课件第三章 风荷载

3.2 风压
风压的定义：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，即风压。风速→风压
• 主要侧向荷载之一 风
• 水平风压（静力作用） 荷 • 振动效应（动力作用） 载
依据当地风速资料确定基本风压
测量高度 地貌环境Biblioteka 基本风速（抗风设计的基本数据）
一、风速与风压的关系（由流体力学中的伯努利方程得到）
风
迎
背
面为压力（用“+”号表示），侧风面及背
风面为吸力（用“-”号表示），由于存在
侧
涡流，各个面上的风压分布并非均匀。
风对房屋表面的作用力有压力和吸力；风对房屋表面的作用力并非均匀； 且随房屋的体型及尺度而改变。
侧
风
迎
背
侧
风荷载的体形系数μs涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题，对 于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验 确定，鉴于原型实测方法对结构设计的不现实性，目前只能采用相似原理，对拟 建的建筑物模型进行测试。
P 0.65(kN / m2 ) 2.5m 1.625kN / m
7、室外地面处总剪力V=1.625kN/m
wk 2.5m
V
例2： 单层房屋屋盖顶面斜坡部分的风荷载计算，如图，屋面长度L，屋面宽度B，
屋盖顶面斜坡高度h，屋盖坡度α，迎风面体型系数μs1，背风面体型系数μs2，基 本风压为w0，风压高度变化系数μz，确定屋盖顶面斜坡部分的风荷载集中力Fw。
架
A
3.5m Fw
6m
一榀排架
μs1
迎
wk1
μs2
背
A
wk2
6m
Fw
wk3
wk4
取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。
(1)排架柱顶风荷载集中力Fw(标准值)
屋盖迎风面：μs1= 屋盖背风面： μs2=
查表3-7，项次2
(2)风压高度变化系数μz：查表3-5
一
迎
榀
背
排
架
z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊处距室外地面的距离； B类， 取μz=1.0
(5) 排架柱A、B的均布风荷载标准值:
•查表3-7，项次2，迎风面μs3=0.8；背风面μs4=-0.5。
计
•风压高度变化系数μz，取柱顶处z=5.15m，查表3-5， 迎
算 模
背
B类， 取μz=1.0。 •排架柱A所受的均布风荷载标准值wk3：
迎风面墙受压力
屋顶受吸力
侧墙受吸力
背风面墙受吸力
单层双坡屋面房屋各个面上的风力分布
垂直指向建筑物表面的产生压力 垂直离开建筑物表面的产生吸力
当风流经房屋时，对房屋的不同部位会产生不同的效果。有压力也有吸力。 空气流动还会产生涡流，对房屋局部会产生较大的压力或吸力。
侧 如图，风流经房屋时对房屋的作用，迎风
w0 2gv02
基本风压按规范表格给出的50年一遇的风压值采w用0 ，但单 不位 得面 小于积上的
0.3kN／m2。 对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比空 较气 敏单 感位 的体积重
其他结构（自重较轻的钢木主体结构） ，这类结构g风荷载重 很力 重加 要，速计度m
算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，因此基本v0风压应平 适均 当风 提速 高，m/s
P46
由图可知：
1、大城市市区、城市市
550
区、乡镇和郊区及开阔
水面和沙漠的粗糙度依
次减小。
不同地面粗糙度影响下的风速剖面图
2、地面越粗糙， 风速变 化越慢，HT越大。
3、反之，地面越平坦， 风速变化越快，HT越小。
4、一般大城市市区HT为 550m；城市市区HT为 450m；乡镇和城市郊区 HT为350m；开阔水面和 沙漠HT为300m。
风压高度变化系数 μz的取值方法
表3-5 风压高度变化系数μz
表3-5 风压高度变化系数μz
由图可知： 1、大城市市区、城市市区、乡镇和郊区及开阔水面和沙漠的粗糙度依次减小。 2、地面越粗糙， 风速变化越慢，HT越大。 3、反之，地面越平坦， 风速变化越快，HT越小。 4开、阔一水般面大和城沙市漠市H区T为H3T为 00m55。0m；城市市区HT为450m；乡镇和城市郊区HT为350m；
w0 2gv02
w0单位面积上的风压力kN/m2 空气单位体积重力kN/m3 g重力加速度m/s2
v0 平均风速m/s
• 不全 同的国地不理同位的置地，理大位 气置 条， 件大 是气 不的 同的/g，的 γ和值g均 值不 也相 不同 相， 同风 。速v0与离地
1、迎风面斜坡面积Aw= Lh / sin
背
迎风面斜坡合力Fwk1= wk1 Aw
wk1 Lh / sin
Fwk1的水平分力F1为：
F1 Fwk1 sin
迎
(wk1Lh / sin ) sin
F1
迎
Fw
Fwk1
Fwk2
wk1 A Aw
wk2 Aw
F2
背
wk1Lh z s1z w0 Lh
• 风速越大，风级越大。
• 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。
风力等级表3-1
• 2004年从国际空间站拍摄的飓风“伊万” 云图 • 风速在200km/h以上
飓风“伊万”摧毁的房屋
超高层结构、高耸结构、桥梁、 大型公共项目等，必要时需进行 风洞试验，测试风荷载对结构的 作用，从而为结构设计提供依据。
风力 大
小
台湾、海南、南海诸岛 东南沿海地区 东北、华北、西北地区 青藏高原 长江中下游、黄河中下游地区 云贵高原
四、风力等级 • 风力等级简称风级，是风强度（风力）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，故又称为 “蒲福风力等级”。
• 它最初是根据风对炊烟、沙尘、地物、渔船、海浪等的影响大小分 为0~12级，共13级。
2、同理，背风面斜坡合力Fwk2的水平分力F2：
F2 wk 2 Lh z s2z w0 Lh
3、合力Fw : Fw F1 F2 zs1zw0Lh zs2zw0Lh
单层房屋取风振系数z 1.0,令Lh A(垂直于风向的屋盖斜坡的投影面积），则上式变为：
单层房屋的风荷载计算 多层房屋的风荷载计算 高层房屋的风荷载计算
单层房屋的风荷载计算
例1：某小区围墙在风荷载作用下，该围墙离室外地面高度为2.5m，纵向长度为 30m，建于城市郊区，当地基本风压w0=0.5kN/m2。要求确定风荷载作用下室外 地面处的总剪力V值（kN/m），已知体型系数μs如图所示。
地面粗糙度类别划分
《建筑结构荷载规范》将地面粗糙度分成A B C D四类。P48 A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区； 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； C类：指有密集建筑群的城市市区； D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。
观测场地空旷平坦地面 上，离地10m高→B类
背
wk2
6m
Fw
wk3
wk4
取横向1个柱距作为分析风力的计算单元，如图所示。
(1)排架柱顶风荷载集中力Fw
屋盖迎风面：μs1=
查表3-7，项次2
迎
屋盖背风面： μs2=
(2)风压高度变化系数μz：查表3-5
z=5.15+3.5=8.65m，z取屋脊处距室外地面的距离；B 类， 取μz=1.0
一
榀
背
排
第三章 风荷载
飓风、台风，对建筑物造成严重破坏。
3.1 风的有关知识
一、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。
二、两类性质的大风 1、台风（飓风）
热带海洋上空产生的一种气旋 2、季风
冬季：大陆冷，海洋暖，风：大陆→海洋 夏季：大陆热，海洋冷，风：海洋→大陆
三、我国的风气候总况
二、顺风向风荷载标准值
垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算： 当计算主要承重结构时：P61
《建筑结构荷载规范》
2、风荷载体型系数 μs
它描述了建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律（压力或吸力），主要 与房屋的体型和尺度有关，由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体力学问题， 对于不规则形状的固体，问题尤为复杂，无法给出理论上的结果，一般均应由试验测得。
二、顺风向风荷载标准值
垂直于建筑物表面上的顺风向风荷载标准值，应按下述公式计算： 当计算主要承重结构时：P61
（3-25）
查表
1、风压高度变化系数 μz
风速会受到地面建筑物的摩擦而减小，风速随离地面高度增加而
增大，通常认为在离地面高度300m~550m时，风速不再受地面粗糙度
的影响，也即达到所谓“梯度风速”，该高度称之为梯度风高度HT 。
1、查P48，城市郊区的地面粗糙度为B类。
2、因为围墙的高度z=2.5m，查P48表3-5，风压高度变化系数μz=1.0 。
3、查P50表3-7，体型系数μs=1.3。
4、根据规定，此围墙可不考虑
风振系数，即βz=1.0。
5、应用P61规范式（3-25）得风荷载的标准值wk：
w k zsz w 0 1 . 0 1 . 3 1 . 0 0 . 5 0 . 6 5 k N / m 2 6、纵向单位长度围墙承受的风荷载合力：
Fw z s1 s2 w0 A
例3：某封闭式双坡屋面仓库，其屋面坡度为1:2.5（α=21.8°）,柱距及屋架间距
均为6m，仓库平面及剖面如图所示，当地基本风压w0为0.45kN/m2，地面粗糙度 为B类，求在图示风向情况下，作用在中间榀排架上的风荷载标准值。