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1、3 3第第3 3章风荷载章风荷载风的有关知识风的有关知识风压风压结构抗风计算结构抗风计算结构抗风计算结构抗风计算顺风向结构风效应顺风向结构风效应顺风向结构风效应顺风向结构风效应横风向结构风效应横风向结构风效应第一节 风的有关知识第一节 风的有关知识一一、风的形成风的形成一一、风的形成风的形成- 空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成空气从气压大的地方向气压小的地方流动而形成? 地表上存在气压差或压力梯度? 地表上存在气压差或压力梯度第一节 风的有关知识第一节 风的有关知识根据风的形成，可以将自然界常见的风分为：热带气旋、台风、飓风、季风、龙卷风热带气旋、台风、飓风、季风、龙卷风第一节 风的
2、有关知识第一节 风的有关知识第一节 风的有关知识第一节 风的有关知识台风台风季风季风季风季风第一节 风的有关知识第一节 风的有关知识?无风速仪测定风速时，根据风对地面或海无风速仪测定风速时，根据风对地面或海 面的影响程度来确定等级面的影响程度来确定等级，称蒲福风力等级称蒲福风力等级，面的影响程度来确定等级面的影响程度来确定等级，称蒲福风力等级称蒲福风力等级， 共分共分13个等级。个等级。?风速越大风速越大，风级也越大风级也越大。只有只有7级或级或7级以级以?风速越大风速越大，风级也越大风级也越大。只有只有7级或级或7级以级以 上的风才能对结构造成不便和危险。上的风才能对结构造成不便和危险。飓风
3、伊万飓风伊万第二节 风压第二节 风压一、风速与风压的关系一、风速与风压的关系风的强度常用风的强度常用风速风速表示。当风以一定的速度向前表示。当风以一定的速度向前 运动遇到建筑物运动遇到建筑物、构筑物构筑物、桥梁等阻碍物时桥梁等阻碍物时，将将运动遇到建筑物运动遇到建筑物、构筑物构筑物、桥梁等阻碍物时桥梁等阻碍物时，将将 对这些阻碍物产生压力，即对这些阻碍物产生压力，即风压风压。风速和风压之间的关系，可由流体力学中的伯努风速和风压之间的关系，可由流体力学中的伯努 利方程得到利方程得到。自由气流的风速产生的单位面积上自由气流的风速产生的单位面积上利方程得到利方程得到。自由气流的风速产生的单位面积上自
4、由气流的风速产生的单位面积上 的风压力为：的风压力为：第二节 风压第二节 风压一、风速与风压的关系一、风速与风压的关系第二节 风压第二节 风压各地风压系数见表各地风压系数见表32各地风压系数见表各地风压系数见表32第二节 风压第二节 风压二二、基本风压基本风压按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所确定按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所确定二二、基本风压基本风压的风压称为基本风压。的风压称为基本风压。基本风压通常按以下五条规定来定义基本风压通常按以下五条规定来定义。基本风压通常按以下五条规定来定义基本风压通常按以下五条规定来定义。第二节 风压第二节 风压公称风速公称风速：公称风速公称风速：时
5、距越大，平均风速越小，反之亦反时距越大，平均风速越小，反之亦反10min1h平均风速基本稳定，我国取平均风速基本稳定，我国取10min，桥梁，桥梁 13s第二节 风压第二节 风压一年为样本时间一年为样本时间，则不同年份的最大风速必然不同则不同年份的最大风速必然不同。一年为样本时间一年为样本时间，则不同年份的最大风速必然不同则不同年份的最大风速必然不同。 应用时不能取各年的最大风速的平均值作为设计依应用时不能取各年的最大风速的平均值作为设计依 据据，因为大于该平均值的年份很多因为大于该平均值的年份很多，而应该取大于而应该取大于据据，因为大于该平均值的年份很多因为大于该平均值的年份很多，而应该取大
6、于而应该取大于 平均值的某个数值作为设计依据。平均值的某个数值作为设计依据。第二节 风压第二节 风压该值可理解为该值可理解为：它是若它是若该值可理解为该值可理解为：它是若它是若 干年内的最大风速，大 于该值的风速是间隔若干年内的最大风速，大 于该值的风速是间隔若 干年后才会出现的干年后才会出现的，这这干年后才会出现的干年后才会出现的，这这 个间隔时间称为重现期。 我国建筑结构个间隔时间称为重现期。 我国建筑结构50年，桥年，桥 梁梁100年。年。第二节 风压第二节 风压二、基本风压二、基本风压综上所述，基本风压是根据规定的高度，规 定的地貌，规定的时间和规定的样本时间所确定综上所述，基本风压是
7、根据规定的高度，规 定的地貌，规定的时间和规定的样本时间所确定 的最大风速的概率分布的最大风速的概率分布，按规定的重现期确定的按规定的重现期确定的的最大风速的概率分布的最大风速的概率分布，按规定的重现期确定的按规定的重现期确定的 基本风速，然后根据风速与风压的关系所定义的基本风速，然后根据风速与风压的关系所定义的第二节 风压第二节 风压GB50009GB50009- -20012001规定规定：二、基本风压二、基本风压GB50009GB50009- -20012001规定规定：以当地比较以当地比较空旷平坦空旷平坦地面上离地地面上离地10m10m高高统计所统计所 得的得的5050年年一遇一遇10
8、min10min内内最大风速最大风速v v为标准为标准，按按w w= =得的得的5050年年一遇一遇10min10min内内最大风速最大风速v v0 0为标准为标准，按按w w0 0= = v v0 02 2/1600确定。/1600确定。基本风压是按规定的标准条件确定的，但有必要基本风压是按规定的标准条件确定的，但有必要 了解非标准条件下风速和风压的换算关系了解非标准条件下风速和风压的换算关系。了解非标准条件下风速和风压的换算关系了解非标准条件下风速和风压的换算关系。第二节 风压第二节 风压?风剖面风剖面：风速沿高风速沿高风剖面风剖面：风速沿高风速沿高 度的变化规律度的变化规律? :与地貌或
9、地面与地貌或地面与地貌或地面与地貌或地面 粗糙程度有关的指粗糙程度有关的指 数数，地面粗糙度越地面粗糙度越数数，地面粗糙度越地面粗糙度越 大，大， 越大。越大。第二节 风压第二节 风压2 2、非标准地貌的换算非标准地貌的换算2 2、非标准地貌的换算非标准地貌的换算第二节 风压第二节 风压2 2、非标准地貌的换算非标准地貌的换算2 2、非标准地貌的换算非标准地貌的换算通常认为离地表通常认为离地表300300- -500m500m以上的高度时以上的高度时，?通常认为离地表通常认为离地表300300- -500m500m以上的高度时以上的高度时， 风速才不受地表粗糙度影响，也即所谓风速才不受地表粗糙
10、度影响，也即所谓 的的“梯度风速梯度风速”的的“梯度风速梯度风速”大气的梯度风速流动的起点高度称为大气的梯度风速流动的起点高度称为?大气的梯度风速流动的起点高度称为大气的梯度风速流动的起点高度称为 “梯度风高度梯度风高度”H HT T第二节 风压第二节 风压设标准地貌的基本风速及其测定高度设标准地貌的基本风速及其测定高度、梯度风梯度风?设标准地貌的基本风速及其测定高度设标准地貌的基本风速及其测定高度、梯度风梯度风 高度和风速变化指数分别为，另高度和风速变化指数分别为，另 一任意地貌的上述各值分别为一任意地貌的上述各值分别为。一任意地貌的上述各值分别为一任意地貌的上述各值分别为。?由于在同一大气
11、环境中各类地貌梯度风风速应由于在同一大气环境中各类地貌梯度风风速应 相同相同，则由式则由式（3 3- -7 7）可得可得相同相同，则由式则由式（3 3- -7 7）可得可得sHVasasa aTasTs sa aTa a sTs sTaTsTssTZH ZHVVZHVZHV HVZH VV = = = =00000aaZV 0再由式再由式（3 3- -3 3）可得可得?再由式再由式（3 3- -3 3）可得可得asTaTsHHww22 =asaZZww00 =3、风压高度变化系数、风压高度变化系数高度对风速的影响高度对风速的影响：离地面越高离地面越高，风速越大风速越大，风压也风压也高度对风速的
12、影响高度对风速的影响：离地面越高离地面越高，风速越大风速越大，风压也风压也 越大。任意粗糙度任意高度处的风压与标准粗糙度下越大。任意粗糙度任意高度处的风压与标准粗糙度下 标准高度处的基本风压之比定义为风压高度变化系数标准高度处的基本风压之比定义为风压高度变化系数：标准高度处的基本风压之比定义为风压高度变化系数标准高度处的基本风压之比定义为风压高度变化系数：zwa)(=0wz=3、风压高度变化系数、风压高度变化系数zwa)(将式将式（）、）、式式（）带入式带入式（）得得：0wa z)(=将式将式（3-8）、）、式式（3-11）带入式带入式（3-12）得得：aas TaTs zzz ZH ZHz
13、222 )( = （3-13） saszZZ3、风压高度变化系数、风压高度变化系数式（式（3-13）在确定了梯度风高度和粗糙度指数后，便 可求得风压高度变化系数。）在确定了梯度风高度和粗糙度指数后，便 可求得风压高度变化系数。aasHH222 （3-13）aassaTasTs zzz ZH ZHz)( = 表表 3 5 风压高度变化系数风压高度变化系数表表 3-5 风压高度变化系数风压高度变化系数3、风压高度变化系数、风压高度变化系数4、不同时距的换算、不同时距的换算5、不同重现期的换算、不同重现期的换算顺风向风力顺风向风力 横风向风力横风向风力 扭风力矩扭风力矩对桥梁还需考虑对桥梁还需考虑升
14、力升力顺风向风力顺风向风力;横风向风力横风向风力;扭风力矩扭风力矩(t) vvfv(t) t顺风向风速时程曲线顺风向风速时程曲线? 平均风速平均风速v长周期成分长周期成分，周期一般在周期一般在 10min10min 以上以上脉动风速脉动风速v vf f 短周期成分，周期一般只有几秒钟短周期成分，周期一般只有几秒钟? 平均风速平均风速v长周期成分长周期成分，周期一般在周期一般在 10min10min 以上以上? 平均风平均风忽略其对结构的动力影响忽略其对结构的动力影响等效为静力作用等效为静力作用? 顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应? 顺风向的风效应：平均风效应、脉动风效应? 平均风平均风忽
15、略其对结构的动力影响忽略其对结构的动力影响等效为静力作用等效为静力作用 （风的长周期 结构的自振周期）（风的长周期 结构的自振周期）? 脉动风脉动风 引起结构动力响应引起结构动力响应? 脉动风脉动风引起结构动力响应引起结构动力响应 （风的短周期（风的短周期接近接近结构自振周期）结构自振周期）建筑物或构筑物受到风力作用时建筑物或构筑物受到风力作用时，不但顺不但顺建筑物或构筑物受到风力作用时建筑物或构筑物受到风力作用时，不但顺不但顺 风向可以发生风振，在一定条件下，横风向也风向可以发生风振，在一定条件下，横风向也 能发生风振能发生风振。对于高层建筑对于高层建筑、高耸塔架高耸塔架、烟囱烟囱能发生风振能发生风振。对于高层建筑对于高层建筑、高耸塔架高耸塔架、烟囱烟囱 等结构物，横向风作用引起的结构共振会产生等结构物，横向风作用引起的结构共振会产生 很大的动力效应很大的动力效应，甚至对工程设计起着控制作甚至对工程设计起着控制作很大的动力效应很大的动
