第6章抗风设计解析
第6章抗风设计全解
§6-1 风载荷的分布和计算
驻
Lmin
点
线
1—外壁风压
上
1
2 2—内壁风压
内
பைடு நூலகம்
外
敞口罐驻点处的实际风压：
壁
外压W0+内壁吸力0.5W0＝
风
1.5W0 ；系数1.5称为体型
压
系数，用K1表示。
分
布
K
§6-1 风载荷的分布和计算
● 设计风压的计算（应考虑风压和罐内负压） ⑴对敞口罐如浮顶罐（有风的吸力），则：
区），应将上述结果再乘以W0/70，即：
Wz 0.0
5D82HW0 70
选择抗风圈截面时，应满足的条件：
Wmin≥Wz
式中 —实际采用抗风圈的最小截面系数，计算时应计 入抗风圈上、下两侧各16范围内的罐壁截面积（当罐 壁加有腐蚀裕量时，计算时应扣除）。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的结构要求
⑴ 抗风圈的外周边可以是圆形或多边形；抗风圈可 采用型钢或型钢与钢板的组合件制成，钢板的＝5， 角钢的最小尺寸为63×6。
⑵ 抗风圈兼作走台时，其最小宽度b为600（图6-2）， 并应在外侧设置栏杆；抗风圈上表面不应有影响行 走的障碍。
罐壁
b b1
支承架
⑶腹板洞口结构：
① 、、截面均须满足≥； ② 任一加强件的截面积均≮32t2； ③ ≥b； ④ 扁钢（垂放）两端与罐壁间应采用双面
§6-1 风载荷的分布和计算
② 基本风压（或标准风压）W0
W0
V2
2g
V2 16
（6-1~2）
(P a 7m 60 ， m T 1 ℃ H 5 ， 空 g 气 1 .2容 k 2/g m 5 3 )重 f 5
建筑结构的抗风设计与控制
建筑结构的抗风设计与控制随着现代建筑技术的不断发展，抗风设计与控制对于建筑结构的安全和可持续发展至关重要。
本文将探讨建筑结构的抗风设计原理、措施与方法，并分析其对建筑的影响和作用。
1. 抗风设计的重要性建筑结构的抗风设计是指在建筑物的设计与施工过程中，考虑到气象条件和气候特点，采取相应的措施和设计原则，使建筑物能够抵御风力的作用，确保其在长期使用中的稳定性和安全性。
抗风设计对于建筑结构来说至关重要，不仅直接关系到人民的生命财产安全，还关系到建筑物的使用寿命和经济效益。
2. 抗风设计原理抗风设计的基本原理是通过减小风力对建筑物的影响，降低风力对建筑物结构的作用，增强建筑物的抵抗力和稳定性。
其主要原理包括：2.1 稳定原理：通过设计合理的结构形式、选择适当的材料和构造，使建筑具有足够的抗倾覆和抗倒塌能力。
2.2 减小风力影响原理：通过合理的立面设计、减小建筑物与风的迎角、设置遮挡物等方法，降低风力对建筑物的作用。
2.3 控制风振原理：通过合理选择阻尼系统、增加刚度和强度，控制风振的产生和传递，保证建筑物结构在风载荷作用下的稳定性。
3. 抗风设计的措施与方法为了实现建筑结构的良好抗风性能，需要采取一系列的措施与方法。
以下是一些常见的措施与方法：3.1 合理的建筑形态设计：选择具有较小风力影响的建筑形态，如流线型、圆形、卵形等，并避免棱角过多的设计。
3.2 优化构造设计：通过合理的结构配置和布置，提高结构的稳定性和抗风性能。
例如增加立杆、加强柱子和梁的抗风刚度。
3.3 选择合适的材料：选用具有良好抗风性能的材料，例如高强度混凝土、结构钢等。
3.4 设置风挡和遮阳装置：在建筑物的外立面或周边设置适当的风挡和遮阳装置，减小风力对建筑物的直接作用。
3.5 增加阻尼措施：在建筑物结构中增加适当的阻尼系统，如阻尼器、减震墩等，以减小风振效应。
4. 抗风设计对建筑的影响与作用抗风设计不仅可以提高建筑结构的抗风能力，还可以对建筑物的整体性能和舒适度产生积极影响。
混凝土结构的抗风设计
混凝土结构的抗风设计引言：混凝土结构在现代建筑设计中起着至关重要的作用。
风是一种主要的自然力量，它对建筑物的安全性和稳定性有着巨大的影响。
因此，在混凝土结构设计过程中，抗风设计是非常重要的一环。
本文将探讨混凝土结构的抗风设计原理和方法，并介绍一些常用的设计规范。
一、风对混凝土结构的影响风是由大气运动引起的空气流动现象，具有惊人的威力。
在混凝土结构中，风对结构的影响主要体现在以下几个方面：1. 风荷载：风的作用会产生水平荷载，即风荷载，它会对建筑物施加压力，特别是对墙体、屋顶等立面结构的垂直表面产生较大压力。
2. 气流压力分布：在流体介质中，例如风，会产生静压和动压，对建筑物施加压力。
静压主要作用于建筑物表面，而动压则作用于建筑物各个方向的边缘区域。
3. 风振：风的振动频率可以与结构固有频率共振，使得结构产生共振振动，并且可能导致结构疲劳破坏。
二、抗风设计的基本原则在进行混凝土结构的抗风设计时，需要遵循以下几个基本原则：1. 定义设计风速：根据地理位置和气象资料，确定设计基准风速。
这是设计的起点，对结构的风荷载计算和抗风设计有着重要影响。
2. 考虑结构稳定性：抗风设计的首要考虑是结构的整体稳定性。
建筑物应具备足够的刚度和强度，以能够有效抵抗风荷载产生的压力。
3. 选择合适的结构形式：设计应综合考虑结构的外形、高度、重量等因素，选择适合的结构形式，以提供较佳的风荷载抵抗能力。
4. 强化连接与节点设计：风荷载会在结构的连接与节点处集中，因此需要设计合理的连接和节点细部，以确保结构的整体稳定性。
5. 考虑风振控制：对于高层建筑或其他易受风振影响的结构，需要进行风振分析，采用相应的控制措施，如阻尼器和减振器等，来减小结构产生共振振动的概率。
三、常用的抗风设计规范在混凝土结构的抗风设计中，有一些常用的规范和标准可以作为设计参考。
以下是国际上常用的两个规范：1. ACI 318：美国混凝土协会（American Concrete Institute）发布的混凝土结构设计规范，其中包括了关于风荷载计算和抗风设计的规定。
建筑抗风设计
建筑抗风设计随着建筑技术的不断发展，建筑物在面对自然灾害，如台风和龙卷风等风灾时需要具备一定的抗风能力。
建筑抗风设计成为了建筑领域中的重要课题之一。
本文将探讨建筑抗风设计的原则、方法以及在不同类型建筑中的应用。
一、抗风设计原则建筑抗风设计的基本原则是确保建筑物在强风环境下的安全可靠。
以下是四个基本原则：1.结构稳定性：建筑物应具备足够的刚度和稳定性，以抵御风力的作用。
这可以通过选择和布局适当的结构材料和构件来实现。
2.气动稳定性：适当的建筑造型和外形设计可以降低风阻力，减少对建筑物的风力作用。
建筑物的较佳气动性能可以通过模型试验和数值模拟等手段来研究和优化。
3.连接和固定：建筑物的各个部分和构件之间的连接和固定必须足够强固，以确保整体结构的完整性和稳定性。
合适的连接方式可以通过经验和实践来确定。
4.材料选择：建筑材料的选择和使用应符合抗风的要求。
例如，在抗风建筑中，钢材和混凝土多用于结构和柱基建设，以增强整体抗风能力。
二、抗风设计方法下面是几种常见的建筑抗风设计方法：1.风洞试验：通过风洞试验，可以模拟实际风场并测试建筑物的抗风性能。
风洞试验可以提供关于风荷载和结构响应的详细数据，为设计提供依据。
2.数值模拟：利用计算流体力学（CFD）等数值模拟方法，可以对建筑物在不同风速下的气动性能进行模拟和分析。
数值模拟可以辅助风洞试验并提供更全面的设计信息。
3.结构优化：根据风压分布和结构参数，使用结构优化方法对建筑物进行重新设计，以提高抗风性能。
这可以通过增加结构材料的强度或调整构件和连接方式来实现。
4.风阻器和缓冲设施：在建筑物的设计中，可以引入风阻器和缓冲设施，以减少风力对建筑物的作用。
这包括设置遮挡物、风险缓冲区和减震装置等。
三、建筑抗风设计的应用建筑抗风设计广泛应用于各种类型的建筑物中。
下面是几个不同类型建筑的抗风设计应用示例：1.高层建筑：高层建筑由于自身的高度和结构特点，需要考虑更严格的抗风设计要求。
抗风设计全解
P K1K 2 K zW0
（6-3）
式中 K1——罐体体型系数，可取K1＝1.5；
Kz——高度变化系数（表6-1）， GB500092001是以离地10m为基准的，离地面越高，风
压越大；
K2——转换系数，可取K2＝2.25。
§6-1 风载荷的分布和计算
§6-1 风载荷的分布和计算
① 时距：测量最大平均风压的时间间隔。时距↓， 最大平均风压↑；
§6-1 风载荷的分布和计算
⑵对固定顶罐如拱顶罐（无风的吸力、但有罐内负 压），则：
P K2KzW0 K3 p
（6-4）
式中 K3——呼吸阀开启滞后系数，一般取1.2；
p——呼吸阀负压起跳压力，kgf/m2。
⑶对内浮顶罐（无风的吸力和罐内负压），则：
P K 2 K zW0
（6-5）
§6-2 抗风圈的设计和计算
扁钢或角
A-A
钢加强件
走台
bmin b
bmin
构件a应延伸到bmin
图6-2 抗风圈结构
盘梯洞口
§6-2 抗风圈的设计和计算
⑷ 当抗风圈有可能积存液体时，应开设适当数量的排 液孔，即“泪孔”。
罐
贮罐的风压
外
分布规律是
壁 风
60°
吸力
研究罐壁稳
压
定性的最原
分 布
驻点
压力（约20°范 始数据。
围内≈W0）
风向
§6-1 风载荷的分布和计算
罐 壁 中 部 环K 向 风 压 分 布
1 2
3
1—外壁：局部正压
2—内壁：全为负压
3—1-2：分布不均， 理论上无法计算罐壁 的临界压力，故假设 风压为均匀外压，但 风洞实验表明该假设 偏于安全。
第六章 结构抗风设计
6.2 风荷载计算风压随风速、风向的紊乱变化而不断地改变。
从风速记录来看，各次记录值是不重现的，每次出现的波形是随机的，风力可看作为各态历经的平稳随机过程输入。
在风的顺风向风速曲线(见图6-2所示的风速记录)中，包括两部分：三、时距取值计算基本风压的风速，称为标准风速。
关于风速的标准值，各个国家规定的时距不尽相同，我国现行的荷载规范规定为：当地比较空旷平坦地面上离地10m高，统计所得的50年一遇10min平均最大风速v（m/s）。
由于大气边界层的风速随高度及地面粗糙度变化，所以我国规范统一选10m高处空旷平坦地面作为标准，至于不同高度和不同地貌的影响，则通过其他系数的调整来修正。
时距太短，则易突出风速时距曲线中峰值的影响，把脉动风的成分包括在平均风中；时距太长，则把候风带的变化也包括进来，这将使风速的变化转为平滑，不能反映强风作用的影响。
根据大量风速实测记录的统计分析，10min到1h时距内，平均风速基本上可以认为是稳定值。
平均风速的数值与统计时时距的取值有很大关系。
我国规范规定以10min平均最大风速为取值标准。
首先是考虑到一般建筑物质量比较大，且有阻尼，风压对建筑物产生最大动力影响需要较长时间，因此不能取较短时距甚至极大风速作为标准。
其次，一般建筑物总有一定的侧向长度，最大瞬时风速不可能同时作用于全部长度上，由此也可见采用瞬时风速是不合理的。
而10min平均风速基本上是稳定值，且不受时间稍微移动的影响。
若实际结构设计时所取的重现期与50年不同，则基本风压就要修正。
以往规范将基本风压的重现期定为30年，2001新规范改为50年，这样，在标准上与国外大部分国家取得一致。
经修改后，各地的基本风压值总体上提高了10%，但有些地区则是根据新的风速观测数据，进行分析后重新确定的。
为了能适应不同的设计条件，风荷载也可采用与基本风压不同的重现期，规范给出了全国各台站重现期为10年、50年和100年的风压值，其他重现期R的相应值可按下式确定：（6-6）)110ln /)(ln (1010010−−+=R x x x x R对于对风荷载比较敏感的高层建筑和高耸结构，以及自重较轻的钢木主体结构，其基本风压值可由各结构设计规范，根据结构的自身特点，考虑适当提高其重现期。
建筑结构的抗风设计
建筑结构的抗风设计在建筑工程中，抗风设计是至关重要的一环。
高风速的风力对建筑物产生的压力和风载影响可能导致建筑结构的倒塌和损坏，给人员和财产带来巨大的风险。
因此，合理的抗风设计是确保建筑物安全稳定的关键措施之一。
本文将介绍建筑结构抗风设计的重要性、影响因素和常用的设计方法。
1. 重要性建筑结构抗风设计在保障人员和财产安全方面起到至关重要的作用。
当遭受强风袭击时，建筑物若没有经过合理的抗风设计，可能产生严重变形、位移或倾覆，引发人员伤亡事故。
此外，受强风的冲击，建筑物的墙体、屋顶、窗户等易受损件也容易发生破坏，进而对建筑物内部设备和财产造成损失。
因此，通过合理的抗风设计，能有效减少风灾带来的损害。
2. 影响因素建筑结构抗风设计的成功与否受多种因素的影响。
2.1 地理环境特征地理环境特征是抗风设计的首要因素之一。
不同地区的地理环境特征（如海拔、气候、地形等）会导致当地风速和风向的差别，因此，抗风设计需要结合具体地理环境特征进行。
2.2 建筑物形式和高度建筑物的形式和高度对其抗风能力有直接影响。
例如，高层建筑由于面积较大，截风面积也相应增大，因此需要更强的抗风设计。
此外，建筑物的形式（如平面形状、结构形式等）也会影响到其抗风性能。
2.3 结构材料和构造方式建筑物所采用的结构材料和构造方式直接关系到其承载能力和抗风性能。
结构材料的抗风能力会影响到建筑物的整体稳定性，不同构造方式也会产生不同的抗风效果。
因此，在抗风设计中需要选择合适的材料和构造方式。
3. 设计方法为了确保建筑物具备较好的抗风能力，设计师可以采用以下方法：3.1 强度设计法强度设计法是最常用的抗风设计方法之一。
该方法通过计算建筑物受到的风荷载，并根据结构材料的强度和抗拉性能进行合理设计，以确保建筑物的整体稳定性。
3.2 风洞试验风洞试验是一种能够模拟真实风场条件的实验方法，通过在缩比模型中对建筑物进行风洞试验，可以精确评估建筑物所承受的风荷载和风力效应。
建筑物抗风设计
建筑物抗风设计引言：在地球上的各个角落，自然灾害的威胁始终存在。
其中，风灾是一种普遍且具破坏性的自然灾害，经常伴随着巨大的破坏和损失。
因此，在设计和建造建筑物时，抗风设计成为至关重要的一项任务。
本文将探讨建筑物抗风设计的原理、方法和技巧，以增强建筑物的抗风能力，减少损失。
一、抗风设计的原理1. 风力的作用风是由大气层中气压差所引起的空气运动，其对建筑物的作用主要体现在风压和风扬力两个方面。
风压是指风对建筑物垂直表面产生的压力，风扬力指风对建筑物水平表面产生的拉力。
建筑物抗风设计的关键在于合理分布和使用这两种力。
2. 建筑物的结构强度抗风设计的基础是建筑物的结构强度。
建筑物的结构强度是指建筑物对外界荷载的抵抗能力，包括重力、水平力和风力等。
设计和选择合适的材料、合理的构造和加固方法是确保建筑物结构强度的关键。
3. 风洞试验和数值模拟为了准确评估建筑物的抗风能力，风洞试验和数值模拟成为建筑设计的重要手段。
风洞试验可以模拟真实的风力环境，通过观测模型结构的变形和应力状况，评估建筑物的稳定性。
数值模拟则通过计算流体力学方法，预测和分析建筑物在不同风速下的响应。
二、抗风设计的方法和技巧1. 形状设计建筑物的形状对其抗风能力有直接影响。
流线型的外形可以减小风阻力，降低风压对建筑物的作用。
因此，在设计过程中，应尽量避免棱角和突出物，优化建筑物的气动特性。
2. 避免共振共振是指建筑物在特定频率下受到外部激励时，振动幅度不断增大的现象。
共振会导致建筑物结构的破坏和崩溃。
为了避免共振现象的发生，设计中需要考虑建筑物结构的固有频率，选取合适的抗振措施。
3. 强化连接建筑物的连接部位是脆弱的地方，容易受到风力的破坏。
因此，在设计和施工过程中，需要采取一些措施，如增加连接的强度和刚性，确保连接部位的稳定性。
4. 防护措施除了在建筑物设计中增强结构抗风能力外，还可以采取一些防护措施来减小风灾的影响。
例如，在建筑物周围种植防风林带，设置风抑制构筑物等，都可以有效地降低风力的作用。
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§6-2 抗风圈的设计和计算
P0—罐壁驻点线上单位弧长的风载荷，kgf/cm，由
风洞试验得出： P0 0.8P 1 0.8H / 2 0.32P 1H ；
H——罐壁总高，cm； P1——设计风压，kgf/cm2， P1 K1 K z W0 ＝70kgf/m2。 将上述数据代入 Wz
Wz
M max
式中 [σ]—材料的许用应力，kgf/cm2，考虑到载荷属 于非经常性的最不利情况，且应力是弯曲应力，故 取[σ]＝0.9σs;
Mmax—圆拱的跨中弯矩，kgf-cm， M max
P0 D 2 2 2 1 4
;
θ—圆拱对应的圆心角，θ＝60°＝1.047弧度；
罐壁
A-A
换系数K2，使其折合成3s的瞬时风压。
§6-1 风载荷的分布和计算
⑵对固定顶罐如拱顶罐（无风的p
（6-4）
式中 K3——呼吸阀开启滞后系数，一般取1.2；
p——呼吸阀负压起跳压力，kgf/m2。
⑶对内浮顶罐（无风的吸力和罐内负压），则：
最大平均风压↑；
② 世界各国时距：60、20、10、5、1min（我国为 10min，故不能直接套用别国的标准风压值）。 ③ 设计罐时应以瞬时风速或风压为依据：油罐在运行 中，当某一瞬间的风压＝Pcr时，它可能被吹瘪。 ④ 瞬时风速：时距为3秒钟的Vmax，目前我国主要城
市的基本风压都是10分钟内的Vmax ，故需乘以转
＝5mm，角钢的最小尺寸为63×6。
⑵ 抗风圈兼作走台时，其最小宽度b为600mm（图6-
2），并应在外侧设置栏杆；抗风圈上表面不应有
影响行走的障碍。
b b1 支承架
⑶腹板洞口结构： ① BB、CC、DD截面均须满足Wmin≥Wz； ② 任一加强件的截面积均≮32t2； ③ bmin≥b； ④ 扁钢（垂放）两端与罐壁间应采用双面 满角焊，并与罐壁加强件焊接成整体。
M max
，其中
K1＝1.5，Kz＝1.15（取离地15米高处的值），W0
得：
（6-6）
Wz 0.058D H
2
§6-2 抗风圈的设计和计算
若建罐地区的基本风压W0>70kgf/m2（如少数沿海地
区），应将上述结果再乘以W0/70，即： W0 2 W z 0.058D H 70 选择抗风圈截面时，应满足的条件：
Wmin≥Wz
式中 Wmin—实际采用抗风圈的最小截面系数，计算 时应计入抗风圈上、下两侧各16ts范围内的罐壁截面积 （当罐壁加有腐蚀裕量时，计算时应扣除）。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的结构要求
⑴ 抗风圈的外周边可以是圆形或多边形；抗风圈可 采用型钢或型钢与钢板的组合件制成，钢板的tmin
P K 2 K zW0
（6-5）
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈的作用及位置 ⑴ 作用：浮顶罐无固定顶盖，为使其在风载作用下保 持上口圆度，以维持其整体形状；此外，还可兼作
平台走道。
⑵ 位置：抗风圈一般设在距罐顶端1m左右的外壁上。
§6-2 抗风圈的设计和计算
● 抗风圈满足强度要求所必需的最小截面系数Wz
教学内容
第六章 立式钢油罐的抗风设计
§6-1 风载荷的分布和计算 §6-2 抗风圈的设计和计算 §6-3 加强圈的设计和计算
教学目标
1、掌握风压的计算，理解并熟悉风载荷 对罐的作用，掌握设计风压的计算； 2、了解抗风圈的结构要求，熟悉抗风圈 的作用及位置，会计算抗风圈所需的 最小截面系数及抗风圈下支托的最大 间距； 3、了解立式圆柱形油罐罐壁的稳定性及 防止失稳的措施，掌握加强圈的设计 及相关尺寸的计算。
定，我国的标准风速是以一般平坦地区，离地面10
米高，30年一遇的10分钟平均最大风速为依据的。 因此，风速资料来源于气象部门的历史记载。如涪 江跨越管道工程在设计时考虑了江油此前近几十年 来的风速记录，在广州和贵阳等地设有风速与风压
观测站。
§6-1 风载荷的分布和计算
② 基本风压（或标准风压）W0
60°
吸力
压力（约20°范 围内≈W0）
研究罐壁稳 定性的最原
驻点
始数据。
风向
§6-1 风载荷的分布和计算
1
罐 壁 中 部 K 环 向 风 压 分 布
1—外壁：局部正压 2
2—内壁：全为负压
3—1-2：分布不均， 理论上无法计算罐壁 的临界压力，故假设 风压为均匀外压，但 风洞实验表明该假设 偏于安全。
引 言
历史上曾发生过一些油罐罐壁被风吹瘪 的事故，这种破坏虽然并不意味着油罐全部 报废，但维修费用很高。因此，不仅要考虑 油罐的强度问题，而且要考虑在风压作用下 的稳定问题。如何保证大型贮罐在风压和负 压或者两者同时作用下的问题已引起了人们 的高度重视。
● 风压的计算
① 风速的确定
据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规
P K1 K 2 K zW0
（6-3）
式中 K1——罐体体型系数，可取K1＝1.5；
Kz——高度变化系数（表6-1）， GB500092001是以离地10m为基准的，离地面越高，风 压越大； K2——转换系数，可取K2＝2.25。
§6-1 风载荷的分布和计算
§6-1 风载荷的分布和计算
① 时距：测量最大平均风压的时间间隔。时距↓，
3
§6-1 风载荷的分布和计算
驻 点 线 上 内 外 壁 风 压 分 布
Lmin
1
2
1—外壁风压 2—内壁风压 敞口罐驻点处的实际风压： 外压W0+内壁吸力0.5W0＝
1.5W0 ；系数1.5称为体型 系数，用K1表示。 K
§6-1 风载荷的分布和计算
● 设计风压的计算（应考虑风压和罐内负压） ⑴对敞口罐如浮顶罐（有风的吸力），则：
V W0 2g 16
V
2
2
（6-1~2）
( Pa 760mmHg， T 15℃ ， 空气容重 1.2255 kgf / m3 )
由此可见，T↓、ω↑、W0↑；在高原ω↓、W0↓;空气 湿度↑、 ω↑、W0↑。
§6-1 风载荷的分布和计算
● 风载荷对敞口罐的作用（假设风压沿罐壁四周是均布的） 罐 外 壁 风 压 分 布 贮罐的风压 分布规律是