Transcript 基本风压

第二章 结构上的静力风
在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值
几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是
平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在10
分钟以上，远离一般结构物的自振周期，
2.1 基本风速和基本风压
• 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进
行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基
本风速。
• 标准条件
标准高度——10米高
标准的地面粗糙度类别——空旷平坦地面，
重现期
平均风概率分布类型
平均风时距 .
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是
经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时
期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而
重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，
重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一
次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证
率应为：
P  1
1
T0
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极
值Ⅰ型的概率分布函数。
F ( x)  exp{exp[( x   ) /  ]}
根据概率论
E ( x )    0.5772

x 
由风速资料

6
x  E (x) 
x
n
n
x [
n
1
 (x
i
 x)
i 1
n 1
可求得参数  和 
i 1
2
1
]2
i
对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速
x   x     ln(  ln F )
另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为
x  x    x
从而，保证率和保证系数的关系式如下：
 
6

[0.57722  ln(  ln F )]
平均风时距标准
一般而言，时距越长，平均风速也越小 。
我国规范就规定以10分钟为取值标准。
原因：
• 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻
力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时
就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短
时距甚至于瞬时极大风速作为标准。
• 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不
可能同时作用在全部长度上。
• 10分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短
了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分，
风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速
的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因 ：
（1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
中占有重要地位。
（2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大
风速，因此应该考虑年最大风速。
（3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果
取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然
出现周期。
基本风压定义
当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的
风速观察数据，经概率统计得出50年一遇最大
值确定的风速，相应的风压。
当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可
根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定
基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般
应有30年以上的资料。
例
根据某沿海城市1989－1998年10年的记录，用年最
大平均风速计算基本风压。1989－1998年年最大平
均风速数据见表.
年份
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
15.0
22.7
15.3
14.0
12.3
17.0
18.3
16.3
19.0
14.0
年最大风速（m/s）
解：
平均值、根方差： x 
10
1
10
x

10
i
 16.39( m / s )  x  [
 (x
 

[0.57722  ln(  ln 0.98)]  2.59
v 0  x1  x    x  16.39  2.59  3.02  24.21( m / s )
2
w0 
v0
1600

24.21
1600
2
 0.37 ( kN / m )
2
 1 6 .3 9 )
i 1
i 1
6
i
2
1
] 2  3 .0 2 ( m / s )
9
非标准情况的换算关系——(1)高度换算
 平均风速梯度(风剖面)
平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也
常称为风剖面
 梯度风高度(大气边界层高度)
离地约300～500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的
影响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的
高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。
指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律
v( z)
 (
z
)
a
zb
vb
 ——为地面的粗糙度系数。
a米高风压：
w 0  w 0 (
a
10
)
2
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
粗糙度类别
描
述
zG ( m )

A
近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区
300
0．12
B
田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城
市郊区
350
0．16
C
有密集建筑群的城市市区
400
0．22
D
有密集建筑群的且房屋较高的城市市区
450
0．30
地貌的近似确定有下述原则：
(1) 以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半圆
影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可
以该地区的主导风向为准。
(2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类
别，当H＜9m为B类，9m≤H≤18m为C类，H＞18m
为D类。
非标准地貌的换算
不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风
高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯
度风速度均相等。
10m高风压换算值：
w10 ,  3.12  (
10
ZG
ZG——梯度风高度
)
2
w0
（3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风
速的比值，统计所得的比值如表
时距
1h
10min
5min
2min
1min
0.5min
20s
10s
5s
瞬时
比值
0.94
1
1.07
1.16
1.20
1.26
1.28
1.35
1.39
1.50
（4）不同重现期的换算
• 重现期不同，保证率也就不同
• 日本以重现期为100年的风速为基准，换算表达式
如下：
v (T )
k 
 0.55  0.098 ln{ln[
v (100)
T
T 1
]}
欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为50年
的风速为基准，换算表达式如下：
k 
1
{1  0.13 ln[  ln(1 
1.507
1
)]}
T
我国以重现期为50年的风速为基准，换算表达式如下：
 T  0 . 363 lg T 0  0 . 463
2.2 结构上的静力风荷载
1、风荷载体型系数
各测点获得的面上的风
压分布都不是均匀的。
实际工程中，一般采
用面上的平均风压系
数。
压力系数 
p 
结构表面的实际风压
风速计算的风压
P  P0
P   测点测得的风压
1
P0 — 远前方上游参考
v
2
2
高度处静压
n
s 

pi
i 1
A
 Ai
陆家嘴金融贸易区风洞试验
2、风洞试验
（1）风洞类别
——按实验段气流的马赫数Ma(风速v/音速a)
 低速风洞Ma<0.4
 亚音速风洞Ma=0.4-0.8
 跨音速风洞Ma=0.8-1.4
 超音速风洞Ma=1.4-5.0
 高超音速风洞Ma=5.0-14
（2）低速风洞形式
 直流式
 回流式
（3）低速风洞的主要部件
 实验段——流场品质：气流稳定、速度均匀
紊流度、噪声、静压强度低
 调压缝——使实验段中压强与环境大气压相同
 扩压段——使气流减速，减小气流能量损失
 拐角和导流片——减小气流经拐角时所产生的分离
改善流场性能
 稳定段、整流网——使上游紊乱的不均匀气流稳定下来，
使速度更均匀
 收缩段——使稳定气流均匀加速
 动力段——主要包括电机、风扇、导向片等
（4）参数量测
• 静压测量——静压管
• 压强测量——压强传感器
• 气流速度量测——皮托静压管（风速管）
3、群体建筑的体形系数
• 相互扰风洞实验结果
两相邻建筑
三相邻建筑
• 群体建筑的体形系数
3、风压高度变化系数
任一地面粗糙度类别的风压如下：
z
w a ( z )  w ba (
)
2a
z ba
风压高度变化系数定义为任意高度处
的平均风压与基本风压的比值
z 
wa ( z )
w ba (

w0
 z  3.12  (
c a  3.12  (
z
)
2a
z ba
w0
z
)
2a
zGa
10
zGa
 3.12  (
10
zGa
)
2a
)
2a
(
z
10
)
2a
 ca (
z
10
)
2a
3、静力风荷载计算
w ( z )   s ( z )  z ( z ) w0