风荷载计算解析
-
4.2
风荷载
当空气
的流动受到建筑物的阻碍时，会在建筑物表面形成压力或吸力，这些压力或吸力即为建筑
所受的风荷载。
4.2.1
单位面积上的风荷载标准值
建筑结构所受风荷载的大小与建筑地点的地貌、离地面或海平
面高度、风的性质、风速、风向以
高层建筑结构自振特性、体型、平面尺寸、表面状况等
因素有关。
垂直作
用于建筑物表面单位面积上的风荷载标准值
按下式计算：
式中：
1.
基本风压值
Wo
按当地空旷平坦地面上
10
米高度处
10
分钟平均的风速观测数据，经概率
统计得出
50
年一遇的
值确定的风速<
/p>
V0(m/s)
按公式
确定。但不得小于
0.3kN/m2
。
对于特别重要或对风荷载比较敏感的高层建筑，基本风压采用
100
年重现期的风压值；对风荷载是否敏感
主要与高
层建筑的自振特性有关，目前还没有实用的标准。一般当房屋高度大于
60
米时，采用
100
年一
风压
。
《建筑结构荷载规范》（
GB500
09
－
2001
）给出全国各个地方的
设计基本风压。
2.
风压高度变化
系数
μ
z
《荷载规范》把地面粗糙度分为<
/p>
A
、
B
、
C
、
D
四类。
A
类：指近海海面、海岸、湖岸、海
岛及沙漠地区；
B
类：指
田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的城镇及城市郊区；
C
类：指有密集建筑群的城市市区；
D
类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区；
风荷载高度变化系数
μ
z
地面粗糙类别
高度（
m)
5
10
15
20
30
40
50
60
70
80
90
100
150
200
250
300
350
400
≥
450
A
B
C
D
计算公式
1.17
1.00
0.74
0.62
1.38
1.00
0.74
0.62
1.52
1.14
0.74
0.62
1.63
1.25
0.84
0.62
1.80
1.42
1.00
0.62
1.92
1.56
1.13
0.73
2.03
1.67
1.25
0.84
2.12
1.77
2.20
1.86
2.27
1.95
2.34
2.02
2.40
2.09
2.64
2.38
2.83
2.61
2.99
2.80
3.12
2.97
3.12
3.12
3.12
3.12
3.12
3.12
1.35
0.93
1.45
1.02
1.54
1.11
1.62
1.19
1.70
1.27
2.03
1.61
2.30
1.92
2.54
2.19
2.75
2.45
2.94
2.68
3.12
2.91
3.12
3.12
A
类地区
=1.379(z/10)<
/p>
0.24
B
类地区
=
(z/10)
0.32
C
类地区
=0.616(z/10
)0.44
D
类地区
=0.3
18(z/10)
0.6
位于山
峰和山坡地的高层建筑，其风压高度系数还要进行修正，可查阅《荷载规范》。
3.
风载体型系数
μ
s
风荷载体型系数
< br>是指建筑物表面实际风压与基本风压的比值，它表示不同体型建筑物表面风力的
小
。一般取决于建筑建筑物的平面形状等。
计算主
体结构的风荷载效应时风荷载体型系数可按书中
P57
表
4.2
－
2
确定各个
表面的风载体型
或由风洞试验确定。几种常用结构形式的风载体型系数如下图
注：“＋”代表压力；“－”代表拉力。
< br>4.
风振系数
β
z
风振系数
β
z
反映了风荷载的动力作用，它取决于建筑物的高宽比、基本
自振周期及地面粗糙度
基本风压。《荷载规范》规定对于基本自振周期大于
0.25s
的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，
及对于高度大于
30m
且高宽比大于
1.5
的高柔房屋，均应考虑风压脉动对结构发生顺风向风振的影响。其
风振系数
β
z
可按下式计算
:
－
2
）
（
式中
:
ψ
z
——基本振型
z
高
度处的振型系数，
当高度和质量沿高度分布均匀时，
可以近似用
z/H
代替
系数；
ζ
——脉动增大系数，查表时需要参
数
ω
0T2
，其中
ω
0
为基本风压值，
T
为结构基
期，可用近似方法计算；
υ
——脉动影响系数，
μ
z
——风压高度变化系数，
脉动增大系数
ξ
ω
0T1(kNs/m)
0.01
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
0.20
0.40
0.60
钢
结
构
1.47
1.57
1.69
1.77
1.83
1.88
2.04
2.24
2.36
有填充墙的房屋钢结构
1.26
1.32
1.39
1.44
1.47
1.50
1.61
1.73
1.81
混凝土及砌体结构
1.11
1.14
1.17
1.19
1.21
1.23
1.28
1.34
1.38
ω
0T1(kNs/m)
0.80
1.00
2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
20.00
30.00
钢
结
构
2.46
2.53
2.80
3.09
3.28
3.42
3.54
3.91
4.14
有填充墙的房屋钢结构
1.88
1.93
2.10
2.30
2.43
2.52
2.60
2.85
3.01
混凝土及砌体结构
1.42
1.44
1.54
1.65
1.72
1.7
1.82
1.96
2.06
注：计算
ω
0T1
时，对地面粗糙度
B
类地区可直接代入基本风压，而对
A
类、
C
类和
D
类地区应按当地的基本风压分别
1.38
、
O.62
和
0.32
后代入。
根据我国的实测数据进行计算，再结合我
国的工程设计经验加以修正而确定的
c
值列于表
高层建筑的脉动影响系数
υ
H/B
粗
糙
度
类
别
<=0.5
A
B
C
D
1.0
A
B
C
D
2.0
A
B
C
D
3.0
A
B
C
D
5.0
A
B
C
D
8.0
A
B
C
D
总高度
H
（
m
）
<=30
50
100
0.44
0.42
0.40
0.36
0.48
0.46
0.43
0.39
0.50
0.48
0.45
0.41
0.53
0.51
0.48
0.43
0.52
0.50
0.47
0.43
0.53
0.51
0.48
0.43
0.42
0.41
0.40
0.37
0.47
0.46
0.44
0.42
0.51
0.50
0.49
0.46
0.51
0.50
0.49
0.46
0.53
0.53
0.50
0.48
0.54
0.53
0.51
0.48
0.33
0.33
0.34
0.34
0.41
0.42
0.42
0.42
0.46
0.47
0.48
0.48
0.49
0.49
0.49
0.49
0.51
0.52
0.52
0.52
0.53
0.54
0.54
0.54
150
0.27
0.28
0.29
0.30
0.35
0.36
0.37
0.38
0.42
0.42
0.44
0.46
0.42
0.46
0.48
0.49
0.49
0.50
0.52
0.53
0.51
0.52
0.53
0.53
200
0.24
0.25
0.27
0.27
0.31
0.36
0.34
0.36
0.38
0.40
0.42
0.46
0.41
0.43
0.46
0.48
0.46
0.48
0.50
0.53
0.48
0.50
0.52
0.55
250
0.21
0.22
0.23
0.25
0.27
0.29
0.31
0.33
0.35
0.36
0.38
0.44
0.38
0.40
0.43
0.47
0.44
0.45
0.48
0.52
0.46
0.49
0.52
0.55
300
0.19
0.20
0.22
0.24
0.26
0.27
0.29
0.32
0.33
0.35
0.38
0.42
0.38
0.40
0.43
0.46
0.42
0.44
0.47
0.51
0.43
0.46
0.50
0.54
350
0.17
0.18
0.20
0.22
0.24
0.26
0.28
0.31
0.31
0.33
0.36
0.39
0.36
0.38
0.41
0.45
0.39
0.42
0.45
0.50
0.42
0.44
0.48
0.53
4.2.2
总体风荷载
1.
总体风荷载
设计时，使用总风荷载计算风荷载作用下结构的内力及位移。
总风荷载为建筑物各个表面承受风
的合力，是沿建筑物高度变化的线荷载。通常，按
x
、
y
两个互相垂
直的方向分别计算总风荷载。按下式
z
高度处的总风荷载标准<
/p>
值
:
式中
:<
/p>
n
——建筑外围表面数；
Bi
——第
i
个表面的宽度；
——第
i
个
表面的风载体型系数；
——第
i
个表面法线与总风荷载作用方向的夹角如图
4.2
< br>－
5
（
4.2
图
4.2-5
各表面风力的合力作用点，即为总体风荷载的作用点。设计时，将沿高度分布的总体风荷载的
线
载换算成集中作用在各楼层位置的集中荷载，再计算结构的内力及位移。
2.
局部风荷载
风力作用在建筑物表面，压力分布很不均匀（如图
4.2-2
和图
4.2-3
），在角隅、檐口、边棱处
附属结构的部位（如阳台、雨蓬等外挑构件），局部风压大
大超过平均风压．根据风洞试验和一些实测结
可知，迎风面的中部和一些窝风部位，由于
气流不易向四周扩散，出现较大风压，因此应计算局部风荷载