建筑荷载横风向及扭转风振的等效风荷载
GB50009-2012建筑结构荷载规范修订介绍(2012-7)
阿勒泰
1.25
1.65
新 伊宁 疆 富蕴
1.0
1.40
0.95
1.35
塔城
1.35
1.55
青河
0.80
1.30
34
5.3 屋面积雪系数修订
《建筑结构荷载规范》修订
3 拱形屋面
µr,m=0.2+10f/l （µr,m≤2.0）
不均匀分布的情况
r,m
0.5µr,m
le/4 le/4 le/4 le/4 le
1.5
0.82
0.80
0.81
2.0
0.70
0.70
0.71
2.5
0.56
0.60
0.62
3.0
0.46
0.51
0.54
29
4.3 楼梯栏杆荷载
栏杆破坏时间时有发生 如2010-11-29新疆学校踩踏事件
《建筑结构荷载规范》修订
30
《建筑结构荷载规范》修订
5.5.2 楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值，不应小于下列 规定： 1 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园，栏杆顶部的水平 荷载应取1.0 kN／m； 2 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场，栏杆顶部 的水平荷载 应取1.0 kN／m，竖向荷载应取1.2 kN/m，水平荷载与竖向荷载应分别考 虑。
工作为基础，以《建筑结构设计统一标准》为准则，新 一代基于概率极限状态设计的先进标准 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001） 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）（2006版）
5
《建筑结构荷载规范》修订
1.2 现状与面临问题 全球气候变化，极端天气与灾害频发——风灾
新版《建筑结构荷载规范》主要修订
新版《建筑结构荷载规范》主要修订新版《建筑结构荷载规范》主要修订《建筑结构荷载规范》GB50009-2012主要修订内容简介《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的修订从2009年开始，到2012年5⽉28⽇发布，同年10⽉1⽇实施，再到10⽉中旬正式上架，经历的时间是够长的。
结合这次新版规范的培训，查阅相关资料以及个⼈的理解进⾏总结，仅供⼤家参考。
⼀、扩充荷载规范的涵盖范围和内容第1.0.4条，规范编制依据由《建筑结构可靠度设计统⼀标准》GB 50068-2001改为《⼯程结构可靠性设计统⼀标准》GB 50153-2008，以便扩⼤设计范畴。
第1.0.4条，建筑结构设计中设计的作⽤包括直接作⽤（荷载）和间接作⽤。
前者是指分布或集中作⽤中结构上的⼒，习惯称之为荷载，如恒载、活荷载、风雪荷载等，后者是指引起结构变形的原因，如温度、收缩和徐变等。
现⾏荷载规范只涵盖直接作⽤，这次增加了温度作⽤后，规范内容覆盖了直接作⽤和间接作⽤。
根据⼯程建设标准体系，荷载规范属于通⽤设计标准，名称为“建筑结构荷载和间接作⽤规范”。
但本着尊重习惯、⽅便使⽤的原则，新的荷载规范名称保持不变。
修订后的荷载规范共有10章、10个附录。
其中增加l了“永久荷载”、“温度作⽤”和“偶然荷载”3章，增加了“消防车荷载考虑覆⼟厚度的折减系数”、“横风向及扭转风振的等效风荷载”和“⾼层建筑顺风向和横风向风振加速度计算”等3个附录。
⼆、荷载分类和组合1.增加可变荷载考虑设计使⽤年限的调整系数设计使⽤年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进⾏⼤修即可按其预定⽬的使⽤的时期。
主要体现在调整荷载设计值和耐久性两个⽅⾯。
《⼯程结构可靠性设计统⼀标准》（GB 50153-2008）规定的建筑结构的设计使⽤年限如下表：类别设计使⽤年限⽰例（a）1 5 临时性建筑结构2 25 易替换的结构构件3 50 普通房屋和构造物4 100 标志性建筑和特别重要的建筑结构在强条第3.2.3条的荷载基本组合式中，增加可变荷载考虑设计使⽤年限的调整系数，荷载基本组合公式改为：(1-1)(1-2) 式中，、分别为永久荷载和可变荷载的分项系数；第i 个可变荷载考虑设计使⽤年限的调整系数；、分别为永久荷载和可变荷载的效应值；可变荷载的组合系数。
新版《建筑结构荷载规范》主要修订
新版《建筑结构荷载规范》主要修订《建筑结构荷载规范》GB50009-2012主要修订内容简介《建筑结构荷载规范》GB50009-2012的修订从2009年开始，到2012年5月28日发布，同年10月1日实施，再到10月中旬正式上架，经历的时间是够长的。
结合这次新版规范的培训，查阅相关资料以及个人的理解进行总结，仅供大家参考。
一、扩充荷载规范的涵盖范围和内容第1.0.4条，规范编制依据由《建筑结构可靠度设计统一标准》GB 50068-2001改为《工程结构可靠性设计统一标准》GB 50153-2008，以便扩大设计范畴。
第1.0.4条，建筑结构设计中设计的作用包括直接作用（荷载）和间接作用。
前者是指分布或集中作用中结构上的力，习惯称之为荷载，如恒载、活荷载、风雪荷载等，后者是指引起结构变形的原因，如温度、收缩和徐变等。
现行荷载规范只涵盖直接作用，这次增加了温度作用后，规范内容覆盖了直接作用和间接作用。
根据工程建设标准体系，荷载规范属于通用设计标准，名称为“建筑结构荷载和间接作用规范”。
但本着尊重习惯、方便使用的原则，新的荷载规范名称保持不变。
修订后的荷载规范共有10章、10个附录。
其中增加l了“永久荷载”、“温度作用”和“偶然荷载”3章，增加了“消防车荷载考虑覆土厚度的折减系数”、“横风向及扭转风振的等效风荷载”和“高层建筑顺风向和横风向风振加速度计算”等3个附录。
二、荷载分类和组合1.增加可变荷载考虑设计使用年限的调整系数设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需要进行大修即可按其预定目的使用的时期。
主要体现在调整荷载设计值和耐久性两个方面。
《工程结构可靠性设计统一标准》（GB 50153-2008）规定的建筑结构的设计使用年限如下表：类别设计使用年限示例（a）1 5 临时性建筑结构2 25 易替换的结构构件3 50 普通房屋和构造物4 100 标志性建筑和特别重要的建筑结构在强条第3.2.3条的荷载基本组合式中，增加可变荷载考虑设计使用年限的调整系数，荷载基本组合公式改为：(1-1)(1-2) 式中，、分别为永久荷载和可变荷载的分项系数；第i 个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数；、分别为永久荷载和可变荷载的效应值；可变荷载的组合系数。
顺风向和横风向风阵
风荷载总结顺风向振动:用概率论的法则来描述,虽不能够定出某一时刻反应的确定值,却可以分析出该时刻取某值的保证率的可能性.横风向振动:由不稳定的空气动力引起,比较复杂,高楼和高塔影响较大.风力：风流经任意截面物体所产生的力都可以分为三个方向的分量。
包括顺风向风阵P L、横风向风阵P D和扭转风阵P M。
横向风阵时对称结构可忽略，但细长的高柔结构须考虑动力效应。
如上图：一等截面的细长物体处于速度为v的风中，假定不考虑长度的影响，取出一单位长度的一段来进行分析。
由于空气的流动，在物体表面上将产生风压。
将单位面积上的风压沿物体表面积分，一般情况下将得到三个分力：单位跨度上的顺风向的阻力，横风向的升力，以及扭矩。
来风在建筑物的周围会形成湍流风场,并引起建筑物一定幅度的风振振动.对于高层和超高层建筑的风振动力反应主要有以下三方面的考虑:其一,由风振产生的惯性力在结构中引起附加应力;例如我国现行建筑结构荷载规范中考虑了顺风向风振反应惯性力,高耸结构设计规范中同时考虑了顺风向与横风向风振反应的惯性力;其二,由于风振反应发生的频度较高,有可能使结构产生疲劳效应;其三,建筑结构的振动加速度会使生活和工作在其中的人产生不舒适感, 当风以一定速度吹响建筑物时，建筑物将对其产生阻塞和扰动作用，从而改变该建筑物周围风的流动特性。
反过来，风的这种流动特性改变引起的空气动力效应将对结构产生作用。
由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这种作用包含了静力作用和动力作用两个方面，使结构产生相应的静力和动力响应。
风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引起高层建筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承重桥梁、大跨度屋顶或屋盖、灯柱等许多柔性结构的振动，产生动力荷载，甚至引起破坏。
结构的风致振动在很大程度上依赖于结构的外形、刚度（或柔度）、阻尼和质量特性。
不同的外形将引起不同的风致动力荷载。
结构刚度越小，柔性越大，则其风致振动响应就越大。
超高层建筑的风振响应及等效静风荷载研究
用在结构层上 ,因此需要把风洞试验得到的 12 个测
点层的数据插值到 42 个结构层上 。得到每层的风
荷载时程 Fjx 、Fjy 后 ,通过傅里叶变换求得每层风荷 载的自功率荷载谱密度和互功率谱密度 , 以此作为
高层结构风振响应随机振动求解的荷载输入项 。
3 计算结果与分析
3. 1 位移响应 由于周围建筑物的干扰作用明显 ,较难区分来
190. 24 10
)
0.
44
CPi
(
t)
(2)
高层建筑的计算采用简化层模型 , 作用于该建
筑上的风荷载以集中力的形式作用于各结构层上 ,
并且与结构层的自由度相对应 , 将沿建筑周向分布
的风荷载合成为水平方向的合力 Fx 、Fy 。结构第 j 测点层的水平力 F jx 、Fjy 分别为
n
∑ Fjx =
中国规范对于造型独特且有相邻建筑干扰的高 层建筑风荷载缺乏体型系数和干扰因子的规定 ,因 此为了得到合理的风致效应 ,确定等效静风荷载用 于主体结构抗风设计 ,同时也为了考察动力风荷载 作用下的人体舒适度 ,有必要对此类超高层建筑进 行风压测定的风洞试验和结构风致动力效应分析 。
1 风洞试验
广州珠江新城 B127 地块项目的建筑物总高度 为 190. 24 m ,标准层平面为椭圆形 ,如图 1 所示 ,该 建筑物结构对风荷载的作用较为敏感 ,同时该建筑 物还受到周围多栋建筑的气动干扰 。其风洞试验模 型用工程塑料制成 ,比例为 1 ∶300 ,根据该建筑外 形特征 ,在四周立面布置有代表性的测压点测试风 压分布 ,典型测点布置和测试风向角如图 2 所示 ,整 栋建筑共布置测点 345 个 。试验在广东省建筑科学 研究院 C GB21 建筑风洞的大试验段进行 ,试验考虑 了周边半径 500 m 范围的建筑 ,同时考虑了 24 个不 同风向角的影响 ,风洞试验模型如图 3 所示 。试验 风向角在 0°～360°之间 ,每间隔 15°共 24 个风向角 下进 行 。计 算 试 验 风 压 时 以 建 筑 物 顶 部 高 度 190. 24 m为参考高度 。本文中定义的 x 方向与椭 圆形的短轴方向一致 , y 方向和椭圆形的长轴方向 一致 。
【金新阳】新荷载规范中超高层建筑的横风向及扭转风振解析
新荷载规范中【超高层建筑】的横风向及扭转风振金新阳1陈晓明肖丽杨志勇黄吉锋(中国建筑科学研究院，北京100013)提要基于《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）矩形平面结构横风向与扭转风振的计算方法，结合PKPM软件，讨论了结构高宽比、深宽比、周期、阻尼比等参数对等效风荷载计算结果的影响以及规范中相关计算方法的适用范围，为设计人员采用新荷载规范计算横风向与扭转风振提供支持。
关键词荷载规范，横风向风振，扭转风振，PKPM1.引言相对于上一版规范GB50009-2001（以下简称2001规范），《建筑结构荷载规范》GB50009-2012（以下简称2012规范)对风荷载的计算方法做了较大的修改。
其中不仅调整了【风压高度变化系数】和【体型系数】等静力计算内容，而且对【风振计算的内容与方法】做了大量的改进和完善工作，这其中包括：●修改了顺风向风振系数的计算表达式和计算参数；●增加了大跨度屋盖结构风振计算的原则规定；●增加了横风向和扭转风振等效风荷载计算的规定；●增加了顺风向风荷载、横风向及扭转风振等效风荷载组合工况的规定；●增加高层建筑结构顺风向及横风向风振加速度计算等内容。
在风荷载的计算中，除了少数工程通过风洞试验获得数据以外，大多数工程仍需要借助于软件的自动计算功能，这就需要由工程人员自行确定相关的参数。
由于2012规范中风荷载计算涉及的参数较2001规范明显增多，且计算方法变得更加复杂，使得参数的选择和对计算结果的定性校核变得比较困难，因此有必要对各参数的选择和主要参数对计算结果的影响进行详细的分析讨论。
在本文中，依据2012规范提供的计算方法，结合PKPM的软件，讨论了不同的参数设置和结构的特征对计算结果的影响，并对规范中的重要条文，如适用范围等进行了重点探讨。
2.矩形平面结构的【横风向风振】按2012规范8.5.1条，“对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。
风荷载标准值
风荷载标准值关于风荷载计算风荷载是高层建筑主要侧向荷载之一，结构抗风分析（包括荷载，内力，位移，加速度等）是高层建筑设计计算的重要因素。
脉动风和稳定风风荷载在建筑物表面是不均匀的，它具有静力作用（长周期哦部分）和动力作用（短周期部分）的双重特点，静力作用成为稳定风，动力部分就是我们经常接触的脉动风。
脉动风的作用就是引起高层建筑的振动（简称风振）。
以顺风向这一单一角度来分析风载，我们又常常称静力稳定风为平均风，称动力脉动风为阵风。
平均风对结构的作用相当于静力，只要知道平均风的数值，就可以按结构力学的方法来计算构件内力。
阵风对结构的作用是动力的，结构在脉动风的作用下将产生风振。
注意：不管在何种风向下，只要是在结构计算风荷载的理论当中，脉动风一定是一种随机荷载，所以分析脉动风对结构的动力作用，不能采用一般确定性的结构动力分析方法，而应以随机振动理论和概率统计法为依据。
从风振的性质看顺风向和横风向风力顺风向风力分为平均风和阵风。
平均风相当于静力，不引起振动。
阵风相当于动力，引起振动但是引起的是一种随机振动。
也就是说顺风向风力除了静风就是脉动风，根本就没有周期性风力会引起周期性风振，绝对没有，起码从结构计算风载的理论上顺风向的风力不存在周期性风力。
横风向，既有周期性振动又有随机振动。
换句话说就是既有周期性风力又有脉动风。
反映在荷载上，它可能是周期性荷载，也可能是随机性荷载，随着雷诺数的大小而定。
有的计算方法根据现有的研究成果，风对结构作用的计算，分为以下三个不同的方面：（1）对于顺风向的平均风，采用静力计算方法（2）对于顺风向的脉动风，或横风向脉动风，则应按随机振动理论计算（3）对于横风向的周期性风力，或引起扭转振动的外扭矩，通常作为稳定性荷载，对结构进行动力计算风荷载标准值的表达可有两种形式，其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压；另一种为平均风压乘以风振系数。
由于在结构的风振计算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我国与大多数国家相同，采用后一种表达形式，即采用风振系数βz，它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应，其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。
对风荷载计算的一点认识
目前规范[2]按主体结构和围护结构对风荷载的计 算进行了区分，基本公式如下： wk z s z w0 (2)
wk gz s1 z w0
(3)
上述两个公式分别用于主体结构计算和围护结 构计算，两个公式都是用静力等效的方法把复杂问题 简单化，在基本风压 w0 的基础上分别乘以相应系数。 其中，风压高度变化系数 μz、风荷载体型系数 μs 和局 部体型系数 μs1 主要与风的空间不均匀性有关；风振 系数 βz 和阵风系数 βgz 主要与风的时间脉动性和结构 阻尼特性有关。各参数的相关关系如图 2 所示（引自 中国建筑科学研究院陈凯博士的讲座演示文档）。
(a) 分区归并前体型系数极小值
（b） 分区归并前体型系数极大值
和分区归并等，分区归并是将相近测点的数据进行人 为归并以达到简化模型输入目的。图 4 给出了某体育 场屋盖结构风荷载体型系数分区归并前后的示意。需 要注意的是，当屋面高度变化较大时，归并的区块不
（上接第 32 页） 图 7 所示：9）套筒焊缝高出部分全部打磨平整，外观要求 光滑平整；10）Q100LY 和 Q345 芯材对接前要预热，预热 温度 150℃左右，层间温度不能大于 250℃，最终的预热工 艺与焊条选择需要焊接工艺评定后确定。 3 结论 （1）建立了巨型屈曲约束支撑的 ABAQUS 模型，对
图 3 新旧பைடு நூலகம்范风压高度变化系数对比
2.2.2 横风向、扭转风振等效风荷载的计算 《新荷规》对横风向和扭转风振进行了更明确的 规定。设计人员需了解什么情况下考虑横风向风振作 用，什么情况下考虑扭转风振作用。对体型简单规则 的建筑规范附录提供了简化计算公式，平面和立面体 型复杂的建筑宜通过风洞试验确定。 一般而言，以下两类建筑需要考虑横风向风振的 影响：1）建筑高度超过 150m 或高宽比大于 5 的高层
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建筑荷载横风向及扭转风振的等效风荷载
附录H横风向及扭转风振的等效风荷载
H．1圆形截面结构横风向风振等效风荷载
H．1．1跨临界强风共振引起在z高度处振型j的等效风荷载标准值可按下列规定确定：
1等效风荷载标准值w Lk,j(kN／m2)可按下式计算：
式中：λj——计算系数；
v cr——临界风速，按本规范公式(8．5．3-2)计算；
j(z)——结构的第j振型系数，由计算确定或按本规范附录G确定；
ζj——结构第j振型的阻尼比；对第1振型，钢结构取0．01，房屋钢结构取0．02，混凝土结构取0．05；对高阶振型的阻尼比，若无相关资料，可近似按第1振型的值取用。
2临界风速起始点高度H1可按下式计算：
式中：α——地面粗糙度指数，对A、B、C和D四类地面粗糙度分别取0．12、0．15、0．22和0．30；
v H——结构顶部风速(m／s)，按本规范公式(8．5．3-3)计算。
注：横风向风振等效风荷载所考虑的高阶振型序号不大于4，对一般悬臂型结构，可只取第1或第2阶振型。
3计算系数λj可按表H．1．1采用。
表H．1．1λj计算用表
H．2矩形截面结构横风向风振等效风荷载
H．2．1矩形截面高层建筑当满足下列条件时，可按本节的规定确定其横风向风振等效风荷载：
1建筑的平面形状和质量在整个高度范围内基本相同；
2高宽比H／在4～8之间，深宽比D／B在0．5～2之间，其中B为结构的迎风面宽度，D为结构平面的进深(顺风向尺寸)；
3v H T L1／≤10，T L1为结构横风向第1阶自振周期，v H为结构顶部风速。
H．2．2矩形截面高层建筑横风向风振等效风荷载标准值可按下式计算：
式中：w Lk——横风向风振等效风荷载标准值(kN／m2)，计算横风向风力时应乘以迎风面的面积；
g——峰值因子，可取2．5；
C′L——横风向风力系数；
R L——横风向共振因子。
H．2．3横风向风力系数可按下列公式计算：
式中：C m——横风向风力角沿修正系数，可按本附录第H．2．5条的规定采用；
α——风速剖面指数，对应A、B、C和D类粗糙度分别取0．12、0．15、0．22和0．30；
C R——地面粗糙度系数，对应A、B、C和D类粗糙度分别取0．236、0．211、0．202和0．197。
H．2．4横风向共振因子可按下列规定确定：
1横风向共振因子R L可按下列公式计算：
式中：S FL——无量纲横风向广义风力功率谱；
C sm——横风向风力功率谱的角沿修正系数，可按本附录第H．2．5条的规定采用；
ζ1——结构第1阶振型阻尼比；
K L——振型修正系数；
ζa1——结构横风向第1阶振型气动阻尼比；
T*L1——折算周期。
2无量纲横风向广义风力功率谱S FL，可根据深宽比D／B和折算频率f*L1按图H．2．4确定。
折算频率f*L1按下式计算：
图H．2．4无量纲横风向广义风力功率谱(一)
图H．2．4无量纲横风向广义风力功率谱(二)
式中：f L1——结构横风向第1阶振型的频率(Hz)。
H．2．5角沿修正系数C m和C sm可按下列规定确定：
1对于横截面为标准方形或矩形的高层建筑，C m和C sm取1．0；
2对于图H．2．5所示的削角或凹角矩形截面，横风向风力系数的角沿修正系数C m 可按下式计算：
图H．2．5截面削角和凹角示意图
3对于图H．2．5所示的削角或凹角矩形截面，横风向广义风力功率谱的角沿修正系数C sm可按表H．2．5取值。
表H．2．5横风向广义风力功率谱的角沿修正系数C sm
注：1A类地面粗糙度的C sm可按B类取值；
2C类地面粗糙度的C sm可按B类和D类插值取用。
H．3矩形截面结构扭转风振等效风荷载
H．3．1矩形截面高层建筑当满足下列条件时，可按本节的规定确定其扭转风振等效风荷载：
1建筑的平面形状在整个高度范围内基本相同；
2刚度及质量的偏心率(偏心距／回转半径)小于0．2；
式中：w Tk——扭转风振等效风荷载标准值(kN／m2)，扭矩计算应乘以迎风面面积和宽度；
μH——结构顶部风压高度变化系数；
g——峰值因子，可取2．5；
C′T——风致扭矩系数；
图H．3．4扭矩谱能量因子。