第5-讲风荷载(一)公开课教案课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四章 风荷载,第一节 风的相关知识,一、风的形成,风是空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成的,二、两类性质的大风,台风,弱的热带气旋 引入暖湿空气 在漩涡内部产,生上升和对流运动 加强漩涡,台风,季风,冬季：大陆冷，海洋暖，风从大陆到海洋,夏季：大陆热，海洋凉，风从海洋到大陆,第一节 风的相关知识,三、我国的风气候,风力,大 台湾、海南及南海诸岛,东南沿海地区,东北、华北、西北,青藏高原,长江黄河中下游地区,小 云贵高原,第一节 风的相关知识,风级 风速风压对照表（机构与结构设计参考）,Wind scale and Wind speed,，,Wind force list(for designed),风级,名称,Wind name,风速,wind speed,风压,W0=V,2,/16,（,kg/m,2,),，,10N/m,2,陆地地面物体征象,海面状态,km/h,（,m/s,）,0,Calm,无风,117,32.7-36.9,66.42-85.1,陆上极少见,摧毁力极大,海浪滔天,37.0-41.4,四、风级、风速、风压对照（续）,第一节 风的相关知识,风级 风速风压对照表（机构与结构设计参考）,Wind scale and Wind speed,，,Wind force list(for designed),风级,名称,Wind name,风速,wind speed,风压,W0=V,2,/16,（,kg/m,2,),，,10N/m,2,陆地地面物体征象,海面状态,km/h,（,m/s,）,6,Strong breeze,强风,39-49,10.8-13.8,7.29-11.9,小树枝摇动，电线呼呼响,大浪,7,Moderate gale,疾风,50-61,13.9-17.1,12.08-18.28,全树摇动，迎风步行不便,巨浪,8,Fresh gale,大风,62-74,17.2-20.7,18.49-26.78,微枝折毁，人向前行阻力甚大,狂浪,9,Strong gale,烈风,75-88,20.8-24.4,27.04-37.21,建筑物有小损,狂涛,10,Whole gale,狂风,89-102,24.5-28.4,37.52-50.41,可拔起树来，损坏建筑物,狂涛,11,Storm,暴风,103-117,28.5-32.6,50.77-66.42,陆上少见，有则必有广泛破坏,狂涛,12,Hurricane,飓风,117,32.7-36.9,66.42-85.1,陆上极少见,摧毁力极大,海浪滔天,37.0-41.4,四、风级、风速、风压对照（续）,第二节 风荷载的标准值,我国荷载规范规定计算顺风向风荷载标准值：,计算主要承重结构,计算维护结构,第三节 基本风压,一、基本风速,风速是各地气象台站直接记录的数值,二、基本风速的条件,高度：,荷载规范,规定距地面,10m,为标准高度，公路,桥规,规定距地面,20m,地貌要求：远离城市，空旷平坦,时距要求：,10,分钟,风有自然周期，每年季节性重复一次，取年为最大风速记录值作统计样本,工程设计时，按照重现期确定结构可能遭遇到的最大风速；一般结构，重现期为,50,年，高层、高耸等风敏感结构，重现期应适当提高,第三节 基本风压,三、基本风压与基本风速的关系,标准大气压情况下,基本风压计算结果见附表,第三节 基本风压,四、非标准条件下风压与风速的换算关系,非标准高度的换算,根据不同高度风速观测资料确定，缺乏观测资料时，可按下表换算,实测风速高度,4,6,8,10,12,14,16,18,20,高度换算系数,1.158,1.085,1.036,1.000,0.971,0.948,0.928,0.910,0.895,第三节 基本风压,四、非标准条件下风压与风速的换算关系,不同时距的换算,天气变化剧烈，记录的风速时距有多种方式，不同时距之间的风速可按下表换算,实测风速时距,60min,10min,5min,2min,1min,0.5min,20s,10s,5s,时距换算系数,0.94,1.00,1.07,1.16,1.20,1.26,1.28,1.35,1.39,第三节 基本风压,四、非标准条件下风压与风速的换算关系,不同时距的换算,天气变化剧烈，记录的风速时距有多种方式，不同时距之间的风速可按下表换算,实测风速时距,60min,10min,5min,2min,1min,0.5min,20s,10s,5s,时距换算系数,0.94,1.00,1.07,1.16,1.20,1.26,1.28,1.35,1.39,第三节 基本风压,四、非标准条件下风压与风速的换算关系,不同重现期的换算,重现期不同，最大风速的超越概率也不同，风敏感结构、重要结构要考虑不同重现期的基本风压，不同重现期的基本风压与重现期,50,年的基本风压按下表换算,重现期（年）,100,60,50,40,30,20,10,5,重现期换算系数,1.1,1.03,1.00,0.97,0.93,0.87,0.77,0.66,第四节 风压高度变化系数,一、梯度风的概念,水平空气运动受到地球表面的阻力，该阻力随离地面高度增加而减弱，离地表,300500m,以上的高度，气流不受地表影响，以梯度风速流动，这一高度称为梯度风高度。,梯度风高度受地面粗糙程度影响,第四节 风压高度变化系数,二、大气边界层内任意高度处风压的计算,大气边界层内平均风压延高度变化规律可以用指数函数来描述,取标准高度,10m,设标准地貌梯度风高,H,T0,，粗糙度指数 ，基本风压 ；任意地貌下梯度风高,H,Ta,，根据梯度风高处风压相等原则可得,风压高度变化系数,p46,第四节 风压高度变化系数,三、,建筑结构荷载规范,规定的底面粗糙度分类,A,类 近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区,B,类 田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较系数的乡镇和,城市郊区,标准地貌,C,类 有密集建筑群的城市市区,D,类 有密集建筑群且房屋较高的城市市区,四类地面粗糙度地区地面粗糙度指数分别为：,0.12,、,0.16,、,0.22,、,0.3,；相应的梯度风高度取：,300,、,350,、,400,、,450m,平坦地形处风压高度变化系数可查表。,第四节 风压高度变化系数,四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正,对于山峰和山坡顶部，风高变化系数按平坦地形查表应乘以修正系数,迎风面山坡角度，大于,16.7,度，取,16.7,度,k,系数，山峰取,3.2,，山坡取,1.4,H,山顶全高,Z,建筑物计算位置离建筑物地面高度，,Z2.5H,时，取,Z=2.5H,山脚及山顶较远的平坦区域，修正系数为,1.0,，与山顶中间部分按线性插值确定修正系数,第四节 风压高度变化系数,四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正,对于山峰和山坡顶部，风高变化系数按平坦地形查表应乘以修正系数,迎风面山坡角度，大于,16.7,度，取,16.7,度,k,系数，山峰取,3.2,，山坡取,1.4,H,山顶全高,Z,建筑物计算位置离建筑物地面高度，,Z2.5H,时，取,Z=2.5H,山脚及山顶较远的平坦区域，修正系数为,1.0,，与山顶中间部分按线性插值确定修正系数,第四节 风压高度变化系数,四、山区、盆地、远海海面及海岛风压高度变化系数的修正,山区盆地、谷地等闭塞地形，修正系数取,0.750.85,，谷口或山口，修正系数取,1.201.50,远海海面和海岛的建、构筑物，修正系数按下表取用,距海岸距离（,km,）,修正系数,40,1.0,4060,1.01.1,60100,1.11.2,第五节 风荷载体型系数,一、风压在建筑周边分布的特点,风压在建筑平面上的分布,第五节 风荷载体型系数,一、风压在建筑周边分布的特点,风压在建筑立面上的分布,第五节 风荷载体型系数,一、风压在建筑周边分布的特点,风压在建筑顶面上的分布,第五节 风荷载体型系数,二、风荷载体型系数的确定,需通过风洞试验的方法确定,同一个面上各点风压分布不均匀，采用加权平均,三、风荷载体型系数的取用,建筑结构荷载规范,高层建筑设计规范,给出了不同类型建、构筑物的风荷载体型系数,上述表中未列出的建筑物的体型，应由风洞试验确定,高层建筑高度大于,200m,，体型复杂高层高度大于,150m,，宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载,当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距离较近时，宜考虑风力的相互干扰的群体效应，应以单独的建筑体型系数乘以相互干扰增大系数，增大系数可参考相应的试验数据，必要时通过风洞试验确定,第五节 风荷载体型系数,二、风荷载体型系数的确定,需通过风洞试验的方法确定,同一个面上各点风压分布不均匀，采用加权平均,三、风荷载体型系数的取用,建筑结构荷载规范,高层建筑设计规范,给出了不同类型建、构筑物的风荷载体型系数,上述表中未列出的建筑物的体型，应由风洞试验确定,高层建筑高度大于,200m,，体型复杂高层高度大于,150m,，宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载,当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距离较近时，宜考虑风力的相互干扰的群体效应，应以单独的建筑体型系数乘以相互干扰增大系数，增大系数可参考相应的试验数据，必要时通过风洞试验确定,第五节 风荷载体型系数,四、房屋维护构件及其连接计算时体型系数的确定,正压区按照主体结构体型系数查表,负压区，对墙面取,-1.0,；对墙角边取,-1.8,（宽度为,0.1,倍房屋宽度或,0.4,倍房屋平均高度中的较小者，但不小于,1.5m,）,对屋面局部（屋面周边和屋面坡度大于,10,度的屋脊部位）取,-2.2,，其宽度为,0.1,倍房屋宽度或,0.4,倍房屋平均高度中较小者，但不小于,1.5m,对檐口、雨篷、遮阳板等突出建筑物的构件，取,-2.0,第六节 风振系数,一、考虑风振影响结构的条件,结构基本自振周期大于,0.25,秒,高度大于,30m,，高宽比大于,1.5,的高柔房屋及各种高耸结构,第六节 风振系数,二、风振系数的计算（,顺风向,）,对于高耸结构，以及高度大于,30m,，高宽比大于,1.5,且可以忽略扭转影响的高层建筑，频谱稀疏，第一振形起控制作用，仅考虑第一振形影响计算风振系数，可按下式计算,大跨度房屋以及索膜结构，频谱密集，风振系数的确定需考虑更多振形的影响,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,脉动增大系数,其中,结构阻尼比，钢结构取,0.01,；有墙体材料填充的房屋钢结构取,0.02,，对钢筋混凝土及砌体结构取,0.05,考虑当地地面粗糙度后的基本风压，,B,类直接带入，,A,、,C,、,D,类的当地基本风压分别乘以,1.38,、,0.62,、,0.32,带入,结构的基本自振周期,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,结构振形系数：根据结构力学的方法确定,高耸结构按弯曲型考虑，第一振型按下式近似计算,或,高层建筑以剪力墙工作为主，按弯剪型考虑，第一振型按下式近似计算,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,结构振形系数：根据结构力学的方法确定,高耸结构按弯曲型考虑，第一振型按下式近似计算,或,高层建筑以剪力墙工作为主，按弯剪型考虑，第一振型按下式近似计算,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,结构振形系数：根据结构力学的方法确定,当选高耸结构截面沿高度规律变化，第一振型计算复杂，可通过查表的方式确定,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,脉动影响系数：反映风压脉动相关性对结构的影响,荷载规范规定，对于高层和高耸结构，考虑外型和质量沿高度分布的不同状态，通过查表的方式取用,结构迎风面宽度远小于其高度（高耸结构），外形、质量沿高度分布均匀，可直接查表取用；质量沿高度均匀连续变化，尚应乘以相应的修正系数,结构迎风面宽度较大（高层建筑），若外形质量分布均匀，可根据高度和迎风面宽度查表采用,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,结构基本自振周期的计算：按照结构力学的方法求解,多自由度体系基本自振周期方程求解十分复杂,可采用有限元方法进行电算求解,工程中常采用经验公式近似求解,第六节 风振系数,二、风振系数的计算,结构基本自振周期的近似计算,高耸结构,高层建筑,钢结构,钢筋混凝土结构,钢筋混凝土框架和框架剪力墙结构,钢筋混凝土剪力墙结构,第七节 振风系数,一、阵风系数的取用,用于计算维护结构，如：玻璃幕墙、干挂石材,根据地面粗糙度类别和计算位置距地面高度查表取用,阵风系数的计算,脉动系数,第七节 振风系数,一、阵风系数的取用,用于计算维护结构，如：玻璃幕墙、干挂石材,根据地面粗糙度类别和计算位置距地面高度查表取用,阵风系数的计算,脉动系数,第八节 横风向风振,一、横风向风振的产生原因,横风向风振是由于不稳定的空气动力作用造成,横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关,二、雷诺数的定义,空气流动过程中惯性力与粘性力之比，雷诺数相同流体的动,力特性相似,空气粘性系数，可取,运动粘性系数，,第八节 横风向风振,二、雷诺数的定义,横风向风振与结构的截面形状和雷诺数有关,雷诺数与风速的大小成正比，风速变化时雷诺数也发生变化,三、雷诺数的大小与横向风振发生的关系,雷诺数小于,1,，流体附着在圆柱体表面，流动不分离,