工程荷载风荷载
土木工程中的风荷载分析
土木工程中的风荷载分析在土木工程设计和建设中，风荷载是一个十分重要的考虑因素。
风荷载分析是指对建筑物或结构物在风力作用下所受的力的计算和评估。
这个过程需要考虑风的速度、方向、气压分布等因素，以确定结构物在潜在的风灾下的安全性能。
一、风荷载的基本原理风是由于大气运动引起的空气流动，而风荷载就是这种风对于建筑物及其他结构物表面施加的压力或力矩。
风荷载的大小与风速、风向、结构物形状和表面特征等相关。
二、风速的测定和分布风速是衡量风荷载的关键要素之一。
风速可以通过现场测量，或者根据历史和气象数据进行推算。
不同地区的风速分布状况不同，需要综合考虑多种因素来确定合适的统计分布曲线。
常见的风速分布模型有均匀模型、极值模型等。
三、风荷载的计算方法根据风荷载的计算方法不同，可以分为等效静力法和动力风压试验法。
等效静力法通过计算结构物表面所受风力的压力和力矩，来评估结构物的稳定性。
动力风压试验法则采用风洞试验等方法，通过模拟实际风场对结构物施加风压，以验证和优化设计。
四、风荷载对结构物的影响风荷载对结构物的影响主要体现在下列几个方面：1. 结构物的变形和振动：风力对结构物施加的压力会导致结构物产生变形和振动，从而对结构的稳定性和安全性带来影响。
2. 结构物的破坏：当风荷载超过结构物所能承受的极限时，可能引发结构物的破坏，造成严重的安全事故。
3. 阻力和控制装置：为了减小风荷载对结构物的影响，可以采取一些措施来增加阻力或安装控制装置，如改变结构物的形状、加装风向控制板等。
五、风荷载分析实例以下是一个常见的风荷载分析实例，以一个高层建筑为例：1. 收集相关数据：包括风速数据、地理位置、土地利用规划等。
2. 确定结构物参数：包括结构形式、高度、横截面特征等。
3. 选择风速分布模型：根据所在地区的气象数据和历史记录，选择合适的风速分布模型。
4. 计算风荷载：根据所选的风速分布模型和结构物参数，计算出风荷载的大小和作用方向。
工程中风压-风荷载理论定义和计算方法
第一章风、风速、风压和风荷载第一节风的基本概念风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的。
气流一遇到结构的阻塞，就形成高压气幕。
风速愈大，对结构产生的压力也愈大，从而使结构产生大的变形和振动。
结构物如果抗风设计不当，或者产生过大的变形会使结构不能正常地工作，或者使结构产生局部破坏，甚至整体破坏。
风引起对结构作用的风荷载，是各种工程结构的重要设计荷载。
风荷载对于高耸结构(如塔、烟囱、桅杆等)、高层房屋、桥梁、起重机、冷却塔、输电线塔、屋盖等高、细、长、大结构，常常起着主要的作用。
因而，风力的研究，对工程结构，特别对上述工程结构，是设计计算中必不可少的一部分。
对结构安全产生影响的是强风，可分为热带低压、热带风暴、台风或飓风、寒潮风暴、飑风、龙卷风等。
不同的季节和时日，町以有不同的风向，给结构带来不同的影响。
每年强度最大的风对结构影响最大，此时的风向常称为主导风向，可从该城市(地区)的风玫瑰图得出。
由于风玫瑰图是由气象台得出的，建筑所在地的实际风向可能与此不同，因而在结构风丁程上，除了某些参数需考虑风向外，一般都可假定最大风速出现在各个方向上的概率相同，以较偏于安全地进行结构设计。
关于需考虑风向的参数将在下面有关章节中加以说明。
风可以有一定的倾角，相对于水平一般最大可在±10°到—10°内变化。
这样，结构上除水平分风力外，还存在上下作用的竖向分风力。
竖向分风力对细长的竖向结构，例如烟囱等，一般只引起竖向轴力的变化，对这类工程来讲并不重要，因而只有像大跨度屋盖和桥梁结构，竖向分风力才应该引起我们的注意。
但其值也较水平风力为小，但属于同一数量级。
根据大量风的实测资料可以看出，在风的时程曲线中，瞬时风速。
包含两种成分：一种是长周期部分，其值常在10min以上；另一种是短周期部分，常只有几秒左右。
图1—1是风从开始缓慢上升至稳定值后的一个时程曲线示意图。
根据上述两种成分，实用上常把风分为平均风(即稳定风)和脉动风(即阵风脉动)来加以分析。
工程结构中的风荷载分析与设计
工程结构中的风荷载分析与设计在工程结构设计中，风荷载是一个重要的考虑因素。
它对建筑物、桥梁、塔吊等结构物的稳定性和安全性有着重要影响。
风荷载分析与设计是工程师必须要掌握的一项技术。
首先，风荷载的分析是建立在风力的基础上的。
风力是空气流动引起的力量，它与气压差、空气密度、流体力学等因素密切相关。
在风荷载分析中，工程师需要考虑到风力的大小、方向和变化规律。
这对于结构的设计和材料的选择都有着重要的影响。
其次，风荷载的分析需要考虑到结构的形状和几何特征。
不同形状的结构在风力作用下会产生不同的应力和变形。
例如，高层建筑在风力作用下容易出现摆振现象，而桥梁则需要考虑到横风对桥面的冲击力。
因此，在风荷载分析中，工程师需要根据结构的形状和几何特征来确定合适的风荷载模型。
此外，风荷载的分析还需要考虑到结构的材料特性和强度。
不同材料的抗风性能各不相同，因此在设计过程中需要选择合适的材料。
同时，工程师还需要根据结构的强度和刚度来确定合理的安全系数。
这样可以保证结构在风力作用下不会发生过度变形和破坏。
在风荷载分析的过程中，工程师可以采用多种方法和工具来辅助计算和模拟。
例如，可以利用计算机软件进行数值模拟和风荷载计算。
同时，还可以通过实验室测试和风洞试验来验证分析结果的准确性。
这些方法和工具的应用可以提高风荷载分析的精度和可靠性。
最后，风荷载分析与设计不仅仅是为了满足建筑物的安全要求，还可以为结构的优化设计提供参考。
通过合理的风荷载分析，可以发现结构的薄弱环节和设计缺陷，并采取相应的措施进行改进。
这样可以提高结构的抗风能力，延长其使用寿命。
综上所述，风荷载分析与设计是工程结构设计中的重要环节。
它需要考虑到风力的大小、方向和变化规律，结构的形状和几何特征，材料的特性和强度等因素。
通过合理的分析和设计，可以保证结构在风力作用下的稳定性和安全性，同时还可以为结构的优化设计提供参考。
因此，工程师在进行结构设计时必须要掌握风荷载分析与设计的技术。
荷载种类及计算条件
荷载种类及计算条件荷载是指施加于建筑结构或其他构筑物上的外力或外荷，常用于分析和设计建筑、桥梁、道路、船舶等工程的强度和稳定性。
根据实际情况分析和选择合适的荷载种类和计算条件，可以确保结构的安全性和经济性。
本文将介绍常见的荷载种类及其计算条件。
一、荷载种类1.死荷载死荷载是指在结构使用和工作过程中始终存在的固定荷载，如自重、装修材料、固定设备等。
死荷载的大小与结构自身的质量和构造方式有关。
2.活荷载活荷载是指结构使用过程中人员、设备、货物等所有活动的荷载。
根据不同情况，活荷载可以分为移动活荷载和停止活荷载。
移动活荷载是指在结构上频繁移动的活荷载，如行人、车辆等。
停止活荷载是指在结构上停留的活荷载，如货物、设备等。
3.风荷载风荷载是指结构受到风力作用时所承受的荷载。
风荷载的大小与结构的外形、高度、地理位置、风速等有关。
一般需要根据当地的风速数据和结构的风荷载系数来进行计算。
4.雪荷载雪荷载是指结构受到积雪作用时所承受的荷载。
雪荷载的大小与结构的外形、地理位置、设计寿命等有关。
一般需要根据当地的雪厚度和结构的雪荷载系数来进行计算。
5.地震荷载地震荷载是指结构受到地震时所承受的荷载。
地震荷载的大小与地震的震级、地震波形、结构的设计地震参数等有关。
一般需要根据地震区域划分、地震烈度等级等来进行计算。
6.温度荷载温度荷载是指结构受到温度变化引起的热应力时所承受的荷载。
温度荷载的大小与结构的材料、尺寸、温度差等有关。
一般需要根据结构的热膨胀系数和温度差来进行计算。
二、荷载计算条件1.荷载标准荷载计算需要根据国家和地区的荷载标准进行。
常见的荷载标准有《建筑抗震设计规范》、《建筑结构荷载标准》等。
2.荷载计算方法荷载计算方法包括静力计算方法和动力计算方法。
静力计算方法适用于荷载作用下结构的静力平衡条件，动力计算方法适用于考虑结构的动态响应。
3.荷载系数荷载系数是指荷载计算中所引入的系数，用于考虑各种不确定因素，以确保结构的安全性。
公路工程中的桥梁荷载规范要求
公路工程中的桥梁荷载规范要求公路桥梁是城市发展和交通运输的重要组成部分，承担着重要的交通运输功能。
为保证公路桥梁的安全和可靠运行，桥梁荷载规范是不可或缺的一部分。
本文将介绍公路工程中桥梁荷载规范的要求，并探讨其对桥梁设计的影响。
1. 荷载分析在公路工程中，桥梁荷载是指施加在桥梁结构上的各种力和力矩，包括车辆荷载、行人荷载、风荷载、温度荷载等。
荷载分析的目的是确定每种荷载的大小和作用位置，为桥梁的结构设计提供依据。
2. 车辆荷载车辆荷载是指行驶于公路上的各种车辆对桥梁结构产生的荷载。
根据荷载分布情况和类型的不同，车辆荷载可分为静态荷载和动态荷载。
静态荷载包括自重、车辆停靠荷载等，而动态荷载则是指车辆行驶过程中引起的震动荷载。
荷载规范对车辆荷载进行了详细的分析和规定，以保证桥梁在实际使用中的安全。
3. 行人荷载行人荷载是指桥梁上行人产生的荷载。
根据桥梁的用途和周边环境的不同，行人荷载可分为正常行人荷载和特殊行人荷载。
正常行人荷载是指桥梁上正常行人所产生的荷载，而特殊行人荷载则是指在特定情况下，如人群聚集、游行示威等情况下的荷载。
荷载规范对行人荷载的计算和规定，旨在确保桥梁在人员通行过程中的安全性。
4. 风荷载风荷载是指风对桥梁结构产生的荷载。
由于公路桥梁所处的环境不同，风荷载的大小和方向也会有所变化。
荷载规范对风荷载进行了详细的分析和规定，以确保桥梁在强风环境下的稳定性。
5. 温度荷载温度荷载是指桥梁受到温度变化产生的热胀冷缩引起的荷载。
荷载规范考虑了温度荷载对桥梁结构的影响，以确保桥梁的正常使用和运行。
总之，公路工程中的桥梁荷载规范要求涵盖了车辆荷载、行人荷载、风荷载和温度荷载等多个方面。
这些规范要求的制定和遵守，保障了桥梁在使用过程中的安全性和可靠性。
对于桥梁设计人员来说，遵循荷载规范是保证桥梁设计达到预期性能的重要保证。
同时，监管部门也应加强对桥梁工程的施工和使用过程的监督，确保规范的落实和执行，以提升公路桥梁的整体质量和安全水平。
桥梁工程的风荷载分析
桥梁工程的风荷载分析桥梁作为连接两个地理位置的重要交通设施，在其设计和施工过程中需要考虑各种外部荷载对其结构的影响。
其中，风荷载作为一种重要的外部力量，对桥梁的稳定性和安全性有着直接的影响。
本文将对桥梁工程中的风荷载分析进行探讨，以期提供对桥梁设计师和工程师在风荷载分析方面的有益指导。
1. 风荷载的定义和分类风荷载是指风对于目标物体所施加的力量。
根据风荷载的作用方式和方向，可以将其分为静风荷载和动风荷载两种类型。
静风荷载与风的静态压力有关，包括垂直于风向的风压和平行于风向的风力矩。
动风荷载则与风的动态特性有关，包括风震与风向的振荡引起的力量。
2. 风荷载的计算方法风荷载的计算方法通常采用风洞试验和数值模拟相结合的方式。
风洞试验能够模拟真实环境中的风场，通过测量模型上的压力分布和力矩，得出风荷载的大小和作用点位置。
数值模拟则是通过建立桥梁和周围环境的数学模型，采用计算流体动力学方法进行计算，得出风压和风力矩的数值结果。
3. 风荷载分析的影响因素风荷载分析涉及到多个影响因素，包括桥梁的几何形状、标准风速、地理位置以及气象条件等。
桥梁的几何形状包括桥梁横截面、桥塔和桥墩的形状等。
标准风速则是指在特定地理位置和气象条件下，经过统计分析得到的一段时间内的平均风速。
地理位置和气象条件可以通过相关气象数据获得，包括平均风速、风向、风场流线等。
4. 风荷载对桥梁工程的影响风荷载对桥梁工程具有重要的影响。
首先，风荷载会对桥梁结构产生力学影响，增加桥梁结构的应力和变形。
其次，风荷载还可能引起桥梁的振动和共振现象，从而影响桥梁的稳定性和舒适性。
最后，风荷载还可能导致桥梁结构的疲劳和损伤，对桥梁的安全性构成威胁。
5. 风荷载分析的应用风荷载分析在桥梁工程中有广泛的应用。
首先，它可以用于桥梁结构的设计和优化，确保桥梁在受到风荷载时具有足够的稳定性和安全性。
其次，风荷载分析还可以用于桥梁的施工过程中，对桥梁的临时支撑和拆除等情况进行评估和控制。
风荷载计算方法
风荷载计算方法
风荷载计算是指根据建筑物高度、结构形式、地理位置、建筑物
表面积、风速等参数，计算出风力对建筑物产生的作用力，以确定建
筑物在风力作用下的稳定性和安全性。
风荷载计算是建筑结构设计的
重要基础计算，对保证建筑物的安全性和稳定性具有极为重要的意义。
计算风荷载的方法主要采用美国标准和欧洲标准两种方法。
美国标准采用ASCE7标准，根据建筑物的形状、高度、地理位置、建筑物表面积、风速等参数参考标准的风荷载量进行计算。
首先根据
不同的地区选择适用的地区风速，然后按照建筑的高度和类型选择适
当的风荷载系数，利用公式计算出所需的风荷载。
欧洲标准采用Eurocode 1标准，根据建筑物的高度、风速、地形
等参数确定风压力大小，并根据建筑物的形状和功能，采用不同的计
算公式进行计算。
首先根据不同的地区选择适用的地区风速，然后根
据建筑物的高度、形状和暴露面积，采用对应的风荷载系数计算风压
力大小。
计算结果通常以单位面积上的风荷载或风压力表示。
无论是美国标准还是欧洲标准，计算风荷载都需要考虑到建筑物
的结构特征、地理环境和气象情况等因素，以获取合理的结果。
同时，风荷载计算也需要考虑到建筑物在不同时期产生的不同风荷载，以便
为结构设计提供全面且准确的参考数据。
总之，风荷载计算是建筑工程设计中不可或缺的一部分，对保证
建筑物的稳定性和安全性具有非常重要的意义。
了解并运用标准的计
算方法能够为工程师们提供准确的数据，同时也能够提高建筑物的抗
风能力和设计质量，从而提高建筑物在自然灾害等情况下的防护能力。
世界各地风荷载标准值
世界各地风荷载标准值
风荷载也称风的动压力，是空气流动对工程结构所产生的压力。
风荷载ш与基本风压、地形、地面粗糙度、距离地面高度，及建筑体型等诸因素有关。
中国的地理位置和气候条件造成的大风为：夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴及雹线大风；冬季北部地区多寒潮大风，其中沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。
台风造成的风灾事故较多，影响范围也较大。
雷暴大风可能引起小范围内的风灾事故。
垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
1 当计算主要承重结构时,按式：wk=βzμsμzWo[1]
式中wk—风荷载标准值(kN/m2)；
βz—高度z 处的风振系数；
μs—风荷载体型系数；
μz—风压高度变化系数；
Wo—基本风压(kN/㎡)。
2 当计算围护结构时，按式：wk=βgzμslμzWo 式中βgz—高度z 处的阵风系数；
μsl--风荷载局部体型系数。
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4.1.4 风级
为区分风 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。
4.2 风压
4.2.1 风压与风速的关系：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，称为风压
γ—kN/m3;g—9.8m/s2;v—m/s; ω—kN/m2 γ/g值各地不同：
对于围护结构，由于其刚性一般较大，在结构效应中可不必考虑其共振分量，此时可仅 在平均风压的基础上，近似考虑脉动风瞬间的增大因素，原则上可通过局部风压体型系 数μs1和阵风系数βgz来计算其风荷载。 7.1.2基本风压ω0是根据全国各气象台站历年来的最大风速记录，按基本风压的标准要求 ，将不同风仪高度和时次时距的年最大风速，统一换算为离地10m高，自记1Omin平均年 最大风速(m/s)。根据该风速数据，按附录D的规定，经统计分析确定重现期为50年的最 大风速，作为当地的基本风速υ0。再按贝努利公式
东南沿海：1/1750； 内陆：海拔500以下1/1600；3500以上1/2600
4.2.2 基本风压 Reference Wind Pressure
基本风压通常符合五个规定（我国）：
标准高度：距地面10米高度处 地貌：比较空旷平坦地面
基本风速重现期：50年重现期 最大风速的样本时间：年平均
公称风速的时距：10分钟最大风速
风速时距 统计比值
1h 10min 5min 2min 1min 30s
0.94 1
1.07 1.16 1.20 1.26
20s 10s 1.28 1.35
5s 瞬时 1.39 1.50
4、不同重现期的换算
不同重现期风压与50年重现期风压的比值 表4－7
重现期(年） T0
μr
100 1.114
50 30
风 空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成。
由于地球自传和地球 表面大陆与海洋吸热 存在差异，大气环流
复杂些
4.1.2 两类性质的大风
1、台风:是大气环流中的组成部分，是热带洋面上形 成的低压气旋。
2、季风：冬季西北风；夏季东南风。
4.1.3 我国风气候总况
最大风区 台湾、海南和南海岛屿； 大风区 东南沿海、青藏高原 次大风区 东北、华北和西北 小风区 长江中下游、黄河中下游 最小风区 云贵高原
20 10
5
3
1
0.5
1.00 0.916 0.849 0.734 0.619 0.535 0.353 0.239
4.2结构抗风计算的几个重要概念
1.结构的风力与风效应 顺风向力，横风向力及扭力矩
2.顺风向平均风与脉动风
3.横风向风振
建筑结构荷载规范 ： 规范正文 条文说明
规范正文
7 风荷载
7.1 风荷载标准值及基本风压
我国各类地貌的α及HT值 表4-5
地貌 α HT(m)
海面 0.12 300
空旷平坦地面 0.16 350
城市 0.22 400
大城市中心 0.30 450
A\B\C\D地貌计算值在标准高度上的差异：
A/B=1.379；B/C=1.626；C/D=1.933
例题1 p44
3、不同时距的换算
各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值 表4－6
高，并应由有关的结构设计规范具体规定。
7 风荷载 7.1 风荷载标准值及基本风压
7.1.1对于主要承重结构，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。
表4-4
城市 0.18-0.28 375-425
大城市中心
0.28-0.44 425-500
我国规范地面粗糙度分类： A类极糙度：在近海海面、海岛、海岸及沙漠地区，地面空旷， 空气流动几乎无阻挡物 B类粗糙度：田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇 和城市的郊区 C类粗糙度：有密集建筑物的大城市市区 D类粗糙度：有密集建筑物，且房屋较高的城市市区
Breeze，wind, storm
hurricane
古巴首都哈瓦那 海滨大街
2005.10.24飓风 “威尔玛”
掀起巨浪，越过 堤岸，拍打着楼 房
8月30日美国新奥尔良飓风袭击80%的土地被淹，死亡上千人，2000亿美金的重建费用
飓风丽塔袭击美国
风起前后
8月18日台风圣帕
4.1.1 风的形成
7.1.1 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：
Байду номын сангаас
1 当计算主要承重结构时
w w(7.1.1-1)
k
zsz0
2 当计算围护结构时
wk
gz
s
z
w(7.1.1-2)
0
7.1.2 基本风压应按本规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不
得小于0.3kN／m2。
对子高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提
w0
HTs zs
2
s
HTa za
2 a
zs、HTs、s — 标准地貌的测定高度、 梯度风高度、风速变化 指数
za、HTa、a — 任意地貌的测定高度、 梯度风高度、风速变化 指数
地貌
α HT(m)
不同地貌的α及HT值
海面
空旷平坦地面
0.1-0.13 0.13-0.18 275-325 325-375
国内外大城市中心及其邻近的实测α值
表4-3
地区 上海近邻 南京
α 0.16
0.22
地区 东京
基辅
α 0.34
0.36
广州 0.24 伦敦
0.36
圣路易斯 0.25 莫斯科
0.37
蒙特利尔 上海
0.28
0.28
列宁格勒 纽约
0.41
0.39
哥本哈根 0.34 巴黎
0.45
2、非标准地貌的换算
w0a
确定基本风压。以往，国内的风速记录大多数根据风压板的观测结果，刻度所反映的风 速，实际上是统一根据标准的空气密度ρ=1.25kg／m3按上述公式反算而得，因此在按该 风速确定风压时，可统一按公式 计算。 鉴于通过风压板的观测，人为的观测误差较大，再加上时次时距换算中的误差，其结果 就不太可靠，当前各气象台站已累积了较多的根据风杯式自记风速仪记录的10min平均年 最大风速数据，因此在这次数据处理时，基本上是以自记得数据为依据。因此在确定风 压时，必须考虑各台站观测当时的空气密度，当缺乏资料时，也可参考附录D的规定采用
按照上述条件，根据全国各地气象台统计数
据，用下式计算
图4－5 全国基本风压分布图
w0 v02 /1600
4.2.3 非标准条件 下的风速或风压的换算
1、非标准高度换算
wa (z) w
0a
z zs
2 a
与地貌或地面粗糙度有关的指数 基本风压标准高度（10m）
表4－3 国内外大城市中心及其近邻的实测 值 p43