风压高度变化系数2

发布于：2022-09-27 14:44:27 来自：电气工程/电气资料库 [复制转发]

知识点：风压

建筑结构荷载规范·风荷载·顺风向风振和风振系数

7.4.1 对于基本自振周期T1大于0.25s的工程结构，如房屋、屋盖及各种高耸结构，以及对于高度大于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。风振计算应按随机振动理论进行，结构的自振周期应按结构动力学计算。
7.4.2 对于一般悬臂型结构，例如构架、塔架、烟囱等高耸结构，以及高度大于30m，高宽比大于1.5且可忽略扭转影响的高层建筑，均可仅考虑第一振型的影响，结构的风荷载可按公式(7.1.1-1)通过风振系数来计算，结构在z 高度处的风振系数βz 可按下式计算:

β_z=1+(ξv varphi_z)/μ_z`(7.4.2)

式中 ξ---脉动增大系数；
     v---脉动影响系数；
     vvarphi_z---振型系数；
     μ_z---风压高度变化系数。
    7.4.3 脉动增大系数，可按表7.4.3 确定。

注：计算ω_0T_1^2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乘以1.38、0.62和0.32后代入。
    7.4.4 脉动影响系数，可按下列情况分别确定。
    1 结构迎风面宽度远小于其高度的情况(如高耸结构等):
    1) 若外形、质量沿高度比较均匀，脉动系数可按表7.4.4-1 确定。

2) 当结构迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化时，表7.4.4-1中的脉动影响系数应再乘以修正系数θ_B和θ_voθ_B应为构筑物迎风面在z高度处的宽度Bz与底部宽度B_o的比值；θ_ν可按表7.4.4-2确定。

注：B_H、B_o分别为构筑物迎风面在顶部和底部的宽度。
2 结构迎风面宽度较大时，应考虑宽度方向风压空间相关性的情况(如高层建筑等):若外形、质量沿高度比较均匀，脉动影响系数可根据总高度H及其与迎风面宽度B的比值，按表7.4.4-3确定。

7.4.5 振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑，振型系数也可根据相对高度z/H按附录F确定。

7.5.1 计算围护结构风荷载时的阵风系数应按表7.5.1确定。

资料来源：《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001

7.6.1 对圆形截面的结构，应根据雷诺数Re的不同情况按下述规定进行横风向风振(旋涡脱落)的校核:
1 当Re<3×105时(亚临界的微风共振)，应按下式控制结构顶部风速υH不超过临界风速υcr，υcr和υH可按下列公式确定:

v_(cr)=D/(T_1S_t)

(7.6.1-1)

v_H=sqrt((2000γWμHω_0)/ρ)

(7.6.1-2)

式中 T_1---结构基本自振周期；
     S_t---斯脱罗哈数，对圆截面结构取0.2；
     γ_W---风荷载分项系数，取1.4；
     μ_H---结构顶部风压高度变化系数；
     ω_0---基本风压(kN//m^2)；
     ρ---空气密度(kg//m^3)。
  当结构顶部风速超过υ_(cr)时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速υ_(cr)不小于15m/s。
  2 Re≥3.5×106且结构顶部风速大于υ_(cr)时(跨临界的强风共振)，应按第7.6.2条考虑横风向风荷载引起的荷载效应。
  3 雷诺数Re可按下列公式确定:

R_e=69000vD

(7.6.1-3)

式中υ---计算高度处的风速(m/s)；
     D---结构截面的直径(m)。
  4 当结构沿高度截面缩小时(倾斜度不大于0.02)，可近似取2/3结构高度处的风速和直径。
    7.6.2 跨临界强风共振引起在z高处振型j的等效风荷载可由下列公式确定:

ω_(czj)=│λ_j│v_(cr)^2varphi_(zj)//12800ζ_j(kN//m^2)`

(7.6.2-1)

式中

λ_j---计算系数，按表7.6.2确定；
  varphi_(zj)---在z高处结构的j振型系数，由计算确定或参考附录F；
  ζ_j---第j振型的阻尼比；对第1振型，钢结构取0.01，房屋钢结构取0.02，混凝土结构取0.05；对高振型的阻尼比，若无实测资料，可近似按第1振型的值取用。
  表7.6.2中的H_1为临界风速起始点高度，可按下式确定:

H_1=H×(v_(cr)/v_H)^(1/a)

(7.6.2-2)

式中

α---地面粗糙度指数，对A、B、C 和D 四类分别取0.12、0.16、0.22 和0.30；
υ_H---结构顶部风速(m/s)。
注: 校核横风向风振时所考虑的高振型序号不大于4，对一般悬臂型结构，可只取第1或第2个振型。

7.6.3 校核横风向风振时，风的荷载总效应可将横风向风荷载效S_c与顺风向风荷载效应S_A按下式组合后确定:

S=sqrt(S_c^2+S_A^2)

(7.6.3)

7.6.4 对非圆形截面的结构，横风向风振的等效风荷载宜通过空气弹性模型的风洞试验确定；也可参考有关资料确定。

风荷载取值

3.1.3 风荷载

建筑物受到的风荷载作用大小，与建筑物所处的地理位置、建筑物的形状和高度等多种因素有关，具体计算按照《荷载规范》第7章执行。

1、风荷载标准值计算

垂直于建筑物主体结构表面上的风荷载标准值W，按照公式（3.1-2）计算：

β——高度Z处的风振系数，主要是考虑风作用的不规则性，按照《荷载规范》7.4要求取值。多层建筑，建筑物高度＜30m，风振系数近似取１。

（1）风荷载体型系数?

风荷载体型系数，不但与建筑物的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关，而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物的密集程度和高低等因素有关，一般按照《荷载规范》7.3要求取值，表3.1.10中列出了常用体型建筑物的体型系数。

表3.1.10 建筑物体型系数取值表

μ	建筑物体型示意
0.8	圆形平面建筑
0.8+1.2/（根号N）	正多边形或截角三角形平面建筑 n－多边形的边数
1.3	高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑
1.4	① V形、Y形、弧形、双十字形平面建筑； ② L形、槽形和高宽比大于4的十字形平面建筑； ③ 高宽比大于4、长宽比不大于1.5的矩形、鼓形平面建筑。 H－建筑物高度

注1：当计算重要且复杂的建筑物、及需要更细致地进行风荷载作用计算的建筑物，风荷载体型系数可按照《高层规程》中附录A采用、或由风洞试验确定。

注4：当多栋或群集的建筑物相互间距离较近时，宜考虑风力相互干扰的群体作用效应。一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数，该系数可参考类似条件的试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。

注3：檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件，计算局部上浮风荷载作用时，体型系数不宜小于2.0。

注4：验算表面围护结构及其连接的强度时，应按照《荷载规范》7.3.3规定，采用局部风压力体型系数。

（2）风压高度变化系数?

设置风压高度变化系数，主要是考虑建筑物随着高度的增加风荷载的增大作用。

对于位于平坦或稍有起伏地形上的建筑物，其风压高度变化系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7.2要求选用，表3.1.11中列出了常用风压高度变化系数的取值要求。

表3.1.11 风压高度变化系数

离地面或海平面高度

（m）

地面粗糙度类别

1.17

1.38

1.52

1.63

1.00

1.14

1.25

0.74

0.84

0.62

1.80

1.92

2.03

2.12

1.42

1.56

1.67

1.77

1.00

1.13

1.25

1.35

0.62

0.73

0.84

0.93

附注：对位于山区的建筑物，按照本表确定的风压高度变化系数必须考虑地形条件的修正，详《荷载规范》7.2.2。

关于地面粗糙程度的分类：

A类：近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类：有密集建筑群的城市市区；

D类：有密集建筑群和且房屋较高的城市市区。

（3）基本风压值W

基本风压值W，单位kN/m，以当地比较空旷平坦场地上离地10m高、统计所得50年一遇10分钟平均最大风速为标准确定的风压值，各地的基本风压可按照《荷载规范》附录D

中的全国基本风压分布图查用，表3.1.12为浙江省主要城镇基本风压取值参考表。

2、基本风压的取值年限

《荷载规范》在附录D中分别给出了n=10年、n=50年、n=100年一遇的基本风压标准值，工程设计中根据建筑物的使用性质与功能要求，一般按照下列方法选用风压标准值的取值年限：

① 临时性建筑物：取n=10年一遇的基本风压标准值；

② 一般的工业与民用建筑物：取n=50年一遇的基本风压标准值；

③ 特别重要的建筑物、或对风压作用比较敏感的建筑物（建筑物高度大于60m）：取

表3.1.12 浙江省主要城镇基本风压（kN/m）取值参考表

城镇名称	海拔高度（m）	基本风压（kN/m）
城镇名称	海拔高度（m）	n=10年	n=50年	n=100年
杭州市	41.7	0.30	0.45	0.50
临安县天目山	1505.9	0.55	0.70	0.80
平湖县乍浦	5.4	0.35	0.45	0.50
慈溪市	7.1	0.30	0.45	0.50
嵊泗	79.6	0.85	1.30	1.55
嵊泗县嵊山	124.6	0.95	1.50	1.75
舟山市	35.7	0.50	0.85	1.00
金华市	62.6	0.25	0.35	0.40
嵊县	104.3	0.25	0.40	0.50
宁波市	4.2	0.30	0.50	0.60
象山县石浦	128.4	0.75	1.20	1.40
衢洲市	66.9	0.25	0.35	0.40
丽水市	60.8	0.20	0.30	0.35
龙泉	198.4	0.20	0.30	0.35
临海市括苍山	1383.4	0.60	0.90	1.05
温州市	6.0	0.35	0.60	0.70
椒江市洪家	1.3	0.35	0.55	0.65
椒江市下大陈	86.2	0.90	1.40	1.65

玉环县坎门	95.9	0.70	1.20	1.45
瑞安市北麂	42.3	0.95	1.60	1.90
附注：表中未列城镇的基本风压按照《荷载规范》附录D中的全国基本风压分布图查用。

n=100年一遇的基本风压标准值；在没有100年一遇基本风压标准值的地区，可近似将50年一遇的基本风压值标准值乘以1.1（经验系数）以后采用。

3、关于风荷载作用的方向问题

建筑物受到的风荷载作用来自各个方向，风荷载的主要作用方向与建筑物所在地的风玫瑰图方向一致（全国主要城市风玫瑰图，可以查相应的建筑设计资料）。工程设计中，一般按照风荷载作用的最大值，来计算建筑物受到的风荷载作用效应。

对于抗侧力构件相互垂直布置的建筑物：一般按照两个相互垂直的主轴方向来考虑风荷载的作用效应，详图3.1.3a所示。

图3.1.3a 抗侧力构件垂直布置示意图

图3.1.3b 抗侧力构件多向布置示意图

对于抗侧力构件多向布置的建筑物：一般按照抗侧力构件布置方向，沿着相互垂直的主轴方向次依考虑风荷载的作用效应，详图3.1.3b所示。

注意：同一方向，左风荷载作用效应和右风荷载作用效应要分别进行计算。

4、风洞试验

《高层规程》3.2.8明确，对于特别重要的建筑物、特别不规则的建筑物，风荷载标准值计算公式（3.1-2）中的相关计算参数有必要通过风洞试验来确定，以便较精确地计算建筑物受到的风荷载作用效应，确保建筑结构的抗风能力。

一般建筑物高度大于200m、或建筑物高度大于150m但存在下列情况之一时，宜采用风洞试验来确定建筑物的风荷载作用参数。

① 平面形状不规则，立面形状复杂；

② 立面开洞或连体建筑；

③ 规范或规程中没有给出体型系数的建筑物；

④ 周围地形或环境较复杂。

风洞试验通常由有试验能力和试验资质的高等院校、科研院所完成，按照一定比例制作的建筑物模型置于人工模拟的风环境中，模型上不同部位埋设一定数量的电子测压孔，通过压力传感器输出电流信号、通过数据采集仪自动扫描记录并转为相关的数字信号，再经过一系列的计算机数据处理、模拟分析，可以得到建筑物受到的平均风压力和波动风压力值，供设计采用。

多层建筑物，房屋高度小，风荷载作用影响较小，一般不做风洞试验。

5、梯度风

基本风压与风速有关，一般风速由地面为零沿高度方向按照曲线逐渐增大，直至距离地面某一高度处达到最大值，上层风速度受地面影响较小，风速较为稳定。

不同的地表面粗糙度使风速沿高度增加的梯度（速率）不同，详图3.1.4所示，风速变化的这种规律，称为梯度风。