第4章 风荷载

第四章风荷载

主要内容：

¾4.1 风的有关知识

¾4.2 风压

¾4.3 结构抗风计算的几个重要概念¾4.4 顺风向结构风效应

¾4.5 横向结构风效应

4.1 风的有关知识

1 . 风的形成

由于存在压力差或气压梯度，空气从气压高的地方向气压底的地方流动而形成风。

2 . 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

3. 我国的风气候总况

我国的风气候总体情况如下：

(1)台湾、海南和南海诸岛，由于地处海

洋，年年受台风直接影响，是我国的最大风

区。

(2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆上的大风区。风速梯度由沿海指向内陆。台风登陆后，由于受地面摩擦的影响，风速能弱很快，在离海岸100km处，风速约减小一半。

(3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风。黑龙江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速不大。

(4)青藏高原地势高，平均海拔4-5km，也属较大风区。

(5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮风到此也是强弩之末。

(6)云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地形闭塞，形成我国最小风区。

4. 风级

为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体影响程度，常将风划分为13个等级。风速越大，风级越大，由于早期人们还没有仪器来测定风速，就按照风所引起的现象来划分风级。风的13个等级如表4-1所示。

b w m w

（5）基本风速的重现期

设基本风速的重现期为T

0年，则1/T

为每年实

际风速超过基本风速的概率，每年不超过基本风速的概率为：

基本风压：当地比较空旷平坦地面上，离地10m高处统计所得50年一遇10分钟时距内的最大风速。

3 . 非标准条件下的风速或风压的换算

1）非标准高度换算

实测表明，风速沿高度呈指数函数变化，即：

，地面越粗糙，H T

100

梯度风

100

梯度风

3）不同时距的换算

由于脉动风的影响，时距越短，公称风速值越大。

4

）不同重现期的换算

重现期不同，最大风速的保证率不同，相应的最大风速值不同

429

.0log 336.00+=T u r 影响表中比值的重要因素：平均风速值，天气变化情况。

4.3 结构抗风计算中的几个重要概念

1. 结构的风力与风效应

风力：风效应：由风力产生的结构位移、速度、加速度响应等

风速

风压风力在结构物表面沿表面积分

平均风——静力风效应，相对稳定，即使受风的长周f

v v v +=

2）脉动风的特性

(t),t∈T]，幅值服从①幅值特性：为一随机过程[ v

f

正态分布。

②频率特性：可用功率谱密度描述。

功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布。

3. 横风向风振

1）雷诺数

式中：ρ：流体密度；

μ：流体粘性系数

l：垂直于流速方向物体截面的最大尺寸。

对于空气：R

e =69000vl

如果R

e <1/1000，则以粘性力为主，为高粘性流体；

如果R

e >1000，则以惯性力为主，为低粘性流体。

粘性是流体抵抗剪切变形的性质：粘性越大的流体，抗剪切变形的能力越大。

3）横风向共振

当结构物横风向的自振频率接近脱落频率时，产生横风向振动。

实验表明：

当3.0x102≤R

e <3.0x105时（亚临界范围），S t≈0.2;

当3.0x105≤R

e <3.0x106时（超临界范围），S t的离散

性大;

当3x106≤R

e 时（跨临界范围），S

t

≈0.27~0.3;

当S

t

=常值时，f s=常值，则当结构的横向自振频率=f s 时，将产生共振。

注：工程设计时，

对跨临界范围的横

风向共振问题应特

别注意。

4.4 顺风向结构风效应

顺风向效应= 平均风效应+ 脉动风效应

1. 顺风向平均风效应

1）风载体型系数

实际风到达工程结构物表面并不能理想地使气流停滞，而是让气流以不同方式在结构表面绕过。风压实际上为房屋外表与内表的压力差。

风荷载体型系数一般都是通过实测或风洞模拟试验的方法确定，它表示建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主

要与建筑物的体型与尺度有关。

群体风压体型系数

对建筑群，尤其是高层建筑群，当房屋相互间距较近时，由于漩涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大。

《高层规程》规定，当多栋或群集的高层建筑相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。

局部风压体型系数

在计算风荷载对建筑物某个局部表面的作用时，要采用局部风荷载体型系数，用于验算表面围护结构及玻璃等强度和构件连接强度。

檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件计算局部上浮风荷载时，风荷载体型系数不宜小于2.0。设计建筑幕墙时，应按有关的标准规定采用。