第三章 风荷载.ppt

1、第三章风荷载、飓风和台风对建筑物造成严重破坏。1.风的形成风是由空气从高气压的地方流向低气压的地方而形成的。2.两种类型的强风。台风(飓风)是热带海洋2上的气旋。季风冬季：大陆寒冷，海洋温暖；风：夏天大陆炎热，海洋寒冷；风：海洋大陆；3.中国的一般风气候、风力、大小、东北、华北、台湾东南沿海地区、海南和南海诸岛。国际风力等级由蒲福于1805年制定，故又称“蒲福风功率等级”。最初根据风对炊烟、灰尘、地面物体、渔船和海浪的影响分为012级，共13级。风速越大，风力越大。在早期，人们没有测量风速的仪器，所以它们是根据风引起的现象来分类的。2004年，国际空间站拍摄的“伊万”飓风云图风速在200公里/

2、小时以上，受“伊万”飓风破坏的房屋、超高层建筑、高层建筑、桥梁和大型公共工程需要进行风洞试验，测试风荷载对结构的影响，为结构设计提供依据。3.2风压的定义：当风以一定速度前进，遇到建筑物、构筑物、桥梁等障碍物时，会对这些障碍物施加压力，即风压。风速和风压、水平风压(静态作用)、振动效应(动态作用)、风荷载，并根据当地风速数据确定基本风压。首先，风速和风压(通过流体力学中的伯努利方程获得)之间的关系，不同的地理位置，不同的大气条件和不同的G值。为了比较不同区域的风压大小，需要统一规定测量高度和地形环境。实测高度处的地貌环境、基本风速(抗风设计基础数据)、中国城市的基本风压值、中国672个地点的基

3、本气象站(站)、基本风压w0、基本风压：观测场地开阔平坦，高出地面10分钟。 通过对风速计测得的10分钟平均风速数据进行统计分析，确定每50年一次的基本风速v0 (m/s)。根据规范表中给出的每50年一次的风压值，应采用基本风压，但不应小于0.3kNm2。对于高层建筑、高层结构和其他对风荷载敏感的结构(钢木主体结构自重轻)， 此类结构的风荷载非常重要，计算风荷载的各种因素和方法仍不确定，因此应在相关结构设计规范中适当增加和规定基本风压。 1.结构的风力和风效应、风速、建筑物表面的风压、风力(三个分量)、风流经建筑物产生的风力、沿表面的积分、风效应：风力引起的结构内力、位移、速度和加速度响应等。

4、一般来说，风力矩的值很小，在工程中可以忽略不计。只有当结构偏心时，才会考虑风力矩的影响。顺风风和侧风是结构设计中的主要考虑因素。P53，3.5结构抗风计算的几个重要概念，顺风力：局部横风向力：局部横风向扭矩：局部横风向扭矩，2。顺风风荷载标准值，垂直于建筑表面的顺风风荷载标准值，应按下列公式计算：计算主要承重结构时：P61、(3-25)，查表1。风压高度变化系数Z，风速随离地高度的增加而增加。一般认为，当距地面高度为300-550米时，风速不再受地面粗糙度的影响，即达到所谓的“梯度风速”，即梯度风高度ht。P46，不同地面粗糙度影响下的风速廓线，550。从图中可以看出：1 .城市地区、城市地区

5、、城镇和郊区、开阔水面和沙漠的粗糙度依次降低。2.地面越粗糙，风速变化越慢，高温越大。3.相反，地面越平坦，风速变化越快，高温越小。4.一般来说，大城市市区的平均高度为550米；市区高温450米；城镇和郊区的平均高度为350米；开放水域和沙漠高温是300米。建筑结构荷载规范将地面粗糙度分为四类：甲、乙、丙、丁。P48，地面粗糙度分类，甲类：指近海海面和岛屿、海岸、湖滨和沙漠地区；乙类：指田野、村庄、丛林、丘陵、城镇和房屋稀疏的郊区；丙类：指建筑物密集的市区。d类：指建筑密集、房屋高大的城区。在观测场地的开阔平坦地面上，地面以上10m高度，风压高度变异系数z的取值方法，表3-5风压高度变异系数z

6、，表3-5风压高度变异系数z，从图中可以看出：1。大城市的城区、城区、城镇和郊区、开阔水面和沙漠的粗糙度依次降低。2.地面越粗糙，风速变化越慢，高温越大。3.相反，地面越平坦，风速变化越快，高温越小。4.一般来说，大城市市区的平均高度为550米；市区高温450米；城镇和郊区的平均高度为350米；开放水域和沙漠高温是300米。二是垂直于建筑表面的顺风向风荷载标准值应按以下公式计算：在计算主要承重结构时：P61、建筑结构荷载规范，2、风荷载体型系数s，它描述了建筑表面在稳定风压作用下的静压分布规律(压力或吸力)，主要与建筑的形状和规模有关，因为它涉及到固体和流体相互作用的流体力学。迎风面受压力，屋

7、顶受吸力，侧墙受吸力，背风面受吸力，单层双坡屋面房屋四周的风力分布，垂直指向建筑表面产生的压力和垂直离开建筑表面产生的吸力，如图所示，迎风面为压力(用“+”表示)，侧风和背风面为吸力(用“-”表示)。风，正面，背面，侧面，侧面当风穿过房子时，它会对房子的不同部分产生不同的影响。有压力和吸力。气流还会产生涡流，这将对房屋的局部产生更大的压力或吸力。风通过压力和吸力作用于房屋表面；房子表面的风力不均匀；并且随着房子的大小和规模而变化。风荷载体型系数s与固体和流体相互作用的流体力学问题有关。对于不规则形状的固体，问题特别复杂，不能给出理论结果，一般应通过实验来确定。鉴于原型测量方法在结构设计中的不现

8、实性，目前只能用相似性原理来检验所提出的建筑模型。为实用起见，2012年建筑结构荷载规范给出了39种不同类型建筑的结构形状及其形状系数，并根据国内外试验数据和国外规范的推荐规定进行了整理。当建筑物和形状类别列于表中时，可作为参考。8.3.1风、面、背、侧、侧、房屋及构筑物的风荷载体型系数可按下列规定采用：1。房屋和构筑物可按表8.3.1的规定与表8.3.1的形状类别同时采用；2.房屋和构筑物与表8.3.1不同时，可根据相关数据采用；当没有数据时，应通过风洞试验确定；3.重要和复杂的房屋和结构应通过风洞试验确定。，风荷载体型系数s，加号：垂直指向表面的压力负号：垂直偏离表面的吸力、风向、垂直指向

9、建筑表面产生的压力、垂直离开建筑表面产生的吸力，风荷载体型系数s反映了建筑四周风荷载的分布。应按照以下公式计算：计算主要承重结构时：P61、建筑结构荷载规范；3、顺风风振动系数z，风对建筑物的作用是不规则的，风力随着风速的湍流变化而不断变化。这使得建筑物在风的作用下产生振动效应(风振)。参考国外规范，结合我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践，对于基本自振周期为0.25秒的各种高层结构，以及高度大于30m、高宽比大于1.5的高大柔性建筑，风引起的结构振动都比较明显，因此在设计时应考虑风振的影响。P56，单层建筑、多层建筑和高层建筑的风荷载计算，例1:在风荷载作用下，住宅区墙体距室外地面2.5m，

10、纵向长度30m，建在城市郊区，当地基本风压w0=0.5kN/m2。要求确定风荷载作用下室外地面的总剪力v (kN/m)，已知形状系数s如图所示。1.根据P48，城市郊区的地面粗糙度为B级.2.由于围栏高度为z=2.5m，见P48表3-5，风压高度变化系数为z=1.0。3.根据P50的表3-7，系数s=1.3。4、根据规定，本围栏不考虑风振系数，即z=1.0。6。纵向每单位长度墙体承受的风荷载合力：7。室外地面总剪力为1.625千牛顿/米，计算单层房屋的风荷载；5.风荷载标准值WK:WK，2.5 m，V，采用P61标准公式(3-25)求得。例2:单层房屋屋顶斜坡部分的风荷载计算，如图所示。迎风面

11、形状系数s1、背风面形状系数s2、基本风压w0和风压高度变化系数Z决定了屋顶上坡的风荷载集中力Fw。1.迎风坡面积Aw=，迎风坡合力fwk1=，fwk1的水平分量F1为：2。类似地，背风坡合力Fk2的水平分量F2:面，背，面，背，fw，f1，F2，aw，aw，Fwk1=，Fk1，wk2，Fk2，屋面坡度为1:2.5(=21.8)，柱与屋架距离为6m。仓库的平面和剖面如图所示。当地基本风压w0为0.45千牛顿/平方米，地面粗糙度为b级。图中所示风向作用在中间排架上的风荷载标准值。以一个侧柱距离作为风力分析的计算单位，如图所示。(1)屋面迎风面弯柱Fw顶部风荷载集中力：s1=屋面背风面：s2=(2

12、)风压高度z变化系数：查表3-5 z=5.15 3.5=8.65m，其中z为屋面至室外地面的距离；b类，取z=1.0，查表3-7，第2项，应、背、6m、s2、Fw、应、背、s1、wk1、wk2、wk3、wk4，一个排架、(1)排架柱顶部风荷载集中力Fw(标准值)屋顶迎风面：s1=屋顶背风面：s2=(2)风压高度变化系数z:查表3-5 z=5.15 3.5=8.65m，其中z为b类，以z=1.0 (3)单层房屋为z=1.0 (4)A=6m 3.5m，查表3-7，第2项，A，6m，Fw，应北，s2，s1，wk1，wk2，wk3，wk4，应北，一。背风面s4=-0.5。风压高度变化系数z，取柱顶z=

13、5.15m米，查表3-5，b类，取z=1.0。排架柱A均匀风荷载标准值wk3:排架柱B均匀风荷载标准值wk4:A，FW，面，背，s2，s1，wk1，wk2，wk3，wk4，面，背，s3，s4，WK4，s3，s4，wk3，A，B，计算模型，面根据多层房屋的风荷载计算，风对建筑物的影响是不规则的，风力随着风速的扰动而不断变化。这使得建筑物在风的作用下产生振动效应(风振)。参考国外规范，结合我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践，对于基本自振周期为0.25秒的各种高层结构，以及高度大于30m、高宽比大于1.5的高大柔性建筑，风引起的结构振动都比较明显，因此在设计时应考虑风振的影响。P56，例4:一座8

14、层的办公楼，平面呈矩形，平面尺寸为22米和50米，高度为28米.基本风压w0=0.60kN/m2。地面粗糙度属于D级.寻求：横向风荷载产生的总地面剪力的标准值。1.风压高度变化系数z属于d类，房屋高度H=28m，表3-5，z=0.51 2，风荷载体型系数s，表3-7第10项，迎风面s 1=0.8，背风面s2=-0.5 3，风振系数z H=28m30m，高宽比h/b=28取z=1.0 4，风荷载标准值wk 5，横向风荷载引起的地面总剪力标准值：风向、朝向和风向例5:图中为一栋六层钢筋混凝土框架结构办公楼，局部基本风压w0=0.5kN/m2，地面粗糙度为C级.找出在图中所示风向作用下，集中在房屋各

15、层的风荷载标准值。房屋高度H=23.9米30m，高宽比H/B=23.9/14.6=1.641.5，不考虑顺风风的风振影响，取z=1.0，表3-7中第10项，系数s=0.8 0.5=1.3，表3-5，c类，z为房屋高度23.5。找出每层集中的“风荷载标准值Fi”？多层房屋(包括高层建筑)在计算集中在各层的风荷载标准值Fi时，各层梁板体系的风荷载影响面积如图所示。顶层Fn仅计算顶层高度的一半；中间层Fi测量该层和相邻上层之间地板高度的一半。底层F1是底层和相邻的第二层之间的地板高度的一半；水平风荷载，集中在各楼层、柱、f1、fi、fn、wk、1)z值在不同高度的房屋中有所不同；3)认为各段的Z值相同，其值为各段中间即楼