第4章风荷载(2学时)
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1、第四章第四章 风荷载风荷载内容提要内容提要 第一节第一节 风的有关知识风的有关知识 第二节第二节 风压风压 第三节第三节 结构抗风计算的几个重要概念结构抗风计算的几个重要概念 第四节第四节 顺风向结构风效应顺风向结构风效应 第五节第五节 横风向结构风效应横风向结构风效应 第一节第一节 风的有关知识风的有关知识 赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、气压赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、气压小小, ,且大气因加热膨胀，且大气因加热膨胀，由表面向高空上升由表面向高空上升 极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、
2、 气压气压大大 ，且大气因冷却收缩由，且大气因冷却收缩由高空向地表上升高空向地表上升一、风的形成一、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北极北极赤道赤道大气热力学环流模型大气热力学环流模型二、两类性质的大风二、两类性质的大风1 1、台风、台风弱的热带气旋性涡旋弱的热带气旋性涡旋辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部辐合气流将大量暖湿空气带到涡旋内部 形成形成暖心暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降）（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降） 低涡增强低涡增强 辐合加强辐合加强
3、。（循环）。（循环）台风台风(typoon)(typoon)台风名字台风名字热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级热带气旋按中心附近地面最大风速划分为四个等级 名称名称 属性属性 台风 （Typhoon） 最大风速出现326 米/秒，也即 12 级以上（64 海里/小时或以上） 强热带风暴 (Severe tropical storm) 最大风速出现 245-326 米/秒，也即风力 10-11 级（48-63 海里/小时） 热带风暴 (Tropical storm) 最大风速出现17 2-24 4米/秒， 也即风力8-9级 （34-47海里/小时） 热带低压 (Tropical dep
4、ression) 最大风速出现17 2 米/秒， 也即风力为 6-7 级 （22-33海里/小时） 发布的信息发布的信息 属性属性 消消 息息 远离或尚未影响到预报责任区时， 根据需要可以发布远离或尚未影响到预报责任区时， 根据需要可以发布“消息消息”， 报道编号热， 报道编号热带气旋的情况，警报解除时也可用带气旋的情况，警报解除时也可用 “消息消息”方式方式 发布发布 警警 报报 预计未来预计未来 48 小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布警报小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布警报 紧急警报紧急警报 预计未来预计未来 24 小时内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布紧急警报小时
5、内将影响本责任区的沿海地区或登临时发布紧急警报 （影响是以沿海开始出现（影响是以沿海开始出现 8 级风或暴雨为标准。 ）级风或暴雨为标准。 ） 2 2、季风、季风(season wind)(season wind) 冬季冬季: :大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低大陆温度低、气压高；相邻海洋温度比大陆高、气压低 风从大陆吹向海洋风从大陆吹向海洋 夏季夏季: :大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高、气压高 风从海洋吹向大陆风从海洋吹向大陆三、风级三、风级（根据（根据风对地面或海洋物体影响程度风对地面或海洋物体影响程度） 1313
6、个等级（个等级（0 0级级 1212级）级）（P37P37，表，表4-14-1） 0 0级级 1 1级级 2 2级级 3 3级级 4 4级级 5 5级级 6 6级级 7 7级级 8 8级级 9 9级级 1010级级 1111级级1212级级静风静风 软风软风 轻风轻风 微风微风 和风和风 清劲风清劲风 强风强风 疾风疾风 大风大风 烈风烈风 狂风狂风 暴风暴风飓风飓风第二节第二节 风风 压压1 1、风压与风速的关系、风压与风速的关系建筑物建筑物小股气流小股气流流向流向高压气幕高压气幕压力线压力线w= v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA风压的形成风压的形成风风压压221vw推推导导 合合力
7、力 dtdvdAdlMadAdw1 dtdvdldw1 vdvdw1 (因为因为vdtdl ) cvw2121 边界条件：边界条件： 当当0v时时，mww 1（气气流流冲冲击击结结构构物物后后其其截截面面中中心心点点产产生生的的最最大大气气流流压压强强） 当当v时时，bww 1（气气流流原原先先压压力力强强度度） mbwvw221 gvvwwwmb22122 =0.012018kN/m3（空空气气单单位位体体积积的的重重力力） ，g=9.8m/s2 风风压压：16302vw (kN/m2) 2 2、基本风压、基本风压w w0 0 按规定的按规定的地貌地貌、高度高度、时距时距等量测的风速所确定的
8、风压等量测的风速所确定的风压 地貌（地面粗糙度）地貌（地面粗糙度） 空旷平坦地貌空旷平坦地貌 高度高度 1010米高为标准高度米高为标准高度 公称风速时距公称风速时距 =10min=10min 最大风速的样本时间最大风速的样本时间 一年一年 基本风速的重现期基本风速的重现期T T0 0 基本风速出现一次所需要的时间基本风速出现一次所需要的时间公公称称风风速速 odttvv10, 即即一一定定时时间间间间隔隔内内的的平平均均风风速速 每年不超过基本风压的概率或保证率每年不超过基本风压的概率或保证率p p0 0=1-1/=1-1/T T0 0（图中影形面积）（图中影形面积） GB50009-200
9、1GB50009-2001规定：规定： 以当地以当地比较空旷平坦地面比较空旷平坦地面上上离地离地10m10m高统计所得的高统计所得的5050年一遇年一遇10min10min内最大风速内最大风速v v0 0为标准，按为标准，按w w 0 0= = v v0 02 2/1600/1600确定。确定。最大风速最大风速 -随机变量随机变量年最大风速年最大风速p基本风速基本风速面积面积 p0=1-1/T0年平均最大风速年平均最大风速年最大风速概率密度分布年最大风速概率密度分布第三节第三节 结构抗风计算的几个重要概念结构抗风计算的几个重要概念 PL 截面截面风速风速 B PM PD 流经任意截面物体所产生
10、的力流经任意截面物体所产生的力 结构上的风力结构上的风力顺风向力顺风向力P PD D 、 横风向力横风向力 P PL L 、扭力矩、扭力矩 P PM M 结构的风效应结构的风效应 由风力产生的结构由风力产生的结构位移位移、速度速度、加速度加速度响应、响应、扭转扭转响应响应一、结构的风力和风效应一、结构的风力和风效应v二、顺风向平均风与脉动风二、顺风向平均风与脉动风 顺风向风速时程曲线顺风向风速时程曲线 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（风的长周期风的长周期 结构的自振周期）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（
11、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） 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 平平均均风风速速 v长长周周期期成成分分，周周期期一一般般在在 1 10 0m mi in n 以以上上 vf v(t) t一、顺风向平均风效应一、顺风向平均风效应1 1、风载体型系数（、风载体型系数（ s s） 气流未被房屋干扰前的流速气流未被房屋干扰前的流速v v0 0，压力，压力p p0 0 房屋表面某点的流速房屋表面某点的流速v v，压力，压力p p 伯努里方程：
