一 般来说，时距越大，平均风速越小；反之，时距越小，则平均风速越大。
§4.1
风的基本知识
4.1.3 我国的风气候总况
§4.1
4.1.4 风级
风的基本知识
为了区分风的大小，根据风对地面(或海面)物体的影响程度将风划为若 干等级。风力等级（wind scale）简称风级，是风强度的一种表示方法。 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 称蒲福风力等级(Beaufort scale )。 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，最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、渔浪等的影响大小，分为 13个等级（0～12级）。 后来又在原分级的基础上，增加了风速界限，将蒲福风力等级由 12级台风 扩充到17级，增加为18个等级（0～17级）。
§4.2
基本风速和基本风压
风荷载取值
3、1、3 风荷载建筑物受到得风荷载作用大小,与建筑物所处得地理位置、建筑物得形状与高度等多种因素有关,具体计算按照《荷载规范》第7章执行。
1、风荷载标准值计算垂直于建筑物主体结构表面上得风荷载标准值W K ,按照公式(3、1-2)计算:βz ——高度Z 处得风振系数,主要就是考虑风作用得不规则性,按照《荷载规范》7、4要求取值。
多层建筑,建筑物高度＜30m,风振系数近似取１。
(1)风荷载体型系数µS风荷载体型系数,不但与建筑物得平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成得角度有关,而且还与建筑物得立面处理、周围建筑物得密集程度与高低等因素有关,一般按照《荷载规表3、1、10 建筑物体型系数取值表注1:当计算重要且复杂得建筑物、及需要更细致地进行风荷载作用计算得建筑物,风荷载体型系数可按照《高层规程》中附录A 采用、或由风洞试验确定。
注4:当多栋或群集得建筑物相互间距离较近时,宜考虑风力相互干扰得群体作用效应。
一般可将单体建筑得体型系数乘以相互干扰增大系数,该系数可参考类似条件得试验资料确定,必要时宜通过风洞试验确定。
注3:檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件,计算局部上浮风荷载作用时,体型系数不宜小于2、0。
注4:验算表面围护结构及其连接得强度时,应按照《荷载规范》7、3、3规定,采用局部W W z s z k μμβ=)21.3(-风压力体型系数。
(2)风压高度变化系数µz设置风压高度变化系数,主要就是考虑建筑物随着高度得增加风荷载得增大作用。
对于位于平坦或稍有起伏地形上得建筑物,其风压高度变化系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7、2要求选用,表3、1、11中列出了常用风压高度变化系数得取值要求。
表3、1、11 风压高度变化系数A类:近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;B类:田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏得乡镇与城市郊区;C类:有密集建筑群得城市市区;D类:有密集建筑群与且房屋较高得城市市区。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
见教材P63中公式）
进行结构设计的时候，考虑风荷载由框
架柱或者剪力墙承担。
风荷载传递：
外墙（窗）表面----楼盖----框架（墙） 风荷载的传递按照就近原则传到靠近
的楼盖上。每一层楼盖承受的风荷载为上
下各半楼层墙面所承受风荷载的合力。
结构外墙面所承受风荷载示意图
外墙面所承受风荷载集中到楼盖后的示意 图（风荷载作用下框架计算简图）
风灾实例
厂房屋面风致破坏
风灾实例
广告牌风致破坏
风灾实例
2006 年 3 月 12 日，位于福建泉 州北峰路段的一块大型户外广 告牌被大风吹倒，压住了两辆 行驶中的摩托车，造成 3 人死 亡。当天，受强冷空气影响， 泉州气温持续下降，并伴有 8 级大风。 2007 年 7 月 29 日下午，郑州市区 瞬时大风吹倒郑州市文化路的 巨幅广告牌。将 4 辆奇瑞轿车全 部压在身下，砸塌了另外 2 辆轿 车的车顶。倒塌的广告牌下， 停放着10多辆展销轿车。
s风载体型系数
： 主要与建筑物的体
型有关，《荷载规范》给出了38项不同类
型的建筑物和各类结构体型及其体型系数。
【例】 封闭式双坡屋面单层厂房
屋面风载体型系数
s
150 300
600
s
-0.5
-0.6
0
+0.8
注：中间值按插入法计算
主体结构风载体型系数
-0.7
+0.8 -0.7 -0.5
大风 烈风 狂风 暴风
飓风
（飓风--风速在32.7m/s以上）
风灾实例
1926 年 9 月，美国迈阿 密一座17层高的大楼在一 次飓风袭击下，维护结构 受到严重破坏，钢框架结 构发生塑性变形，大楼在 风暴中严重摇晃，顶部残 留位移达0.61m。
风灾实例
美 国 约 翰 汉 考 克 大 楼 （ John Hancock），自 1972年夏天至 1973 年的1月，由于外饰玻璃经常遭受 大风破坏，不得不更换所有的玻 璃，耽误了三年半的使用，还增 加了830万美元的预算。
1 、挡土墙后地面有均布荷载时 的土压力计算（三种情况）
2 、挡土墙后土中有地下水时的 土压力计算
3 、风荷载标准值计算公式；风 载体型系数、风压高度变化系数
风压高度变化系数
离地面或海平 面高度（m） 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80 90 100 150 200 250 300 350 400 ≥450 地面粗糙度类别 A 1.17 1.38 1.52 1.63 1.80 1.92 2.03 2.12 2.20 2.27 2.34 2.40 2.64 2.83 2.99 3.12 3.12 3.12 3.12 B 1.00 1.00 1.14 1.25 1.42 1.56 1.67 1.77 1.86 1.95 2.02 2.09 2.38 2.61 2.80 2.97 3.12 3.12 3.12 C 0.74 0.74 0.74 0.84 1.00 1.13 1.25 1.35 1.45 1.54 1.62 1.70 2.03 2.30 2.54 2.75 2.94 3.12 3.12 D 0.62 0.62 0.62 0.62 0.62 0.73 0.84 0.93 1.02 1.11 1.19 1.27 1.61 1.92 2.19 2.68 2.68 2.91 3.12
风灾实例
1940年11月7日，美国华盛顿州塔科马桥（
Tacoma Bridge）因风振致毁，这一严重的桥梁
事故，开始促使人们对桥梁的风致振动问题进行
系统深入的研究。该桥主跨长853.4m，全长
1810.56m，桥宽11.9m，而梁高仅1.3m。通过两
年时间的施工，于1940年7月1日建成通车。但由
z风压高度变化系数：
地面的粗糙度类别
在一定
高度范围内风作用的大小随高度不同而不同，同 时也与地面的粗糙程度有关 。
A类—近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
B类 —田野、乡村、丛林、丘陵、房屋比较稀疏 的乡镇和城市郊区 C类—有密集建筑群的城市市区
D类—有密集建筑群且房屋较高的城市市区
复习上节内容：
风灾实例
1988年美国一座高610m的电视桅杆在阵风下倒塌。
风灾实例
1965年11月1日，英国渡桥（Ferrybridge）热电厂的8座大型 冷却塔，每座塔高116m，直径93m，其中有3座塔在风暴袭击中 被吹毁，该事故促使人们开始注重群体风效应的研究。
风灾实例
位于上海嘉定的国际赛车场F1看台设计时考虑了12级强台 风 影 响 ， 但 在 事 故 当 天 ， 嘉 定 区 部 分 地 段 遭 受 了 13 级 （ 40m/s ）的强台风，是造成这起事故的主要原因，赛车场 损失上千万元 。
于当时人们对柔性结构在风作用下的动力响应的 认识还不深入，虽然设计风速为60m/s，但在 19m/s风速下结构就产生强烈扭曲振动而遭破坏
风致桥梁破坏
二、（顺）风荷载计算
风对建筑物的作用： 顺风向作用
横风向作用（超高层，圆形截面高层
构筑物考虑）
某一高度处顺风向荷载标准值
w(z)==z s z(z) w0
பைடு நூலகம்
w0基本风压 ：
以某地区比较空旷平坦地面上离
地 10m 高统计所得的 50 年一遇 10min 内 最大风速对应的压力值。
可查表取值。
z –高度z处的风振系数
对于高度大于30m 且高宽比 大于1. 5 的房屋，以及基本自振 周期T大于0.25s 的各种高耸结构， 应考虑风压脉动对结构产生顺风 向风振的影响。 如果不在上述范围之内，则 z =1
一、 风的基本知识
风的形成-- 空气从气压大的地方向气压 小的地方流动而形成。 工程设计中主要考虑的风：台风和季风
风级---根据风对地（海）面物体的影响 程度进行的等级划分，共13个等级。
风级（根据风对地面或海洋物体影响程度） 13个等级（0级12级 ）
0级
1级
2级
3级
4级
5级
6级
7级
静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 8级 9级 10级 11级 12级
按照教材（2006规范）计算方法：
z –高度z处的风振系数，且z=1+z/
—脉动增大系数，与w0T12、房屋结构类型
有关；查表取值（见教材P63表3-10）
— 脉动影响系数，与地面粗糙度类型、 z— 振型系数，由结构动力计算确定（一
般取第一振型）；（
H/B、房屋总高H有关；（见教材P64表格及说明）