第5-講風(fēng)荷載(一)公開課教案課件

1、第四章 風(fēng)荷載第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識(shí)一、風(fēng)的形成風(fēng)是空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動(dòng)而形成的二、兩類性質(zhì)的大風(fēng)臺(tái)風(fēng) 弱的熱帶氣旋 引入暖濕空氣 在漩渦內(nèi)部產(chǎn) 生上升和對(duì)流運(yùn)動(dòng) 加強(qiáng)漩渦 臺(tái)風(fēng)季風(fēng) 冬季：大陸冷，海洋暖，風(fēng)從大陸到海洋 夏季：大陸熱，海洋涼，風(fēng)從海洋到大陸第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識(shí)三、我國(guó)的風(fēng)氣候風(fēng)力 大 臺(tái)灣、海南及南海諸島 東南沿海地區(qū) 東北、華北、西北 青藏高原 長(zhǎng)江黃河中下游地區(qū) 小 云貴高原第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識(shí)風(fēng)級(jí) 風(fēng)速風(fēng)壓對(duì)照表（機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考） Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)風(fēng)級(jí)名稱

2、Wind name風(fēng)速 wind speed風(fēng)壓W0=V2/16（kg/m2)，10N/m2陸地地面物體征象海面狀態(tài)km/h（m/s）0Calm無(wú)風(fēng)117 32.7-36.9 66.42-85.1 陸上極少見,摧毀力極大 海浪滔天 37.0-41.4 四、風(fēng)級(jí)、風(fēng)速、風(fēng)壓對(duì)照（續(xù)）第一節(jié) 風(fēng)的相關(guān)知識(shí)風(fēng)級(jí) 風(fēng)速風(fēng)壓對(duì)照表（機(jī)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考） Wind scale and Wind speed，Wind force list (for designed)風(fēng)級(jí)名稱 Wind name風(fēng)速 wind speed風(fēng)壓W0=V2/16（kg/m2)，10N/m2陸地地面物體征象海面狀態(tài)km/h（m/s

3、）6Strong breeze強(qiáng)風(fēng)39-4910.8-13.87.29-11.9小樹枝搖動(dòng)，電線呼呼響大浪7Moderate gale疾風(fēng)50-6113.9-17.112.08-18.28全樹搖動(dòng)，迎風(fēng)步行不便巨浪8Fresh gale大風(fēng)62-7417.2-20.718.49-26.78微枝折毀，人向前行阻力甚大狂浪9Strong gale烈風(fēng)75-8820.8-24.427.04-37.21建筑物有小損狂濤10Whole gale狂風(fēng)89-10224.5-28.437.52-50.41可拔起樹來(lái)，損壞建筑物狂濤11Storm 暴風(fēng)103-11728.5-32.650.77-66.42陸上少

4、見，有則必有廣泛破壞狂濤12Hurricane颶風(fēng)117 32.7-36.9 66.42-85.1 陸上極少見,摧毀力極大 海浪滔天 37.0-41.4 四、風(fēng)級(jí)、風(fēng)速、風(fēng)壓對(duì)照（續(xù)）第二節(jié) 風(fēng)荷載的標(biāo)準(zhǔn)值我國(guó)荷載規(guī)范規(guī)定計(jì)算順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu) 第三節(jié) 基本風(fēng)壓一、基本風(fēng)速風(fēng)速是各地氣象臺(tái)站直接記錄的數(shù)值 二、基本風(fēng)速的條件高度：荷載規(guī)范規(guī)定距地面10m為標(biāo)準(zhǔn)高度，公路橋規(guī)規(guī)定距地面20m地貌要求：遠(yuǎn)離城市，空曠平坦時(shí)距要求：10分鐘風(fēng)有自然周期，每年季節(jié)性重復(fù)一次，取年為最大風(fēng)速記錄值作統(tǒng)計(jì)樣本工程設(shè)計(jì)時(shí)，按照重現(xiàn)期確定結(jié)構(gòu)可能遭遇到的最大風(fēng)速；一般結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期

5、為50年，高層、高聳等風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)，重現(xiàn)期應(yīng)適當(dāng)提高 第三節(jié) 基本風(fēng)壓三、基本風(fēng)壓與基本風(fēng)速的關(guān)系 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓情況下 基本風(fēng)壓計(jì)算結(jié)果見附表第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系非標(biāo)準(zhǔn)高度的換算 根據(jù)不同高度風(fēng)速觀測(cè)資料確定，缺乏觀測(cè)資料時(shí)，可按下表?yè)Q算 實(shí)測(cè)風(fēng)速高度468101214161820高度換算系數(shù)1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系不同時(shí)距的換算 天氣變化劇烈，記錄的風(fēng)速時(shí)距有多種方式，不同時(shí)距之間的風(fēng)速可按下表?yè)Q算 實(shí)測(cè)風(fēng)速時(shí)距60min10min5min2min

6、1min0.5min20s10s5s時(shí)距換算系數(shù)0.941.001.071.161.201.261.281.351.39第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系不同時(shí)距的換算 天氣變化劇烈，記錄的風(fēng)速時(shí)距有多種方式，不同時(shí)距之間的風(fēng)速可按下表?yè)Q算 實(shí)測(cè)風(fēng)速時(shí)距60min10min5min2min1min0.5min20s10s5s時(shí)距換算系數(shù)0.941.001.071.161.201.261.281.351.39第三節(jié) 基本風(fēng)壓四、非標(biāo)準(zhǔn)條件下風(fēng)壓與風(fēng)速的換算關(guān)系不同重現(xiàn)期的換算 重現(xiàn)期不同，最大風(fēng)速的超越概率也不同，風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)、重要結(jié)構(gòu)要考慮不同重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓，不同重現(xiàn)期的基本

7、風(fēng)壓與重現(xiàn)期50年的基本風(fēng)壓按下表?yè)Q算 重現(xiàn)期（年）1006050403020105重現(xiàn)期換算系數(shù)1.11.031.000.970.930.870.770.66第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)一、梯度風(fēng)的概念水平空氣運(yùn)動(dòng)受到地球表面的阻力，該阻力隨離地面高度增加而減弱，離地表300500m以上的高度，氣流不受地表影響，以梯度風(fēng)速流動(dòng)，這一高度稱為梯度風(fēng)高度。梯度風(fēng)高度受地面粗糙程度影響 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)二、大氣邊界層內(nèi)任意高度處風(fēng)壓的計(jì)算大氣邊界層內(nèi)平均風(fēng)壓延高度變化規(guī)律可以用指數(shù)函數(shù)來(lái)描述 取標(biāo)準(zhǔn)高度10m 設(shè)標(biāo)準(zhǔn)地貌梯度風(fēng)高HT0，粗糙度指數(shù) ，基本風(fēng)壓 ；任意地貌下梯度風(fēng)高HTa，根據(jù)梯

8、度風(fēng)高處風(fēng)壓相等原則可得 風(fēng)壓高度變化系數(shù)p46第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)三、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范規(guī)定的底面粗糙度分類A類 近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)B類 田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較系數(shù)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和 城市郊區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地貌C類 有密集建筑群的城市市區(qū)D類 有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)四類地面粗糙度地區(qū)地面粗糙度指數(shù)分別為：0.12、0.16、0.22、0.3；相應(yīng)的梯度風(fēng)高度?。?00、350、400、450m平坦地形處風(fēng)壓高度變化系數(shù)可查表。 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)四、山區(qū)、盆地、遠(yuǎn)海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正對(duì)于山峰和山坡頂部，風(fēng)高變化系數(shù)按平坦地形查表應(yīng)乘以修正系數(shù) 迎風(fēng)面山

9、坡角度， 大于16.7度，取16.7度 k 系數(shù)，山峰取3.2，山坡取1.4 H 山頂全高 Z 建筑物計(jì)算位置離建筑物地面高度，Z2.5H時(shí)，取Z=2.5H山腳及山頂較遠(yuǎn)的平坦區(qū)域，修正系數(shù)為1.0，與山頂中間部分按線性插值確定修正系數(shù) 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)四、山區(qū)、盆地、遠(yuǎn)海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正對(duì)于山峰和山坡頂部，風(fēng)高變化系數(shù)按平坦地形查表應(yīng)乘以修正系數(shù) 迎風(fēng)面山坡角度， 大于16.7度，取16.7度 k 系數(shù)，山峰取3.2，山坡取1.4 H 山頂全高 Z 建筑物計(jì)算位置離建筑物地面高度，Z2.5H時(shí)，取Z=2.5H山腳及山頂較遠(yuǎn)的平坦區(qū)域，修正系數(shù)為1.0，與山頂中間部分按

10、線性插值確定修正系數(shù) 第四節(jié) 風(fēng)壓高度變化系數(shù)四、山區(qū)、盆地、遠(yuǎn)海海面及海島風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正山區(qū)盆地、谷地等閉塞地形，修正系數(shù)取0.750.85，谷口或山口，修正系數(shù)取1.201.50遠(yuǎn)海海面和海島的建、構(gòu)筑物，修正系數(shù)按下表取用 距海岸距離（km）修正系數(shù)401.040601.01.1601001.11.2第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點(diǎn)風(fēng)壓在建筑平面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點(diǎn)風(fēng)壓在建筑立面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)一、風(fēng)壓在建筑周邊分布的特點(diǎn)風(fēng)壓在建筑頂面上的分布 第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)二、風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定需通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)的

11、方法確定同一個(gè)面上各點(diǎn)風(fēng)壓分布不均勻，采用加權(quán)平均 三、風(fēng)荷載體型系數(shù)的取用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范給出了不同類型建、構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)上述表中未列出的建筑物的體型，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定高層建筑高度大于200m，體型復(fù)雜高層高度大于150m，宜采用風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定建筑物的風(fēng)荷載當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距離較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力的相互干擾的群體效應(yīng)，應(yīng)以單獨(dú)的建筑體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，增大系數(shù)可參考相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，必要時(shí)通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)二、風(fēng)荷載體型系數(shù)的確定需通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)的方法確定同一個(gè)面上各點(diǎn)風(fēng)壓分布不均勻，采用加權(quán)平均 三、風(fēng)荷載體型系數(shù)的

12、取用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范高層建筑設(shè)計(jì)規(guī)范給出了不同類型建、構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)上述表中未列出的建筑物的體型，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定高層建筑高度大于200m，體型復(fù)雜高層高度大于150m，宜采用風(fēng)洞試驗(yàn)來(lái)確定建筑物的風(fēng)荷載當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距離較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力的相互干擾的群體效應(yīng)，應(yīng)以單獨(dú)的建筑體型系數(shù)乘以相互干擾增大系數(shù)，增大系數(shù)可參考相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，必要時(shí)通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)確定第五節(jié) 風(fēng)荷載體型系數(shù)四、房屋維護(hù)構(gòu)件及其連接計(jì)算時(shí)體型系數(shù)的確定正壓區(qū)按照主體結(jié)構(gòu)體型系數(shù)查表負(fù)壓區(qū)，對(duì)墻面取-1.0；對(duì)墻角邊取-1.8（寬度為0.1倍房屋寬度或0.4倍房屋平均高度中的較小者，但不小于

13、1.5m）對(duì)屋面局部（屋面周邊和屋面坡度大于10度的屋脊部位）取-2.2，其寬度為0.1倍房屋寬度或0.4倍房屋平均高度中較小者，但不小于1.5m對(duì)檐口、雨篷、遮陽(yáng)板等突出建筑物的構(gòu)件，取-2.0 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)一、考慮風(fēng)振影響結(jié)構(gòu)的條件結(jié)構(gòu)基本自振周期大于0.25秒高度大于30m，高寬比大于1.5的高柔房屋及各種高聳結(jié)構(gòu) 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算（順風(fēng)向）對(duì)于高聳結(jié)構(gòu)，以及高度大于30m，高寬比大于1.5且可以忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，頻譜稀疏，第一振形起控制作用，僅考慮第一振形影響計(jì)算風(fēng)振系數(shù)，可按下式計(jì)算大跨度房屋以及索膜結(jié)構(gòu)，頻譜密集，風(fēng)振系數(shù)的確定需考慮更多振形的影響 第六

14、節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算脈動(dòng)增大系數(shù)其中 結(jié)構(gòu)阻尼比，鋼結(jié)構(gòu)取0.01；有墻體材料填充的房屋鋼結(jié)構(gòu)取0.02，對(duì)鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)取0.05 考慮當(dāng)?shù)氐孛娲植诙群蟮幕撅L(fēng)壓，B類直接帶入，A、C、D類的當(dāng)?shù)鼗撅L(fēng)壓分別乘以1.38、0.62、0.32帶入 結(jié)構(gòu)的基本自振周期 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定高聳結(jié)構(gòu)按彎曲型考慮，第一振型按下式近似計(jì)算 或高層建筑以剪力墻工作為主，按彎剪型考慮，第一振型按下式近似計(jì)算 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定高聳結(jié)構(gòu)按彎曲型考慮，第一振型按下式近似計(jì)算 或高層建筑以剪力墻

15、工作為主，按彎剪型考慮，第一振型按下式近似計(jì)算 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)振形系數(shù)：根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法確定當(dāng)選高聳結(jié)構(gòu)截面沿高度規(guī)律變化，第一振型計(jì)算復(fù)雜，可通過(guò)查表的方式確定 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算脈動(dòng)影響系數(shù)：反映風(fēng)壓脈動(dòng)相關(guān)性對(duì)結(jié)構(gòu)的影響荷載規(guī)范規(guī)定，對(duì)于高層和高聳結(jié)構(gòu)，考慮外型和質(zhì)量沿高度分布的不同狀態(tài)，通過(guò)查表的方式取用結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度遠(yuǎn)小于其高度（高聳結(jié)構(gòu)），外形、質(zhì)量沿高度分布均勻，可直接查表取用；質(zhì)量沿高度均勻連續(xù)變化，尚應(yīng)乘以相應(yīng)的修正系數(shù)結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度較大（高層建筑），若外形質(zhì)量分布均勻，可根據(jù)高度和迎風(fēng)面寬度查表采用 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)基本自振周期的計(jì)算：按照結(jié)構(gòu)力學(xué)的方法求解多自由度體系基本自振周期方程求解十分復(fù)雜可采用有限元方法進(jìn)行電算求解工程中常采用經(jīng)驗(yàn)公式近似求解 第六節(jié) 風(fēng)振系數(shù)二、風(fēng)振系數(shù)的計(jì)算結(jié)構(gòu)基本自振周期的近似計(jì)算高聳結(jié)構(gòu) 高層建筑 鋼結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土框架和框架剪力墻結(jié)構(gòu) 鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu) 第七節(jié) 振風(fēng)系數(shù)一、陣風(fēng)系數(shù)的取用用于計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu)，如：玻璃幕墻、干掛石材根據(jù)地面粗糙度類別和計(jì)算位置距地面高度查表取用陣風(fēng)系數(shù)的計(jì)算 脈動(dòng)系數(shù)第七節(jié) 振風(fēng)系數(shù)一、陣風(fēng)系數(shù)的取用用于計(jì)算維護(hù)結(jié)構(gòu)，如：玻璃幕墻、干掛石材根據(jù)地面粗糙度類