工程荷載風荷載

工程荷載風荷載第1頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一Breeze，wind,storm第2頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

古巴首都哈瓦那海濱大街2005.10.24颶風“威爾瑪”掀起巨浪，越過堤岸，拍打著樓房

hurricane第3頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一8月30日美國新奧爾良颶風襲擊80%的土地被淹，死亡上千人，2000億美金的重建費用第4頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一颶風麗塔襲擊美國第5頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風起前后第6頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一8月18日臺風圣帕第7頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

4.1.1風的形成風空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成。由于地球自傳和地球表面大陸與海洋吸熱存在差異，大氣環(huán)流復雜些第8頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.1.2兩類性質的大風1、臺風:是大氣環(huán)流中的組成部分，是熱帶洋面上形成的低壓氣旋。2、季風：冬季西北風；夏季東南風。第9頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

4.1.3我國風氣候總況大風區(qū)東南沿海、青藏高原次大風區(qū)東北、華北和西北最大風區(qū)

臺灣、海南和南海島嶼；小風區(qū)長江中下游、黃河中下游最小風區(qū)云貴高原第10頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

4.1.4風級為區(qū)分風的大小，根據風對地面（或海面）物體影響程度，常將風劃分為13個等級。第11頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.2風壓

4.2.1風壓與風速的關系：當風以一定的速度向前運動遇到阻塞時，將對阻塞物產生壓力，稱為風壓γ—kN/m3;g—9.8m/s2;v—m/s;ω—kN/m2γ/g值各地不同：東南沿海：1/1750；內陸：海拔500以下1/1600；3500以上1/2600第12頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.2.2基本風壓ReferenceWindPressure

按照上述條件，根據全國各地氣象臺統(tǒng)計數據，用下式計算基本風壓通常符合五個規(guī)定（我國）：標準高度：距地面10米高度處基本風速重現期：50年重現期最大風速的樣本時間：年平均公稱風速的時距：10分鐘最大風速地貌：比較空曠平坦地面圖4－5全國基本風壓分布圖第13頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.2.3非標準條件

下的風速或風壓的換算1、非標準高度換算基本風壓標準高度（10m）與地貌或地面粗糙度有關的指數表4－3國內外大城市中心及其近鄰的實測值p43第14頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一地區(qū)上海近鄰南京廣州圣路易斯蒙特利爾上海哥本哈根α0.160.220.240.250.280.280.34地區(qū)東京基輔倫敦莫斯科列寧格勒紐約巴黎α0.340.360.360.370.410.390.45國內外大城市中心及其鄰近的實測α值

表4-3第15頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一2、非標準地貌的換算第16頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一地貌海面空曠平坦地面城市大城市中心α0.1-0.130.13-0.180.18-0.280.28-0.44HT(m)275-325325-375375-425425-500不同地貌的α及HT值表4-4我國規(guī)范地面粗糙度分類：A類極糙度：在近海海面、海島、海岸及沙漠地區(qū)，地面空曠，空氣流動幾乎無阻擋物B類粗糙度：田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市的郊區(qū)C類粗糙度：有密集建筑物的大城市市區(qū)D類粗糙度：有密集建筑物，且房屋較高的城市市區(qū)第17頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一地貌海面空曠平坦地面城市大城市中心α0.120.160.220.30HT(m)300350400450我國各類地貌的α及HT值表4-5A\B\C\D地貌計算值在標準高度上的差異：A/B=1.379；B/C=1.626；C/D=1.933例題1p44第18頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一3、不同時距的換算4、不同重現期的換算不同重現期風壓與50年重現期風壓的比值表4－7風速時距1h10min5min2min1min30s20s10s5s瞬時統(tǒng)計比值0.9411.071.161.201.261.281.351.391.50各種不同時距與10分鐘時距風速的平均比值表4－6重現期(年）T0100503020105310.5μr

1.1141.000.9160.8490.7340.6190.5350.3530.239第19頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.2結構抗風計算的幾個重要概念1.結構的風力與風效應順風向力，橫風向力及扭力矩2.順風向平均風與脈動風3.橫風向風振第20頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一建筑結構荷載規(guī)范：規(guī)范正文條文說明第21頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一7風荷載7.1風荷載標準值及基本風壓7.1.1垂直于建筑物表面上的風荷載標準值，應按下述公式計算：1當計算主要承重結構時

(7.1.1-1)

2當計算圍護結構時

(7.1.1-2)

7.1.2基本風壓應按本規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的風壓采用，但不得小于0.3kN／m2。

對子高層建筑、高聳結構以及對風荷載比較敏感的其他結構，基本風壓應適當提高，并應由有關的結構設計規(guī)范具體規(guī)定。規(guī)范正文第22頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一7風荷載7.1風荷載標準值及基本風壓

7.1.1對于主要承重結構，風荷載標準值的表達可有兩種形式，其一為平均風壓加上由脈動風引起導致結構風振的等效風壓；另一種為平均風壓乘以風振系數。由于在結構的風振計算中，一般往往是第1振型起主要作用，因而我國與大多數國家相同，采用后一種表達形式，即采用風振系數βz，它綜合考慮了結構在風荷載作用下的動力響應，其中包括風速隨時間、空間的變異性和結構的阻尼特性等因素。

對于圍護結構，由于其剛性一般較大，在結構效應中可不必考慮其共振分量，此時可僅在平均風壓的基礎上，近似考慮脈動風瞬間的增大因素，原則上可通過局部風壓體型系數μs1和陣風系數βgz來計算其風荷載。7.1.2基本風壓ω0是根據全國各氣象臺站歷年來的最大風速記錄，按基本風壓的標準要求，將不同風儀高度和時次時距的年最大風速，統(tǒng)一換算為離地10m高，自記1Omin平均年最大風速(m/s)。根據該風速數據，按附錄D的規(guī)定，經統(tǒng)計分析確定重現期為50年的最大風速，作為當地的基本風速υ0。再按貝努利公式

確定基本風壓。以往，國內的風速記錄大多數根據風壓板的觀測結果，刻度所反映的風速，實際上是統(tǒng)一根據標準的空氣密度ρ=1.25kg／m3按上述公式反算而得，因此在按該風速確定風壓時，可統(tǒng)一按公式計算。鑒于通過風壓板的觀測，人為的觀測誤差較大，再加上時次時距換算中的誤差，其結果就不太可靠，當前各氣象臺站已累積了較多的根據風杯式自記風速儀記錄的10min平均年最大風速數據，因此在這次數據處理時，基本上是以自記得數據為依據。因此在確定風壓時，必須考慮各臺站觀測當時的空氣密度，當缺乏資料時，也可參考附錄D的規(guī)定采用。第23頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風荷載標準值nominalvalueofwindload垂至于建筑物表面的風荷載標準值(kN/m2)當取βz為1時，相當于平均風壓下的靜力風載第24頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風壓高度變化系數按照地面粗糙度類別和距地面高度確定地面粗糙度分類－A近海海面、海島、海岸、湖岸、沙漠－B田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵、房屋稀少的鄉(xiāng)鎮(zhèn)及城郊－C有密集建筑群的城市市區(qū)－D有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)第25頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一1以擬建房2km為半徑的迎風半圓影響范圍內的房屋高度和密集度來區(qū)分粗糙度類別，風向原則上應以該地區(qū)最大風的風向為準，但也可取其主導風；2以半圓影響范圍內建筑物的平均高度來劃分地面粗糙度類別，當≥18m，為D類，9m＜≤18m，為C類，＜9m，為B類；3影響范圍內不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸距離為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面域相交時，交疊部分的高度取大者；4平均高度取各面域面積為權數計算。確定城區(qū)的地面粗糙度類別時，若無α的實測，可按下述原則近似確定：第26頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風壓高度變化系數第27頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風壓高度變化系數離地面或海

平面高度地面粗糙度類別(m)ABCD5

10

15

20

30

40

50

601.17

1.38

1.52

1.63

1.80

1.92

2.03

2.121.00

1.00

1.14

1.25

1.42

1.56

1.67

1.770.74

0.74

0.74

0.84

1.00

1.13

1.25

1.350.62

0.62

0.62

0.62

0.62

0.73

0.84

0.93(m)ABCD70

80

90

100

150

200

250

300

350

400

≥4502.20

2.27

2.34

2.40

2.64

2.83

2.99

3.12

3.12

3.12

3.121.86

1.95

2.02

2.09

2.38

2.61

2.80

2.97

3.12

3.12

3.121.45

1.54

1.62

1.70

2.03

2.30

2.54

2.75

2.94

3.12

3.12L02

1.11

1.19

1.27

1.61

1.92

2.19

2.45

2.68

2.91

3.12第28頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風載體型系數0.80.40.4-0.4-0.4-0.4-0.2-0.4風流經建筑平面時的風壓分布系數尾渦區(qū)邊界層由伯努利方程第29頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

迎風面背風面

風流經建筑立面時的風壓分布系數0.80.60.40.4-0.18-0.41-0.41-0.2-0.13第30頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一7.3.1房屋和構筑物的風載體型系數，可按下列規(guī)定采用:

1房屋和構筑物與規(guī)范表中的體型類同時，可按該表的規(guī)定采用；2

房屋和構筑物與規(guī)范表中的體型不同時，可參考有關資料采用；3房屋和構筑物與規(guī)范表中的體型不同且無參考資料可以借鑒時，宜由風洞試驗確定；4對于重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞試驗確定。第31頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第32頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第33頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一第34頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一風振系數（順風向）風振動作用Davenport水平脈動風速的功率譜密度經驗公式時間風速平均風速實際風速平均風脈動風第35頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一

脈動增大系數，按照w0T12查表確定。v

脈動影響系數，按照結構總高度，高寬比，地面粗糙度類別查表確定。

結構第1振型函數。第36頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一阻尼比ξ1=0.01為鋼結構；ξ1=0.03用于混合結構；ξ1=0.05用于混凝土結構第37頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一表7.4.3脈動增大系數ξω0T21(kNs2／m2)0.010.020.040.060.080.100.200.400.60鋼結構1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墻的房屋鋼結構1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌體結構1.111.141.171.191.211.231.281.341.38ω0T21(kNs2／m2)0.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00鋼結構2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墻的房屋鋼結構1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌體結構1.421.441.541.651.721.71.821.962.06注：計算ω0T21時，對地面粗糙度B類地區(qū)可直接代入基本風壓，而對A類、C類和D類地區(qū)應按當地的基本風壓分別乘以1.38、O.62和0.32后代入。第38頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一表7.4.4—1脈動影響系數υ總高度

H(m)102030405060708090100150200250300350400450粗

糙

度

類

別A

B

C

D0.78

0.72

0.64

0.530.83

0.9

0.73

0.650.86

0.83

0.78

0.720.87

0.85

0.82

0.770.88

0.87

0.85

0.810.89

0.88

0.87

0.840.89

0.89

0.88

0.870.89

0.89

0.90

0.890.89

0.90

0.91

0.910.89

0.90

0.91

0.920.87

0.89

0.93

0.970.84

0.88

0.93

1.000.82

0.86

0.92

1.010.79

0.84

0.91

1.010.79

0.83

0.90

1.010.79

0.83

0.89

1.000.79

0.83

0.91

1.007.4.4脈動影響系數，可按下列情況分別確定。

1結構迎風面寬度遠小于其高度的情況(如高聳結構等)：

1)若外形、質量沿高度比較均勻，脈動系數可按表7.4.4—1確定。2)當結構迎風面和側風面的寬度沿高度按直線或接近直線變化，而質量沿高度按連續(xù)規(guī)律變化時，表7.4.4—1中的脈動影響系數應再乘以修正系數θB和θv。θB應為構筑物迎風面在z高度處的寬度Bz與底部寬度月Bo的比值；θυ可按表7.4.4—2確定。BH／Bo10.90.80.70.60.50.40.30.2≤0.1θυ1.00L101.201.321.501.52.082.533.305.60表7.4.4—2修正系數θυ第39頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一H／B粗糙度類別總高度H(m)≤3050100150200250300350≤0.5A

B

C

D0.44

0.42

0.40

0.360.42

0.41

0.40

0.370.33

0.33

0.34

0.340.27

0.28

0.29

0.300.24

0.25

0.27

0.270.21

0.22

0.23

0.250.19

0.20

0.22

0.240.17

0.18

0.20

0.221.0A

B

C

D0.48

0.46

0.43

0.390.47

0.46

0.44

0.420.41

0.42

0.42

0.420.35

0.36

0.37

0.380.31

0.36

0.34

0.360.27

0.29

0.31

0.330.26

0.27

0.29

0.320.24

0.26

0.28

0，312.0A

B

C

D0.50

0.48

0.45

0.410.51

0.50

0.49

0.460.46

0.47

0.48

0.480.42

0.42

0.44

0.460.38

0.40

0.42

0.460.35

0.36

0.38

0.440.33

0.35

0.38

0.420.31

0.33

0.36

0.393.0A

B

C

D0.53

0.51

0.48

0.430.51

0.50

0.49

0.460.49

0.49

0.49

0.490.42

0.46

0.48

0.490.41

0.43

0.46

0.480.38

0.40

0.43

0.470.38

0.40

0.43

0.460.36

0.38

0.41

0.45表7.4.4—3脈動影響系數υ第40頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一H／B粗糙度類別總高度H(m)≤30501001502002503003505.0A

B

C

D0.52

0.50

0.47

0.430.53

0.53

0.50

0.480.51

0.52

0.52

0.520.49

0.50

0.52

0.530.46

0.48

0.50

0.530.44

0.45

0.48

0.520.42

0.44

0.47

0.510.39

0.42

0.45

0.508.0A

B

C

D0.53

0.51

0.48

0.430.54

0.53

0.51

0.480.53

0.54

0.54

0.540.51

0.52

0.53

0.530.48

0.50

0.52

0.550.46

0.49

0.52

0.550.43

0.6

0.50

0.540.42

0.44

0.48

0.53續(xù)表7.4.4-32結構迎風面寬度較大時，應考慮寬度方向風壓空間相關性的情況(如高層建筑等)：若外形、質量沿高度比較均勻，脈動影響系數可根據總高度H及其與迎風面寬度月的比值，按表7.4.4—3確定。第41頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一總風載（kN/m）

建筑物各個表面承受的風力的合力為總風載，是沿高度變化的分布荷載第42頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一總風載計算步驟1.作用于建筑物第i個表面高度z處的風荷載集度為（kN/m）式中2.整個建筑物高度Hi處風載集度是各表面風載之和第43頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一總風載計算步驟3.第i層樓處風荷載合力Pi為（kN)（kN/m）4.荷載簡化風荷載可以按照底部總彎矩等效的原則轉化為倒三角形荷載第44頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一例題2p59第45頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一例題2p59第46頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一4.5橫風向風振通常，橫風向風力較順風向風力小得多超高層、煙囪、高聳塔架等由于氣流繞過截面時產生旋渦，可能會引起橫風向的共振。用雷諾數Re判斷結構是否會產生橫風共振

Re＝69000vD

v風速D結構直徑第47頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一3.0×102≤Re＜3.0×105亞臨界范圍微風共振構造抗振3.0×105≤Re＜3.0×106超臨界范圍

Re≥3.0×106跨臨界范圍強風共振考慮荷載效應設計重點圓筒式結構臨界范圍的劃分第48頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一橫風向馳振（galloping）通常，由于阻尼作用，結構的振動是穩(wěn)定的某些情況，外界激勵產生的負阻尼大于結構正阻尼時，振動不斷加劇，達到極限幅值而破壞，稱為馳振。非圓截面才可能發(fā)生馳振。也稱為橫風向彎曲單自由度振動第49頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一顫振（flutter）風作用下結構發(fā)生平移和扭轉耦合振動－顫振（物體截面旋轉中心與空氣動力中心不重合）（物體的剛度質量中心與剛度中心不重合）彎曲和扭轉耦合振動－彎扭顫振

常出現在橋梁結構中第50頁，共57頁，2023年，2月20日，星期一例題某11層鋼砼框架剪力墻結構，地處市郊，基本風壓0.5kN/m2