风速随高度变化情况
《工程荷载与可靠度设计原理》课后思考题及复习详解
《工程荷载与可靠度设计原理》---课后思考题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构，称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力2.1 成层土的自重应力如何确定？地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
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。
风的特性
风的特性1、随机性2、风随高度的变化而变化2、风速由于风时有时无、时大时小，每一瞬时的速度都不相同，所以风速是指一段时间内的平均值，即平均风速。
3、风力风力等级是根据风对地面或海面物体影响而引起的各种现象，按风力的强度等级来估计风力的大小。
国际上采用的为蒲福风级，从静风到飓风共分为13个等级。
风力等级与风速的关系：505.1N 824.01.0N+=-ν式中 V N ——N 级风的平均风速(m/s)；N ——风的级数。
风能密度，空气在一秒钟内以速度ν流过单位面积产生的动能风力发电机的分类按风轮轴的安装型式：水平轴风力发电机组和垂直轴风力发电机组按风力发电机的功率 ：微型（额定功率50～1000W ）、小型（额定功率1.0～10kW ）、中型（额定功率10～100kW ）和大型（额定功率大于100kW ）按运行方式 独立运行和并网运行独立运行的风力发电机组水平轴独立运行的风 力发电机组主要由风轮(包括尾舵)、发电机、支架、电缆、充电控制器、逆变器、蓄电池组等组成，其主要结构见右图。
（2） 并网运行的风力发电机组并网运行的水平轴式风力发电机组由风轮、增速齿轮箱、发电机、偏航装置、控制系统、塔架等部件组成，其结构如右图所示3.2.2 风力机风力机又称为风轮，主要有水平轴风力机和垂直轴风力机。
1、水平轴风力机：a.荷兰式b.农庄式c.自行车式d.桨叶式2、垂直轴风力机：a.萨窝纽斯式b.达里厄式c.旋翼式3）双馈异步发电机双馈异步发电机是当今最有发展前途的一种发电机，其结构是由一台带集电环的绕线转子异步发电机和变频器组成，变频器有交－交变频器、交－直－交变频器及正弦波脉宽调制双向变频器三种，系统结构如下图所示。
根据双馈异步发电机转子转速的变化，双馈异步发电机可以有三种运行状态：1）亚同步运行状态。
此时n<n1，转差率s>0，频率为f2的转子电流产生的旋转磁场的转速与转子转速同方向，功率流向如图所示。
风速随高度变化规律
风速随高度变化规律
1 引言
风速是指空气在风力作用下运动的速度。
风是一种形态多样的自
然现象，受到地球自转的影响，大气在纬度、海拔高度等方面的变化，从而导致风速的变化。
本文将介绍风速随高度变化的规律。
2 影响风速的因素
风速的变化受到气压、温度、湿度、地形和海拔高度等多种因素
的影响。
其中，地形和海拔高度是影响风速最为显著的因素。
3 风速随海拔高度变化的规律
海拔高度越高，空气密度越小，空气分子之间的平均距离增大，
空气分子的热运动减缓，风速相应减小。
根据气压定律，气压随海拔
高度增加而逐渐降低。
这是由于在不同海拔上，空气的总质量相同，
但总体积随海拔高度增加而增大，导致空气分子之间的距离增加。
因此，随着海拔高度的增加，空气密度和气压下降，风速相应降低。
4 风速随地形变化的规律
地形对风速也有显著的影响。
例如，山谷周围的风速会被限制，
因为山壁会妨碍风的流动，使得风速变得较低。
另外，风向与地势呈
一定角度，也会引起空气流动的变化。
在山脉之间，风速可能会变得
比较强，因为空气在狭小的通道中被挤压，从而增加了风速。
同时，
山脉对风速的影响还会随着风向的改变而产生变化。
5 结论
总体而言，当海拔高度和地形改变时，风速也会相应发生变化。
二者的作用是紧密相关的，海拔高度和地形对风速的影响需要相互考虑。
因此，在气象预测和风能利用等领域中，考虑到海拔高度和地形的因素，对于准确预测和利用风能具有十分重要的意义。
高度换算平均风速梯度风剖面
w10,
3.12
(
10 ZG
)
2
w0
ZG——梯度风高度
（3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风速 的比值，统计所得的比值如表
时距
1h
10min 5min 2min 1min 0.5min
20s
10s
5s
瞬时
比值
0.94
1
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
1.35
1.39
w0
w0
( a )2 10
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
粗糙度类别
描述
zG (m)
A
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
300 0．12
B
田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城 市郊区
350 0．16
C
有密集建筑群的城市市区
400 0．22
D
有密集建筑群的且房屋较高的城市市区
E(x) 0.5772
x
6
1 n
x
E(x)
n
n
i 1
xi
(xi x)2 1
x [ i1 n 1 ]2
可求得参数 和
对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速
x x ln( ln F )
另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为
第二章 结构上的静力风
在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值 几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是 平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在10 分钟以上，远离一般结构物的自振周期，
第六章 天气和天气预报
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3
地方性风
最常见的是海陆风和山谷风。山地的背风坡常出现焚风。这些风影响范 围较小，属地方性风。 白天吹海风、夜间吹陆风，统称为海陆风；海风通常强于陆风；一般在 上午9至10时起出现海风，午后14至15时海风最强，以后逐渐减弱直至 平静无风，大约22时起出现陆风，凌晨2时至3时陆风最强；海风带来丰 富的水汽，使沿海地区云量和降水增多。 白天的上山风称为谷风，夜间的下山风称为山风，统称山谷风。白天的 谷风一般比夜间的山风强。谷风把谷中的水汽带到上空，有时可以形成 云和降水。山风使较重的冷空气在谷底沉积，在春、秋季节会加重谷底 的霜冻危害。山谷风和海陆风都是晴天比阴天显著，夏季比冬季显著。
2
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海陆热力差异和大气活动中心
实际上，地球表面的热力性质是不均匀的，首先存在着海洋和大陆。 由于海陆的热力差异，使得上述的气压带被分裂。由于海陆热力差异， 割断了气压带，而形成的高、低气压中心，称为大气活动中心。有半 永久性活动中心和季节性活动中心。对我国天气气候有重要影响的大 气活动中心，冬季为大陆上的蒙古高压和海洋上的阿留低压，夏季为 大陆上的印度低压和海洋上的夏威夷高压。
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冷 锋
冷锋的定义
冷气团向暖气团方向移动的锋，称为冷锋。冷 锋按移动速度快慢分为第一型冷锋(慢速)和第 二型冷锋(快速)。
缓行冷锋 冷锋
又称为第一型冷锋，因为其移动速度较慢， 暖空气沿锋面上升比较平稳，所以形成的云雨分 布和暖锋大体相似，只是排列次序相反（如图）.
Hale Waihona Puke 焚风气流越过高大山脉后，在山的背风坡所形成的炎热而干燥的风，称为焚 风。它是由于迎风坡空气被迫抬升，空气中水汽凝结降落，到山顶空气 湿度很小，在背风坡空气绝热下沉增温而造成的。 在山地的背风坡任何时间都可能出现焚风。焚风能提高温度， 但强大持久的焚风则可以使作物遭受干害和引起森林火灾。
《工程荷载与可靠度设计原理》课后思考题及复习详解(1)解析
《工程荷载与可靠度设计原理》---课后思考题解答1 荷载与作用1.1 什么是施加于工程结构上的作用？荷载与作用有什么区别？结构上的作用是指能使结构产生效应的各种原因的总称，包括直接作用和间接作用。
引起结构产生作用效应的原因有两种，一种是施加于结构上的集中力和分布力，例如结构自重，楼面的人群、家具、设备，作用于桥面的车辆、人群，施加于结构物上的风压力、水压力、土压力等，它们都是直接施加于结构，称为直接作用。
另一种是施加于结构上的外加变形和约束变形，例如基础沉降导致结构外加变形引起的内力效应，温度变化引起结构约束变形产生的内力效应，由于地震造成地面运动致使结构产生惯性力引起的作用效应等。
它们都是间接作用于结构，称为间接作用。
“荷载”仅指施加于结构上的直接作用；而“作用”泛指使结构产生内力、变形的所有原因。
1.2 结构上的作用如何按时间变异、空间位置变异、结构反应性质分类？结构上的作用按随时间变化可分永久作用、可变作用和偶然作用；按空间位置变异可分为固定作用和自由作用；按结构反应性质可分为静态作用和动态作用。
1.3 什么是荷载的代表值？它们是如何确定的？荷载代表值是考虑荷载变异特征所赋予的规定量值，工程建设相关的国家标准给出了荷载四种代表值：标准值，组合值，频遇值和准永久值。
荷载可根据不同设计要求规定不同的代表值，其中荷载标准值是荷载的基本代表值，其它代表值都可在标准值的基础上考虑相应的系数得到。
2 重力2.1 成层土的自重应力如何确定？地面以下深度z处的土体因自身重量产生的应力可取该水平截面上单位面积的土柱体的重力，对于均匀土自重应力与深度成正比，对于成层土可通过各层土的自重应力求和得到。
2.2 土压力有哪几种类别？土压力的大小及分布与哪些因素有关？根据挡土墙的移动情况和墙后土体所处应力状态，土压力可分为静止土压力、主动土压力和被动土压力三种类别。
土的侧向压力的大小及分布与墙身位移、填土性质、墙体刚度、地基土质等因素有关。
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
微气象学基础_南京信息工程大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.城市上空逆温的存在能加快城市的污染物扩散程度。
参考答案:错误2.对叶片直立型的作物，其冠层最低温度出现的高度会随植被高度和密度的增加相应抬升。
参考答案:正确3.典型晴天条件下，通常近地层低层的风速在白天风速（）于夜间。
参考答案:大##%_YZPRLFH_%##高4.典型晴天里，裸地下垫面上空气温度随距地高度的升高而迅速递减的温度铅直分布型称为（）。
参考答案:日射型5.确定土表热通量的方法可以归纳总结有（）等参考答案:经验统计方法_谐波法_组合法_拉依哈特曼-采金台站规范法6.在垂直方向上，城市近地层可以划分为惯性子层和粗糙子层，处于粗糙子层内。
参考答案:城市冠层7.土壤热通量传递快慢主要取决于。
参考答案:导热率8.下面对土壤温度变化的影响说法正确的有（）参考答案:农田翻耕和锄草松土后，能提高土壤温度。
_潮湿的土壤温度升降和缓。
_粗质的土壤，其温度年日振幅小，温度波影响深度深。
9.下面关于土壤温度变化规律哪一个是错误的（）。
参考答案:土壤的恒温层深度与导温率的平方根成反比10.通常用植株的（）来代表植物的体温。
参考答案:叶片温度##%_YZPRLFH_%##叶温11.土壤温度随深度的变化呈线性分布变化的规律。
参考答案:错误12.近地层中比湿随高度升高而递减的这种分布类型称为（）分布。
参考答案:湿型13.大气层结愈不稳定，垂直和水平风向脉动角均会愈大。
参考答案:正确14.近地层高层（大于50米）与低层的风速日变化反相。
参考答案:正确15.在中性层结条件下或者高度较低（如3米以下）时，层结作用很弱，风廓线用对数模式可很好地描述。
参考答案:正确16.近地层中，空气绝对湿度的日变化通常与气温日变化相反。
参考答案:错误17.绝对湿度的日变化主要决定于地面的湿润状况和湍流交换条件，日变化类型有单峰型、双峰型及多峰型。
参考答案:正确18.大气层结愈不稳定，湍流交换愈强烈，温度脉动也就愈大。
风速随高度变化情况
风速随高度变化
2009年09月15日星期二下午 08:30 城市、乡村和海边平地，其风速随高度的变化如下图所示。
不同地面上风速和高度的关系图
关于风速随高度而变化的经验公式很多，通常采用所谓指数公式，即
式中v——距地面高度为h处的风速，m／s；
v1——高度为hi 处的风速，m／s；
n——m 验指数，它取决于大气稳定度和地面粗糙度，其值约为1/2～1/8。
对于地面境界层，风速随高度的变化则主要取决于地面粗糙度。
不同地面情况的地面粗糙度
α 如表48所示。
此时计算近地面不同高度的风速时仍采用上述公式，只是用α 代替式中的指
数n。
地面情况粗糙度α
光滑地面，硬地面海洋0.10
城市高地有较高草地数目极少0.16
树木多，建筑物极少0.22-0.24
森林，村庄0.28-0.30
城市有高层建筑0.40。
风压高度变化系数
风荷载：风荷载(wind load )空气流动对工程结构所产生的压力。
其大小与风速的平方成正比，即式中p为空气质量密度,va和vb分别为风法结构表面前与结构表面后的风速。
基本含义：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LB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。
雷暴大风可能弓I起小范围内的风灾事故。
计算公式：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=pzps|jzWo式中wk—风荷载标准值(kN/m2);pz—高度z处的风振系数;ps—风荷载体型系数;pz—风压高度变化系数；Wo—基本风压(kN/m2)o2当计算围护结构时，按式:wk=pgzpslpzWo式中pgz—高度z处的阵风系数;psi ••风荷载局部体型系数。
风荷载参数：基本风压中国规定的基本风压wO以一般空旷平坦地面、离地面10米高、风速时距为10分钟平均的最大风速为标准，按结构类别考虑重现期（—般结构重现期为30年，高层建筑和高耸结构为50年，特别重要的结构为100年），统计得最大风速v （即年最大风速分布的96.67%分位值，并按w0=pv2/2确定。
式中p为空气质量密度;v为风速）。
根据统计，认为离地面10米高、时距为10分钟平均的年最大风压, 统计分布可按极值I型考虑。
基本风压因地而异，在中国的分布情况是：台湾和海南岛等沿海岛屿、东南沿海是最大风压区，由台风造成。
东北、华北、西北的北部是风压次大区，主要与强冷气活动相联系。
青藏高原为风压较大区，主要由海拔高度较高所造成。
其他内陆地区风压都较小。
风速风速随时间不断变化，在一定的时距At 内将风速分解为两部分:—部分是平均风速的稳定部分；另一部分是指风速的脉动部分。