風(fēng)荷載計算公式

垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計算：

1 當(dāng)計算主要承重結(jié)構(gòu)時,按式：wk=βzμsμzWo

式中wk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；

βz—高度z 處的風(fēng)振系數(shù)；

μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

Wo—基本風(fēng)壓(kN/㎡)。

2 當(dāng)計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時，按式：wk=βgzμslμzWo

式中βgz—高度z 處的陣風(fēng)系數(shù)；

μsl--風(fēng)荷載局部體型系數(shù)。

風(fēng)荷載也稱風(fēng)的動壓力，是空氣流動對工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力。風(fēng)荷載ш與基本風(fēng)壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，及建筑體型等諸因素有關(guān)。中國的地理位置和氣候條件造成的大風(fēng)為：夏季東南沿海多臺風(fēng)，內(nèi)陸多雷暴及雹線大風(fēng)；冬季北部地區(qū)多寒潮大風(fēng)，其中沿海地區(qū)的臺風(fēng)往往是設(shè)計工程結(jié)構(gòu)的主要控制荷載。臺風(fēng)造成的風(fēng)災(zāi)事故較多，影響范圍也較大。雷暴大風(fēng)可能引起小范圍內(nèi)的風(fēng)災(zāi)事故。

風(fēng)荷載基本風(fēng)壓

中國規(guī)定的基本風(fēng)壓w0 以一般空曠平坦地面、離地面10米高、風(fēng)速時距為10分鐘平均的最大風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)，按結(jié)構(gòu)類別考慮重現(xiàn)期(一般結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期為30年，高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)為50年,特別重要的結(jié)構(gòu)為100年),統(tǒng)計得最大風(fēng)速v（即年最大風(fēng)速分布的96.67%分位值，并按w0=ρv2/2確定。式中ρ為空氣質(zhì)量密度；v為風(fēng)速）。根據(jù)統(tǒng)計，認(rèn)為離地面10米高、時距為10分鐘平均的年最大風(fēng)壓，統(tǒng)計分布可按極值I型考慮?！』撅L(fēng)壓因地而異，在中國的分布情況是：臺灣和海南島等沿海島嶼、東南沿海是最大風(fēng)壓區(qū)，由臺風(fēng)造成。東北、華北、西北的北部是風(fēng)壓次大區(qū)，主要與強冷氣活動相聯(lián)系。青藏高原為風(fēng)壓較大區(qū)，主要由海拔高度較高所造成。其他內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)壓都較小。　風(fēng)速 　風(fēng)速隨時間不斷變化（圖1）,在一定的時距Δt內(nèi)將風(fēng)速分解為兩部分：一部分是平均風(fēng)速的穩(wěn)定部分；另一部分是指風(fēng)速的脈動部分。為了對變化的風(fēng)速確定其代表值作為基本風(fēng)壓，一般用規(guī)定時距內(nèi)風(fēng)速的穩(wěn)定部分作為取值標(biāo)準(zhǔn)。

建筑設(shè)計中的取用：基本風(fēng)壓應(yīng)按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄D.4 中附表D.4 給出的50 年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于0.3kN/m2。

對于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范具體規(guī)定。

當(dāng)城市或建設(shè)地點的基本風(fēng)壓值在本規(guī)范全國基本風(fēng)壓圖上沒有給出時，基本風(fēng)壓值可根據(jù)當(dāng)?shù)啬曜畲箫L(fēng)速資料，按基本風(fēng)壓定義，通過統(tǒng)計分析確定,分析時應(yīng)考慮樣本數(shù)量的影響(參見附錄D)。當(dāng)?shù)貨]有風(fēng)速資料時，可根據(jù)附近地區(qū)規(guī)定的基本風(fēng)壓或長期資料，通過氣象和地形條件的對比分析確定；也可按本規(guī)范附錄D中全國基本風(fēng)壓分布圖(附圖D.5.3)近似確定。

風(fēng)荷載的組合值、頻遇值和準(zhǔn)永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4 和0。

風(fēng)荷載平均時距

按風(fēng)速記錄為確定最大平均風(fēng)速而規(guī)定的時間間隔（圖1）。規(guī)定的時距愈短，所得的最大平均風(fēng)速愈大，也即基本風(fēng)壓愈大。當(dāng)前世界各國所采用的平均時距標(biāo)準(zhǔn)并不一致，例如，中國時距取10分鐘,蘇聯(lián)取2分鐘，英國根據(jù)建筑物或構(gòu)件的尺寸不同，分別取3秒、5秒和15秒，日本取瞬時。美國以風(fēng)程1609.3米（1英里）作為確定平均風(fēng)速的標(biāo)準(zhǔn)，這相當(dāng)于對不同風(fēng)速取不同的平均時距。因而各國基本風(fēng)壓值的標(biāo)準(zhǔn)也有差別。

風(fēng)荷載風(fēng)壓高度變化系數(shù)

從某一高度的已知風(fēng)壓（如高度為10米的基本風(fēng)壓），推算另一任意高度風(fēng)壓的系數(shù)。風(fēng)壓高度變化系數(shù)隨離地面高度增加而增大，其變化規(guī)律與地面粗糙度及風(fēng)速廓線直接有關(guān)。設(shè)計工程結(jié)構(gòu)時應(yīng)在不同高度處取用對應(yīng)高度的風(fēng)壓值。

對于平坦或稍有起伏的地形，風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)地面粗糙度類別按表8.2.1 確定。

地面粗糙度可分為A、B、C、D 四類：

——A 類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

——B 類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；

——C 類指有密集建筑群的城市市區(qū)；

——D 類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。

1. 8.2.2對于山區(qū)的建筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按平坦地面的粗糙度類別，由表8.2.1確定外，還應(yīng)考慮地形條件的修正，修正系數(shù)η分別按下述規(guī)定采用:

1 對于山峰和山坡，其頂部B 處的修正系數(shù)可按下述公式采用：

式中tg α—山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度；當(dāng)tg α>0.3 時，取tg α=0.3；

k—系數(shù)，對山峰取3.2，對山坡取1.4；

H—山頂或山坡全高(m)；

z—建筑物計算位置離建筑物地面的高度，m；當(dāng)z>2.5H 時，取z=2.5H。

對于山峰和山坡的其他部位，可按圖8.2.2 所示，取A、C 處的修正系數(shù)ηA、ηC 為1，AB 間和BC 間的修正系數(shù)按η的線性插值確定。

2 山間盆地、谷地等閉塞地形η=0.75～0.85；

對于與風(fēng)向一致的谷口、山口η=1.20～1.50。

1. 8.2.3對于遠(yuǎn)海海面和海島的建筑物或構(gòu)筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)可按A 類粗糙度類別，由表8.2.1 確定外，還應(yīng)考慮表8.2.3 中給出的修正系數(shù)。

風(fēng)荷載地面粗糙度

地面因障礙物形成影響風(fēng)速的粗糙程度。風(fēng)（氣流）在接近地面運動時，受到樹木、房屋等障礙物的摩擦影響，消耗了一部分動能，使風(fēng)速逐漸降低。這種影響一般用地面粗糙度衡量。地面粗糙度愈大，同一高度處的風(fēng)速減弱愈顯著。一般地面粗糙度可由小而大列為水面、沙漠、空曠平原、灌木、村、鎮(zhèn)、丘陵、森林、大城市等幾類。

風(fēng)荷載風(fēng)速廓線

風(fēng)速隨高度的變化曲線(圖2)。風(fēng)速通常隨離地面高度增大而增加。增加程度主要與地面粗糙度和溫度梯度有關(guān)。達(dá)到一定高度后，地面的摩擦影響可忽略不計，該高度稱為梯度風(fēng)高度。梯度風(fēng)高度隨地面粗糙度而異,一般約為300～500 米。梯度風(fēng)高度以內(nèi)的風(fēng)速廓線一般可用指數(shù)曲線表示。

風(fēng)荷載風(fēng)載體型系數(shù)

也稱空氣動力系數(shù)，它是風(fēng)在工程結(jié)構(gòu)表面形成的壓力（或吸力）與按來流風(fēng)速算出的理論風(fēng)壓的比值。它反映出穩(wěn)定風(fēng)壓在工程結(jié)構(gòu)及建筑物表面上的分布，并隨建筑物形狀、尺度、圍護(hù)和屏蔽狀況以及氣流方向等而異。對尺度很大的工程結(jié)構(gòu)及建筑物，有可能并非全部迎風(fēng)面同時承受最大風(fēng)壓。對一個建筑物而言，從風(fēng)載體型系數(shù)得到的反映是：迎風(fēng)面為壓力；背風(fēng)面及順風(fēng)向的側(cè)面為吸力；頂面則隨坡角大小可能為壓力或吸力。

1. 8.3.1房屋和構(gòu)筑物的風(fēng)載體型系數(shù)，可按下列規(guī)定采用:

1 房屋和構(gòu)筑物與表8.3.1 中的體型類同時，可按該表的規(guī)定采用；

2 房屋和構(gòu)筑物與表8.3.1 中的體型不同時，可參考有關(guān)資料采用；

3 房屋和構(gòu)筑物與表8.3.1 中的體型不同且無參考資料可以借鑒時，宜由風(fēng)洞試驗確定；

4 對于重要且體型復(fù)雜的房屋和構(gòu)筑物，應(yīng)由風(fēng)洞試驗確定。

1. 8.3.2當(dāng)多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨建筑物的體型系數(shù)μs乘以相互干擾增大系數(shù)，該系數(shù)可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風(fēng)洞試驗得出。

2. 8.3.3驗算圍護(hù)構(gòu)件及其連接的強度時，可按下列規(guī)定采用局部風(fēng)壓體型系數(shù):

3. 一、外表面

1 正壓區(qū)按表8.3.1 采用；

2 負(fù)壓區(qū)

－對墻面，取-1.0；

－對墻角邊，取-1.8；

－對屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于10°的屋脊部位)，取-2.2；

－對檐口、雨篷、遮陽板等突出構(gòu)件，取-2.0。

注:對墻角邊和屋面局部部位的作用寬度為房屋寬度的0.1 或房屋平均高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m。

1. 內(nèi)表面

對封閉式建筑物，按外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2 或0.2。

風(fēng)荷載風(fēng)振

風(fēng)的脈動部分對高聳結(jié)構(gòu)所引起的動態(tài)作用。一般結(jié)構(gòu)對風(fēng)力的動態(tài)作用并不敏感，可僅考慮靜態(tài)作用。但對于高聳結(jié)構(gòu)（如塔架、煙囪、水塔）和高層建筑，除考慮靜態(tài)作用外，還需考慮動態(tài)作用。動態(tài)作用與結(jié)構(gòu)自振周期、結(jié)構(gòu)振型，結(jié)構(gòu)阻尼和結(jié)構(gòu)高度等因素有關(guān)，可將脈動風(fēng)壓假定為各態(tài)歷經(jīng)隨機過程按隨機振動理論的基本原理導(dǎo)出。為方便起見，動態(tài)作用常用等效靜態(tài)放大系數(shù)，即風(fēng)振系數(shù)的方式與靜態(tài)作用一并考慮。

1. 8.4.1對于基本自振周期T1 大于0.25s 的工程結(jié)構(gòu)，如房屋、屋蓋及各種高聳結(jié)構(gòu),以及對于高度大于30m 且高寬比大于1.5 的高柔房屋，均應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動對結(jié)構(gòu)發(fā) 生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。風(fēng)振計算應(yīng)按隨機振動理論進(jìn)行，結(jié)構(gòu)的自振周期應(yīng)按結(jié)構(gòu)動力學(xué)計算。

注:近似的基本自振周期T1 可按附錄E 計算。

1. 8.4.2對于一般懸臂型結(jié)構(gòu)，例如構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu),以及高度大于30m，高寬比大于1.5 且可忽略扭轉(zhuǎn)影響的高層建筑，均可僅考慮第一振型的影響，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載可按公式(8.1.1-1)通過風(fēng)振系數(shù)來計算，結(jié)構(gòu)在z 高度處的風(fēng)振系數(shù)βz 可按下式計算:

式中ξ—脈動增大系數(shù)；

υ—脈動影響系數(shù)；

—振型系數(shù)；

μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

1. 8.4.3脈動增大系數(shù)，可按表8.4.3 確定。

注：計算 時，對地面粗糙度B 類地區(qū)可直接代入基本風(fēng)壓，而對A 類、C 類和D 類地區(qū)應(yīng)按當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓分別乘以1.38、0.62 和0.32 后代入。

1. 8.4.4脈動影響系數(shù)，可按下列情況分別確定。

1 結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度遠(yuǎn)小于其高度的情況(如高聳結(jié)構(gòu)等)：

1. 若外形、質(zhì)量沿高度比較均勻，脈動系數(shù)可按表8.4.4-1 確定。

2. 當(dāng)結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面的寬度沿高度按直線或接近直線變化，而質(zhì)量沿高度按連續(xù)規(guī)律變化時，表8.4.4-1 中的脈動影響系數(shù)應(yīng)再乘以修正系數(shù)θB 和θv。θB應(yīng)為構(gòu)筑物迎風(fēng)面在z 高度處的寬度Bz 與底部寬度B0 的比值； θν可按表8.4.4-2 確定。

2 結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度較大時,應(yīng)考慮寬度方向風(fēng)壓空間相關(guān)性的情況(如高層建筑等):若外形、質(zhì)量沿高度比較均勻，脈動影響系數(shù)可根據(jù)總高度H 及其與迎風(fēng)面寬度B 的比值，按表8.4.4-3 確定。

8.4.5振型系數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)動力計算確定。對外形、質(zhì)量、剛度沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的懸臂型高聳結(jié)構(gòu)及沿高度比較均勻的高層建筑,振型系數(shù)也可根據(jù)相對高度z/H 按附錄F 確定。

8.5.1對矩形截面高層建筑當(dāng)滿足下列條件時，確定其橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載：

1 建筑的平面形狀和質(zhì)量在整個高度范圍內(nèi)基本相同;

2 高寬比HμBD在4~8 之間，深寬比D/B 在o. 5~2 之

間，其中B 為結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面寬度.D 為結(jié)構(gòu)平面的進(jìn)深(順風(fēng)向尺寸) ;間，其中B 為結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面寬度.D 為結(jié)構(gòu)平面的進(jìn)深(順風(fēng)向尺寸) ;

3 vHTu //西運10. Tu 為結(jié)構(gòu)橫風(fēng)向第1 階自振周期，均為結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速。

8.6.1對圓形截面的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)雷諾數(shù)Re 的不同情況按下述規(guī)定進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)振(旋渦脫落)的校核：

1 當(dāng)Re<3×10 時(亞臨界的微風(fēng)共振)，應(yīng)按下式控制結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速υH 不超過臨界風(fēng)速υcr， υcr 和υH 可按下列公式確定：

式中T1—結(jié)構(gòu)基本自振周期；

St—斯脫羅哈數(shù)，對圓截面結(jié)構(gòu)取0.2；

γW—風(fēng)荷載分項系數(shù)，取1.4；

μH—結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

ω0—基本風(fēng)壓(kN/m)；

ρ—空氣密度(kg/m)。

當(dāng)結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速超過υcr 時，可在構(gòu)造上采取防振措施，或控制結(jié)構(gòu)的臨界風(fēng)速υcr 不小于15m/s。

2 Re≥3.5×10且結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速大于υcr 時(跨臨界的強風(fēng)共振)，應(yīng)按第8.6.2條考慮橫風(fēng)向風(fēng)荷載引起的荷載效應(yīng)。

3 雷諾數(shù)Re 可按下列公式確定：

Re=69000vD (8.6.1-3)

式中υ—計算高度處的風(fēng)速(m/s)；

D—結(jié)構(gòu)截面的直徑(m)。

4 當(dāng)結(jié)構(gòu)沿高度截面縮小時(傾斜度不大于0.02)，可近似取2/3 結(jié)構(gòu)高度處的風(fēng)速和直徑。

1. 8.6.2跨臨界強風(fēng)共振引起在z 高處振型j 的等效風(fēng)荷載可由下列公式確定：

式中 —計算系數(shù)，按表8.6.2 確定；

—在z 高處結(jié)構(gòu)的j 振型系數(shù)，由計算確定或參考附錄F；

ζj—第j 振型的阻尼比；對第1 振型，鋼結(jié)構(gòu)取0.01，房屋鋼結(jié)構(gòu)取0.02，

混凝土結(jié)構(gòu)取0.05；對高振型的阻尼比，若無實測資料，可近似按第1 振型的值取用。

表8.6.2 中的H1 為臨界風(fēng)速起始點高度，可按下式確定：

式中α—地面粗糙度指數(shù)，對A、B、C 和D 四類分別取0.12、0.16、0.22 和0.30；

υH—結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速(m/s)。

注:校核橫風(fēng)向風(fēng)振時所考慮的高振型序號不大于4，對一般懸臂型結(jié)構(gòu)，可只取第1 或第2 個振型。

1. 8.6.3校核橫風(fēng)向風(fēng)振時，風(fēng)的荷載總效應(yīng)可將橫風(fēng)向風(fēng)荷載效應(yīng)Sc 與順風(fēng)向風(fēng)荷載效應(yīng)SA 按下式組合后確定：

2. 8.6.4對非圓形截面的結(jié)構(gòu)，橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)荷載宜通過空氣彈性模型的風(fēng)洞試驗確定；也可參考有關(guān)資料確定。膜結(jié)構(gòu)中的風(fēng)荷載

風(fēng)荷載是膜結(jié)構(gòu)設(shè)計控制荷載之一，一般作為靜荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。組合值為0 6、頻遇值為0 4、準(zhǔn)永久值系數(shù)為O。

風(fēng)振系數(shù)，指將lOmin平均風(fēng)壓系數(shù)轉(zhuǎn)化為瞬時風(fēng)壓系數(shù)，同時考慮風(fēng)荷載脈動與結(jié)構(gòu)動力之間的諧振效應(yīng)。風(fēng)振系數(shù)不僅與建筑場地有關(guān)，且與結(jié)構(gòu)自振特性有關(guān)，很難給出“準(zhǔn)確值”c大型空間結(jié)構(gòu)屬柔性結(jié)構(gòu)體系，自振頻率小，振形密集，以至存在大量同頻率振形，振形間模態(tài)相關(guān)性強。對動力效應(yīng)起作用的頻率多，且低階振形并不一定為主振形，某些高階振形動力效應(yīng)反而大。因此，不能用低階或某階振形頻率確定風(fēng)振系數(shù)，需要綜合評價結(jié)構(gòu)整體動力特性，結(jié)合既往相似工程，選取合理值。

風(fēng)荷載陣風(fēng)系數(shù)

1. 8.5.1計算圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載時的陣風(fēng)系數(shù)應(yīng)按表8.5.1 確定。

作用在建筑物上風(fēng)壓稱風(fēng)荷載。因為風(fēng)壓有穩(wěn)定風(fēng)壓(建筑上稱空氣靜力作用)和脈動風(fēng)壓(建筑上稱空氣動力作用)兩種。所謂穩(wěn)定風(fēng)壓，就是在給定的時間間隔內(nèi)，把風(fēng)對建筑物的作用力的速度、方向以及其他物理量都看作不隨時間而改變的量。脈動風(fēng)壓，是由于空氣紊流作用造成的一種不規(guī)則運動，隨時間而改變的，故對建筑物具有一種隨機的作用力。