第4章风荷载
2012荷载作业
第一章荷载类型1、荷载与作用的概念？2、说明直接作用与间接作用的区别？3、作用（或荷载）的分类？ 5、结构设计的目标是什么？4、按随时间的变异分类，作用可分为永久作用、可变作用和偶然作用，说明每一种作用具体包括哪些作用？（p2）第二章重力1、土的重度与有效重度有何区别？2、影响基本雪压的主要因素有哪些？3、说明影响屋面雪压的主要因素？4、概念：基本雪压土的自重应力雪压楼面活荷载5、我国是按年一遇确定的基本雪压分布图。
6、计算楼面活荷载效应时，为什么当活荷载影响面积超过一定数值需对均布活荷载取值加以折减？7、车辆荷载的标准形式有哪两种？ 8、影响雪重度的因素？注：要求会计算双坡屋面的雪荷载标准值，会计算传递到梁墙柱上的楼面活荷载标准值的大小。
第三章侧压力1、土的侧压力的定义。
2．根据挡土墙的位移情况和墙后土体所处的应力状态，土压力可分为哪几类？并说明他们各自的定义。
3、侧压力包括哪些力？第四章风荷载1、说明风速与风压的关系？2、概念：风压基本风压风剖面（p44）3、基本风压通常应符合哪五项规定？4、说明影响基本风压的主要因素？5、顺风向平均风与脉动风的联系与区别？（p21）6、顺风向总风压的表达式并说明表达式中各字母的含义。
7、说明风载体型系数、风压高度变化系数、风振系数的意义。
8、在什么条件下需考虑结构横风向风效应？9、解释结构风致驰震现象。
10、计算题：教材例4－1和例4－3、4-4。
注：要求会计算风荷载标准值（p180）第五章地震作用1、地震有哪些类型？2、构造地震是怎样产生的？3、震级与烈度的概念？4、震级与烈度的关系？（P75）5、表征地面运动特征的主要物理量有哪些？（p78）6、影响地面运动频谱的主要因素有哪些？（p79）7、地震反应谱的实质是什么？（p82）8、影响地震反应谱的主要因素有哪些？9、我国设防烈度、基本烈度的定义9、说明振型分解反应谱法的主要理论基础。
10、说明底部剪力法的计算基本假定。
[工学]高层建筑设计第4章 设计要求及荷载效应组合
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马那瓜美洲银行大楼动力分析
表4-4 结构确定抗震等级时的烈度表
建筑类别
丙类
甲、乙类
设防烈度
6度 7度 8度 9度 6度 7度 8度 9度
确定抗震等级 Ⅰ类场地 6 6 7 8 6 7 8 9 时考虑的烈度 Ⅱ～Ⅳ类场地 6 7 8 9 7 8 9 9*
图4-4
（d）
图4-5
图4-5
图4-6
4.5.2 抗倾覆问题
(1)控制高宽比
(2)基底零应力区满足一定要求时不需要进行抗倾 覆验算(pp77) 。
4.6 抗震结构延性要求和抗震等级
4.6.1 延性结构的概念
(1)延性的概念
延性——结构(截面)能维持承载能力而又具有较大的 塑性变形的能力。如图4-2：
截面开始屈服 —— My、 y、fy、 y 截面破坏 —— Mu、 u、fu、 u
γL——考虑结构使用年限的荷载调整系数。50年时取1.0 ；100年时取1.1
2、有地震作用组合： SE= γGSGE+γEhSEhk+γEvSEvk+ψWγWSWk
注：抗震设计时，应同时考虑无地震作用组合和有地震作用 组合。
4.1.2 竖向活荷载的布置
1、恒载布置——全部作用在结构上。
2、活载布置 高层民用建筑一般满布计算内力(图4-4(d))，为了安 全起见，可以把框架梁的弯矩乘以1.1~1.2的放大系数. 在贮藏、书库或其他有很重使用荷载(q>4kN／m2)的 结构中，应考虑最不利荷载布置(图4-4(a)、(b)、 (c)) 。
(2)跨中截面——最大正弯矩。
2、柱
控制截面为上、下两个端截面，柱子多设计成 对称配筋。要考虑下述四种可能组合：
|M|max及相应的N； Nmax及相应的M； Nmin及相应的M。 |M|比较大（不是绝对最大），但N比较小或N比较大 （不是绝对最小或绝对最大）。 柱子还要组合最大剪力Vmax。
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
建筑幕墙设计(第四章)荷载及其组合
横向验算风荷载单独作用下挠度。
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 风荷载是作用于幕墙的一种主要直接作用，它垂 直作用于幕墙面板表面。 设计要求：(1)既需考虑长期使用过程中，在一定时距平
均最大风速的风荷载作用下保证 正常使用功 能不受影响。 (2)在阵风袭击下不受损坏，避免事故发生。
风荷载计算公式:
w w（主体结构） w w（外围护 幕墙）
k Z s z o k gz s z o
4 荷载及荷载组合
第二节 风荷载 1 基本风压Wo
当风以一定速度向前运动遇到幕墙阻碍时，幕墙承受风 压，幕墙所在地区不同，它们的基本风压不同。
Vo / 2 wo
A：近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B：田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀疏的乡镇 C：密集建筑群的城市市区（一般城市) D：密集建筑群且房屋较高城市（北京、上海等）
4 荷载及荷载组合
A z c z
1.379( z /10) 0.616( z /10)
0.24
0.44
B z D z
4 荷载及荷载组合
4 阵风系数 gz 第二节 风荷载
瞬时风压峰值与10min平均风压（基本风压）的比值， 取决于场地粗糙度类别和建筑物高度。 K (1 2 ) 玻璃幕墙 石材金属幕墙取2.25 gz f K-地区粗糙度调整系数 A取0.92 B取0.89
A f
C取0.85 D取0.8
4 荷载及荷载组合
第一节 概述 2 幕墙的荷载组合 承载Hale Waihona Puke 极限状态G G w w w
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记
《工程结构荷载及可靠度设计》课程笔记第一章：荷载类型1.1 荷载与作用荷载是指作用在结构上的各种力，它们可以导致结构的变形、位移或破坏。
荷载通常分为两类：直接作用和间接作用。
1. 直接作用：指直接施加在结构上的力，如人的重量、家具、车辆等。
这些力可以直接作用在结构的某个部分，导致该部分产生应力、应变和变形。
2. 间接作用：指不是直接施加在结构上的力，但会通过结构的一部分传递到另一部分，如温度变化、地震等。
这些力不会直接导致结构产生应力，但会通过结构的变形和位移产生影响。
1.2 作用的分类荷载作用可以分为以下几类：1. 恒载：指在结构使用过程中始终存在的荷载，如结构自重、固定设备等。
恒载的大小和作用点一般不会发生变化。
2. 活载：指在结构使用过程中可能变化的荷载，如人的活动、车辆的行驶等。
活载的大小和作用点可能会随着时间发生变化。
3.偶然荷载：指在结构使用过程中可能发生，但发生概率较小的荷载，如意外事故、爆炸等。
偶然荷载的大小和作用点通常难以预测。
4.地震作用：指地震时地面的震动对结构产生的影响。
地震作用是一种特殊的偶然荷载，其大小和作用点取决于地震的强度和震中距离。
5.风荷载：指风对结构产生的影响。
风荷载的大小和作用点取决于风速、风向和地形等因素。
6.温度作用：指温度变化对结构产生的影响。
温度作用可能导致结构产生膨胀或收缩，从而产生应力、应变和变形。
7.变形作用：指由于地基沉降、结构老化等原因导致结构产生的变形。
变形作用可能会导致结构的应力、应变和位移发生变化。
8.爆炸作用：指由于爆炸事故对结构产生的影响。
爆炸作用通常会导致结构产生局部破坏或整体破坏。
9.浮力作用：指由于水的浮力对结构产生的影响。
浮力作用通常发生在水下结构或浮体结构中。
10.制动力、牵引力与冲击力：指由于车辆行驶、机械运动等原因对结构产生的影响。
这些力可能会导致结构产生振动、噪声和疲劳损伤。
11.预加力：指在施工过程中预先施加在结构上的力，如预应力混凝土结构中的预应力钢筋。
第4章思考题答案xm-syj-2012混凝土设计原理 邵永健
思考题答案4.1荷载作用下，受弯构件可能发生哪两种破坏形式？答：荷载作用下，受弯构件可能发生两种破坏形式：一种是沿弯矩最大截面的破坏，由于破坏截面与构件的轴线垂直，故称为受弯构件的正截面破坏。
另一种是沿剪力最大截面或剪力和弯矩都较大截面的破坏，由于破坏截面与构件的轴线斜交，故称为受弯构件的斜截面破坏。
4.2 为什么要规定梁中纵向钢筋的净间距？梁中纵向钢筋的净间距具体有哪些规定？答：规定梁中纵向钢筋的净间距是为了便于浇注混凝土，保证钢筋周围混凝土的密实性，以及保证钢筋与混凝土粘结在一起共同工作。
具体规定有：梁上部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于30mm和1.5d（d为钢筋的最大直径）；下部纵向钢筋水平方向的净间距不应小于25mm和d。
梁的下部纵向钢筋配置多于两层时，两层以上钢筋水平方向的中距应比下面两层的中距增大一倍。
各层钢筋之间的净间距不应小于25mm和d。
4.3 什么是混凝土保护层厚度？为什么要规定混凝土保护层厚度？混凝土保护层厚度的取值与哪些因素有关？答：结构构件中最外层钢筋的外边缘至混凝土表面的垂直距离，称为混凝土保护层厚度。
为保证结构的耐久性、耐火性和钢筋与混凝土的粘结性能，须对混凝土保护层厚度进行规定。
混凝土保护层厚度的取值与构件类型、混凝土强度等级、环境类别设计使用年限和钢筋直径有关。
4.4 板中分布钢筋的概念与作用。
答：分布钢筋是指垂直于板的受力钢筋方向上布置的构造钢筋。
分布钢筋的作用是：与受力钢筋绑扎或焊接在一起形成钢筋骨架，固定受力钢筋的位置；将板面的荷载更均匀地传递给受力钢筋；以及抵抗温度应力和混凝土收缩应力等。
4.5 适筋梁从开始受荷到破坏需经历哪几个受力阶段？各阶段的主要受力特征是什么？答：适筋梁从开始受荷到破坏需经历未开裂阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。
未开裂阶段的主要受力特征是构件没有裂缝，钢筋应力小，混凝土基本处于弹性阶段，荷载－挠度关系基本为线性。
带裂缝工作阶段的主要受力特征是构件已有裂缝，但裂缝宽度和挠度尚不明显，钢筋应力小于屈服强度，裂缝截面处受拉区混凝土已大部分退出工作，受压区混凝土的应力已呈曲线分布，荷载－挠度已呈曲线关系。
第4章 风荷载 [兼容模式]
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4-16
第二节 风压
（3）公称风速的时距 式中 v0：公称风速； v(t)：瞬时风速； τ：时距。10min~1h的平均风速基本稳定，我国取 τ=10min。
(4) 最大风速的样本时间 风有它的自然周期，每年季节性的重复一次。
4-17
一般取一年为统计最大风速的样本时间。
第二节 风压
(5) 基本风速的重现期T0
4-10
台风云娜登陆时卫星云图
4-11
台风云娜袭击浙江, 截至16日12时的统计， 风云娜已在浙江造成164 人不幸遇难，失踪24人， 受灾人口达1299万人， 直接经济损失达181.28 亿元。
4-12
第二节 风压
• 风压的定义：当风 以一定的速度向前运动遇到 阻塞时，将对阻塞物产生压力，即风压。
w2 2 s z ( z 2 ) w0 1.33 1.3 0.997 0.44 0.758kN / m 2
w3 3 s z ( z3 ) w0 1.40 1.3 1.25 0.44 1kN / m 2
w4 4 s z ( z 4 ) w0 1.45 1.3 1.45 0.44 1.202kN / m 2
在各区段中点高度处的风压 高度变化系数值分别为：
μz1=0.615
4-42
μz2=0.997
第四节 顺风向结构风效应
μz3=1.25 4. μz4=1.45 μz5=1.62
按式（4-49）确定风振系数。由 查表4－9，查得脉动增大系数 ξ=1.51 由式（4-43b）计算各区段中点高度处的第1振型 相对位移 11=0.16 12=0.35 13=0.53 14=0.70 15=0.89 注意：如果w。未知，则按下式计算
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
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w 1 v2 v2
2
2g
式中，w——单位面积上的风压力(kN/m2)； ρ——空气密度(kg/m3)； γ——空气单位体积重力(kN/m3)； g——重力加速度(m/s2)； v——风速(m/s)。
§4.1 基本风速和基本风压
4.1.1 基本风速
最大风速 的概率分布 或概率密度 曲线（线型）
标准高度
基本风速 或基本风压
标准地貌
最大风速 的重现期
平均风速的时距
最大风速的样本
最大风速的样本
取年最大风速为统计样本，即每年以一最大风速记录值 为一个样本。
最大风速的重现期
设重现期为T0年，则1/ T0为超过设计最大风速的概率， 因此不超过该设计最大风速的概率或保证率P0应为：
两类性质的大风
1.台风
弱的热带气旋→引入暖湿空气→在涡旋内部产生上升和对流运动→ 加强涡旋→ ‥‥‥→台风
2.季风
冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋 夏季：大陆热，海洋凉，风：海洋→大陆
❖ 从国际空间站拍摄的飓风伊万云图 ❖最高风速214 km/h（59.4m/s）
飓风伊万在美国已造成45人死亡，其中16人 在佛罗里达。
根据统一规定，《建筑结构荷载规范》给出了全国各城 市50年一遇的风压值。当城市或建设地区的基本风压值在表 中未列出时，也可按《建筑结构荷载规范》中全国基本风压 分布图查得。在进行桥梁结构设计时，可按《公路桥涵设计 通用规范》中全国基本风压分布图查得基本风压值。
4.1.3 风速或风压的换算
1. 不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测
本章内容
§4.1 基本风速和基本风压 §4.2 风压高度变化系数 §4.3 风荷载体型系数 §4.4 顺风向风振 §4.5 横风向风振 §4.6 桥梁风荷载
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。
压力差
风
大气热力学环流模型
结构物 风压
理想模型
地球自转 大陆与海洋吸热差异
三圈环流模型
风速高度不足10m标准高度时，应由气象台站根据不同高 度风速的对比观测资料，并考虑风速大小的影响，给出非 标准高度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏观测 资料时，实测风速高度换算系数也可按表4.1取值。
表4.1 实测风速高度换算系数
实测风速高度/m
4
6
8
10
12
14
16
18
20
高度换算系数 1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895
在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3，g =9.80m/s2，可得：
w v2 0.012018 v2 v2 (kN/m2 )
2g
2 9.80 1630
在不同的地理位置，大气条件是不同的， γ和 g值也不相 同。资料缺乏时，空气密度可假设海拔高度为0m，取 ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度 g不仅随高度变化，而且与纬度有 关；空气重度 γ是气压、气温和温度的函数，因此，各地的γ /g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、 测量高度进行统一规定。
2.不同时距换算 时距不同，所求得的平均风速也不同。有时天气变化剧
烈，气象台站瞬时风速记录时距小于10min，因此在某些情 况下需要进行不同时距之间的平均风速换算。实测结果表明， 各种不同时距间平均风速的比值受到多种因素影响，具有很 大的变异性。不同时距与10min时距风速换算系数可近似按 表4.2取值。
表4.3 不同重现期与重现期为50年的基本风压换算系数
重现期/年 重现期换算系数
100
60
50
40
30
20
10
5
1.10 1.03 1.00 0.97 0.93 0.87
0.77
0.66
4.1.4 山区的基本风压
对于山区的建筑物，基本风压还应考虑地形的修正，修 正系数分别按下述规定采用：
(1) 对于山峰和山坡，其顶部B处的修正系数可按下述公 式采用：
表4.2 不同时距与10 min时距风速换算系数
实测风速时距 60min 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时
时距换算系数 0.940 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50
应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比值， 其中最重要的有：
飓风造成的损失在30亿至100亿美元之间。
飓风伊万摧毁的房屋
伊万过后，美国佛罗里达州彭萨科拉市附近的一座大 桥被飓风伊万摧毁
台风云娜登陆时卫星云图
❖台风云娜袭击浙江, 截 至16日12时的统计，台 风云娜已在浙江造成
164人不幸遇难，失踪 24人，受灾人口达1299 万人，直接经济损失达
181.28亿元。
B
[1
tan (1
z 2.山坡在迎风面一侧的坡度，当 tanα > 0.3时，取tanα =0.3；
(1) 平均风速值。实测表明，10min 平均风速越小，该比值越大。 (2) 天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风最 大，台风次之，而寒潮大风(冷空气)则最小。
3. 不同重现期换算 重现期不同，最大风速的保证率将不同，相应的最大风
速值也不同。我国目前按重现期50年的概率确定基本风压。 重现期的取值直接影响到结构的安全度，对于风荷载比较敏 感的结构，重要性不同的结构，设计时有可能采用不同重现 期的基本风压，以调整结构的安全水准。不同重现期风速或 风压之间的换算系数可按表4.3取值。
P 1 1
0
T
0
我国荷载规范规定：对一般结构，重现期为 30 年，对
于高层建筑和高耸结构，重现期取50 年，对于特别重要和
有特殊要求的高层建筑和高耸结构，重现期可取100年。重
现期为T0年通常俗称为T0年一遇。
4.1.2 基本风压
1、标准高度的规定：房屋建筑类统一取10m为标准高度 2、标准地貌的规定：标准地貌指空旷平坦地区，在具体执行时，对 于城市郊区，房屋较为低矮的小城市，也作标准地貌处理。 3、平均风速的时距：取50年一遇的平均风速时距为10分钟（风的卓 越周期约在1分钟）