工程荷载-风荷载

Breeze，wind,storm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hurricane8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我国风气候总况大风区东南沿海、青藏高原次大风区东北、华北和西北最大风区台湾、海南和南海岛屿；小风区长江中下游、黄河中下游最小风区云贵高原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：东南沿海：1/1750；内陆：海拔500以下1/1600；3500以上1/26004.2.2基本风压ReferenceWindPressure按照上述条件，根据全国各地气象台统计数据，用下式计算1600/200vw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分钟最大风速地貌：比较空旷平坦地面图4－5全国基本风压分布图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aasazzwzw20)(基本风压标准高度（10m）与地貌或地面粗糙度有关的指数表4－3国内外大城市中心及其近邻的实测值p43地区上海近邻南京广州圣路易斯蒙特利尔上海哥本哈根α0.160.220.240.250.280.280.34地区东京基辅伦敦莫斯科列宁格勒纽约巴黎α0.340.360.360.370.410.390.45国内外大城市中心及其邻近的实测α值表4-32、非标准地貌的换算asaTasTsazHzHww2200指数梯度风高度、风速变化标准地貌的测定高度、—、、sTssHz指数梯度风高度、风速变化任意地貌的测定高度、—、、aTaaHz地貌海面空旷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地貌海面空旷平坦地面城市大城市中心α0.120.160.220.30HT(m)300350400450我国各类地貌的α及HT值表4-5A\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1p443、不同时距的换算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风速时距1h10min5min2min1min30s20s10s5s瞬时统计比值0.9411.071.161.201.261.281.351.391.50各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值表4－6重现期(年）T0100503020105310.5μr1.1141.000.9160.8490.7340.6190.5350.3530.2394.2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7风荷载7.1风荷载标准值及基本风压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：1当计算主要承重结构时(7.1.1-1)2当计算围护结构时(7.1.1-2)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，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。规范正文0wwzszk0wwzsgzk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。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。风荷载标准值nominalvalueofwindload垂至于建筑物表面的风荷载标准值0wwzszk(kN/m2)高度处的风振系数—Zz风荷载体型系数—s风压高度变换系数—z当取βz为1时，相当于平均风压下的静力风载风压高度变化系数z按照地面粗糙度类别和距地面高度确定地面粗糙度分类－A近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠－B田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡镇及城郊－C有密集建筑群的城市市区－D有密集建筑群且房屋较高的城市市区1以拟建房2km为半径的迎风半圆影响范围内的房屋高度和密集度来区分粗糙度类别，风向原则上应以该地区最大风的风向为准，但也可取其主导风；2以半圆影响范围内建筑物的平均高度来划分地面粗糙度类别，当≥18m，为D类，9m＜≤18m，为C类，＜9m，为B类；3影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定，即每座建筑物向外延伸距离为其高度的面域内均为该高度，当不同高度的面域相交时，交叠部分的高度取大者；4平均高度取各面域面积为权数计算。确定城区的地面粗糙度类别时，若无α的实测，可按下述原则近似确定：hh风压高度变化系数0)(wzwazaasazzwzw20)(asaTasTsazHzHww2200aassaTasTszzzzHzHz222)(风压高度变化系数z离地面或海平面高度地面粗糙度类别(m)ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.251.350.620.620.620.620.620.730.840.93(m)ABCD708090100150200250300350400≥4502.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.121.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.12L021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12风载体型系数s0.80.40.4-0.4-0.4-0.4-0.2-0.4风流经建筑平面时的风压分布系数尾涡区边界层由伯努利方程迎风面背风面风流经建筑立面时的风压分布系数0.80.60.40.4-0.18-0.41-0.41-0.2-0.137.3.1房屋和构筑物的风载体型系数，可按下列规定采用:1房屋和构筑物与规范表中的体型类同时，可按该表的规定采用；2房屋和构筑物与规范表中的体型不同时，可参考有关资料采用；3房屋和构筑物与规范表中的体型不同且无参考资料可以借鉴时，宜由风洞试验确定；4对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。风振系数（顺风向）z风振动作用Davenport水平脉动风速的功率谱密度经验公式时间风速平均风速实际风速平均风脉动风zzz)(11脉动增大系数，按照w0T12查表确定。v脉动影响系数，按照结构总高度，高宽比，地面粗糙度类别查表确定。结构第1振型函数。)(1z）高耸结构（弯曲型结构＋结构）高层建筑结构（弯剪型结构）低层建筑结构（剪切型43217.01131342)(4)(2sin)(HzHzHzzHztgzHzz阻尼比ξ1=0.01为钢结构；ξ1=0.03用于混合结构；ξ1=0.05用于混凝土结构表7.4.3脉动增大系数ξω0T21(kNs2／m2)0.010.020.040.060.080.100.200.400.60钢结构1.471.571.691.771.831.882.042.242.36有填充墙的房屋钢结构1.261.321.391.441.471.501.611.731.81混凝土及砌体结构1.111.141.171.191.211.231.281.341.38ω0T21(kNs2／m2)0.801.002.004.006.008.0010.0020.0030.00钢结构2.462.532.803.093.283.423.543.914.14有填充墙的房屋钢结构1.881.932.102.302.432.522.602.853.01混凝土及砌体结构1.421.441.541.651.721.71.821.962.06注：计算ω0T21时，对地面粗糙度B类地区可直接代入基本风压，而对A类、C类和D类地区应按当地的基本风压分别乘以1.38、O.62和0.32后代入。表7.4.4—1脉动影响系数υ总高度H(m)102030405060708090100150200250300350400450粗糙度类别ABCD0.780.720.640.530.830.90.730.650.860.830.780.720.870.850.820.770.880.870.850.810.890.880.870.840.890.890.880.870.890.890.900.890.890.900.910.910.890.900.910.920.870.890.930.970.840.880.931.000.820.860.921.010.790.840.911.010.790.830.901.010.790.830.891.000.790.830.911.007.4.4脉动影响系数，可按下列情况分别确定。1结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等)：1)若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按