結(jié)構(gòu)風(fēng)工程精品課件

1、結(jié)構(gòu)風(fēng)工程第1頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第一章 緒 言1.1 自然界的風(fēng) 風(fēng)是空氣相對(duì)于地面的運(yùn)動(dòng)。因太陽(yáng)對(duì)地球大氣加熱的不均勻性，導(dǎo)致不同地區(qū)產(chǎn)生壓力差，從而產(chǎn)生趨于平衡的空氣流動(dòng)，便形成了風(fēng)。自然界常見(jiàn)的風(fēng)熱帶氣旋（Tropical Cyclone）臺(tái) 風(fēng)（Typhoons）颶 風(fēng)（Hurricanes）季 風(fēng)（Monsoons）龍 卷 風(fēng)（Tornadoes）第2頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三一、熱帶氣旋、臺(tái)風(fēng) 發(fā)生在低緯度熱帶洋面上的低氣壓或空氣渦旋統(tǒng)稱(chēng)為熱帶氣旋。從1989年起，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，將熱帶氣旋分為四類(lèi)：1、熱帶低壓

2、：熱帶氣旋中心附近的最大平均風(fēng)力67級(jí)；2、熱帶風(fēng)暴：熱帶氣旋中心附近的最大平均風(fēng)力89級(jí)；3、強(qiáng)熱帶風(fēng)暴：熱帶氣旋中心附近的最大平均風(fēng)力1011級(jí)；4、臺(tái) 風(fēng)：熱帶氣旋中心附近的最大平均風(fēng)力12級(jí)或以上。 在2000年以前，按年份和出現(xiàn)次數(shù)對(duì)熱帶氣旋編號(hào)，9914號(hào)為福建省廈門(mén)龍海臺(tái)風(fēng)。在2000年以后，按名字命名，如0418“艾利”。第3頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 影響我國(guó)的熱帶氣旋都發(fā)生在西北太平洋面上，在我國(guó)登陸的臺(tái)風(fēng)占整個(gè)西北太平洋臺(tái)風(fēng)總數(shù)的35%。 在北半球，熱帶氣旋的風(fēng)向按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；而在南半球，熱帶氣旋的風(fēng)向按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。 臺(tái)風(fēng)是一個(gè)大的強(qiáng)的空氣

3、渦旋，平均半徑600-1000km，從臺(tái)風(fēng)中心向外依次是臺(tái)風(fēng)眼、眼壁，再向外便是幾十至幾千km長(zhǎng)的螺旋云帶。 臺(tái)風(fēng)帶來(lái)的災(zāi)害有三：狂風(fēng)的摧毀力、強(qiáng)暴雨引起的水災(zāi)和巨浪暴潮的沖擊力。 臺(tái)風(fēng)主要對(duì)我國(guó)東南沿海影響較大。第4頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三二、颶風(fēng) 颶風(fēng)的地面風(fēng)速可達(dá)到70m/s，具有極強(qiáng)的破壞性。美國(guó)每年由颶風(fēng)造成的損失可達(dá)20億美元。三、季風(fēng) 季節(jié)性的風(fēng)稱(chēng)季風(fēng)。由于周?chē)鸁崃Φ脑?，冬季形成大陸高壓，夏季形成大陸低壓。因亞洲大陸陸地遼闊，所以受季風(fēng)的影響也非常強(qiáng)烈。四、龍卷風(fēng) 龍卷風(fēng)是一種劇烈的大氣渦旋，其直徑在300m左右。它是在強(qiáng)雷雨中形成的。龍卷風(fēng)的

4、活動(dòng)區(qū)域極廣，幾乎遍及全球。在我國(guó)主要在長(zhǎng)江三角洲和華南。第5頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 臺(tái)風(fēng)在危害人類(lèi)的同時(shí)，也在保護(hù)人類(lèi)。臺(tái)風(fēng)給人類(lèi)送來(lái)了淡水資源，大大緩解了全球水荒。一次直徑不算太大的臺(tái)風(fēng)，登陸時(shí)可帶來(lái)30億噸降水。另外，臺(tái)風(fēng)還使世界各地冷熱保持相對(duì)均衡。赤道地區(qū)氣候炎熱，若不是臺(tái)風(fēng)驅(qū)散這些熱量，熱帶會(huì)更熱，寒帶會(huì)更冷，溫帶也會(huì)從地球上消失。一句話，臺(tái)風(fēng)太大太多不行，沒(méi)有也不行。第6頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 臺(tái)風(fēng)云圖第7頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第8頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11

5、點(diǎn)56分，星期三第9頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第10頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 我國(guó)風(fēng)云一號(hào)氣象衛(wèi)星第11頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第12頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第13頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第14頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 在臺(tái)風(fēng)中圍繞云墻的邊緣有一條相當(dāng)清楚的環(huán)狀下沉運(yùn)動(dòng)帶；而在環(huán)狀下沉運(yùn)動(dòng)帶的外面是臺(tái)風(fēng)的外圍對(duì)流帶。第15頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三1.2 結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)

6、 國(guó)內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明，在所有自然災(zāi)害中，風(fēng)災(zāi)千成的損失為各種災(zāi)害之首。例如1999年，全球發(fā)生嚴(yán)重自然災(zāi)害共造成800億美元的經(jīng)濟(jì)損失，其中，在被保險(xiǎn)的損失中，颶風(fēng)造成的損失占70%。一、臺(tái)風(fēng)災(zāi)害1、9417號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)浙江溫州市的影響 受災(zāi)人口達(dá)1100萬(wàn)，死亡1100人，直接經(jīng)濟(jì)損失100億元人民幣。2、9914號(hào)臺(tái)風(fēng)對(duì)福建沿海的影響 風(fēng)速達(dá)38m/s，死亡72人，失蹤21人，直接經(jīng)濟(jì)損失85.6億元人民幣。第16頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三二、颶風(fēng)災(zāi)害1、1969年美國(guó)的一次強(qiáng)颶風(fēng) 1969年8月17日，從古巴方向吹來(lái)的“卡邁樂(lè)颶風(fēng)”橫穿密西西比海岸，西至路易斯

7、安那及東至亞拉巴進(jìn)入，沿密西西比州的整個(gè)寬度范圍內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重的風(fēng)災(zāi)。造成255人死亡，68人失蹤，房屋倒塌3867幢，損壞42092幢。2、1999年底颶風(fēng)對(duì)西歐的影響 1999年12月26日，從英吉利海峽吹來(lái)的颶風(fēng)襲擊了西歐國(guó)家，風(fēng)速高達(dá)63.9m/s，法國(guó)受災(zāi)最為嚴(yán)重，有70%的地區(qū)停電，有兩億棵大樹(shù)被連根拔起，光凡賽爾宮和巴黎圣母院的屋頂損壞就需花費(fèi)45億法朗才能修復(fù)。颶風(fēng)過(guò)后的巴黎，重建工作用了三年。在這次颶風(fēng)中，德國(guó)、瑞士、比利時(shí)、西班牙、奧地利和意大利等國(guó)也受到不同程度的人員傷亡扣財(cái)產(chǎn)損失。第17頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三三、龍卷風(fēng)災(zāi)害 全球受龍卷風(fēng)

8、襲擊的次數(shù)每年高達(dá)1000次。美國(guó)是龍卷風(fēng)的故鄉(xiāng)，給美國(guó)造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。美國(guó)出現(xiàn)較多龍卷風(fēng)的原因是著名的墨西哥暖流給美國(guó)南部輸送了大量的暖濕氣流，形成了龍卷風(fēng)氣一個(gè)必要條件。四、風(fēng)災(zāi)對(duì)結(jié)構(gòu)的主要損壞 風(fēng)災(zāi)的損害主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的損壞上，對(duì)桅桿結(jié)構(gòu)、體育場(chǎng)館、高層建筑和橋梁結(jié)構(gòu)的損壞最為突出。第18頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第19頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第20頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第21頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第22頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)

9、56分，星期三第23頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三1.3 風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用 自然界的風(fēng)可分為異常風(fēng)和良態(tài)風(fēng)。對(duì)很少出現(xiàn)的風(fēng)，例如龍卷風(fēng)，稱(chēng)為異常風(fēng)，不屬于異常風(fēng)的則稱(chēng)為良態(tài)風(fēng)。本教材主要討論良態(tài)風(fēng)作用下的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析內(nèi)容。 風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動(dòng)，其原因主要有以下幾個(gè)方面：1、由與風(fēng)向一致的風(fēng)力作用，它包括平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)，其中脈動(dòng)風(fēng)要引起結(jié)構(gòu)物的順風(fēng)向振動(dòng)，這種形式的振動(dòng)在一般工程結(jié)構(gòu)中都要考慮；2、結(jié)構(gòu)物背后的旋渦引起結(jié)構(gòu)物的橫風(fēng)向的振動(dòng)，對(duì)煙囪、高層建筑等一些自立式細(xì)長(zhǎng)柱結(jié)構(gòu)物，特別是圓形截面結(jié)構(gòu)特，都不可忽視這種形式的振動(dòng)。3、由別的建筑物尾流中的氣流引

10、起的振動(dòng)。4、由空氣負(fù)阻尼引起的橫向失穩(wěn)式振動(dòng)。第24頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三因此，由于風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，會(huì)產(chǎn)生以下結(jié)構(gòu)：1、使結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到過(guò)大的風(fēng)力或不穩(wěn)定；2、使結(jié)構(gòu)物或結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生過(guò)大的撓度或變形，引起外墻、外裝修材料的損壞；3、由反復(fù)的風(fēng)振動(dòng)作用，引起結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞損壞；4、氣動(dòng)彈性的不穩(wěn)定，致使結(jié)構(gòu)物在風(fēng)運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生加劇的氣動(dòng)力；5、由于過(guò)大的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)，使建筑物的居住者或有關(guān)人員產(chǎn)生不舒適感。第25頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第26頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三美國(guó)塔科馬大橋 194

11、0年，美國(guó)華盛頓州塔科馬（Tacoma）海峽建造的塔科馬懸索橋，主跨853米，建好不到4個(gè)月，就在一場(chǎng)風(fēng)速不到20m/s的災(zāi)害下產(chǎn)生上下和來(lái)回扭曲振動(dòng)而倒塌了。第27頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第二章 大氣邊界層的平均風(fēng)特性2.1 大氣邊界層 地球表面通過(guò)地面的摩擦對(duì)空氣水平運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生阻力,從而使氣流速度減慢,該阻力對(duì)氣流的作用隨高度的增加而減弱,當(dāng)超過(guò)了某一高度之后,就可以忽略這種地面摩擦的影響,氣流將沿等壓線以梯度風(fēng)速流動(dòng),稱(chēng)這一高度為大氣邊界層高度或邊界層厚度，用表示。在邊界層以上的大氣稱(chēng)為自由大氣，以梯度風(fēng)速流動(dòng)的起點(diǎn)高度稱(chēng)作梯度風(fēng)高度，用z G表示，梯度風(fēng)

12、速用v z G表示。第28頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三邊界層厚度梯度風(fēng)高度Z cV z c自由大氣大氣邊界層第29頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三2.2 平均風(fēng)剖面一、對(duì)數(shù)律 平均風(fēng)剖面是微氣象學(xué)研究風(fēng)速變化的一種主要方法。目前，氣象學(xué)家認(rèn)為用對(duì)數(shù)律表示大氣底層風(fēng)速廓線比較理想，其表達(dá)式為式中大氣底層內(nèi)z高度處的平均風(fēng)速摩擦速度或流動(dòng)剪切速度卡曼常數(shù)(Karman)地面粗糙長(zhǎng)度(m)有效高度(m)第30頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三其中離地面高度（m）零平均位移（m）城市覆蓋層上面的和內(nèi)部的風(fēng)剖面線示意圖第31

13、頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 地面粗糙度長(zhǎng)度z0是地面上湍流旋渦尺寸的量度。由于局部氣流的不均勻性，不同測(cè)試中z0的結(jié)果相差較大，故z0的大小一般由經(jīng)驗(yàn)確定。 Z0的取值根據(jù)不同的地面類(lèi)型或地面粗糙度而定。 城市中零平均位移由下式計(jì)算式中，H0為城市建筑屋面一般高度（），且地面阻力系數(shù)k d由下式確定：第32頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 因近地面風(fēng)速隨高度變化比較紊亂，不一定符合對(duì)數(shù)律的變化規(guī)律，故在土木工程實(shí)際應(yīng)用中，常將地面某一高度內(nèi)的風(fēng)速近似取為常數(shù)。二、指數(shù)律 在較早的時(shí)候，對(duì)于平均地形的平均風(fēng)速廓線一直采用1916年G.He

14、llman提出的指數(shù)規(guī)律，后來(lái)由A.G.Davenport根據(jù)多次觀測(cè)資料整理出不同地面的風(fēng)剖面，并提出平均風(fēng)速沿高度變化的規(guī)律可用指數(shù)函數(shù)描述。第33頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三式中：標(biāo)準(zhǔn)參考高度和標(biāo)準(zhǔn)參考高度處的平均風(fēng)速；任一高度和任一高度處的平均風(fēng)速；地面粗糙指數(shù) 在土木工程設(shè)計(jì)和計(jì)算中，一般采用指數(shù)律，因?yàn)橹笖?shù)律比對(duì)數(shù)律計(jì)算簡(jiǎn)便，而且兩者差別不是太明顯。 在我國(guó)的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中也是采用指數(shù)律。第34頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三不同地面粗糙度下的平均風(fēng)剖面第35頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第三章

15、 結(jié)構(gòu)上的平均風(fēng)荷載 從順風(fēng)向的實(shí)測(cè)記錄看出，可將風(fēng)速看作為由兩部分組成：第一部分是長(zhǎng)周期部分，其周期大小一般在10分鐘以上；另一部分是短周期部分，是在長(zhǎng)周期基礎(chǔ)上的波動(dòng)（或稱(chēng)脈動(dòng)），其周期只有幾秒到幾十秒。由實(shí)測(cè)可知，第一部分遠(yuǎn)離一般結(jié)構(gòu)物的自振周期，其作用屬于靜力性質(zhì)；第二部分則與結(jié)構(gòu)物的自振周期接近，因而其作用屬于動(dòng)力的，且屬隨機(jī)的動(dòng)荷載。在實(shí)際工程應(yīng)用中，常將風(fēng)荷載作為靜力風(fēng)與動(dòng)力風(fēng)的共同作用。第36頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第37頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三3.1 基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓 基本風(fēng)速是不同地區(qū)氣象觀察站通過(guò)風(fēng)速儀

16、的大量觀察、記錄，度按照我國(guó)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)條件下的記錄數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)而得到該地的最大平均風(fēng)速。標(biāo)準(zhǔn)條件是指標(biāo)準(zhǔn)的地面粗糙度類(lèi)別、標(biāo)準(zhǔn)高度及重現(xiàn)期、平均風(fēng)時(shí)距和平均風(fēng)概率分布類(lèi)型等。一、基本風(fēng)速1、標(biāo)準(zhǔn)地面粗糙度類(lèi)別 地面粗糙度為地面對(duì)風(fēng)速的影響程度，我國(guó)目前將其分為四類(lèi)，我國(guó)規(guī)范規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)地面粗糙度類(lèi)別為比較空曠平坦地面。2、標(biāo)準(zhǔn)高度 我國(guó)規(guī)范規(guī)定離地面10米高為標(biāo)準(zhǔn)高度。3、標(biāo)準(zhǔn)重現(xiàn)期第38頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 我國(guó)規(guī)范規(guī)定取一年中最大的平均風(fēng)速作為一個(gè)數(shù)理統(tǒng)計(jì)樣本。在工程中，不能直接選取各年最大平均風(fēng)速的平均值進(jìn)行設(shè)計(jì)，而應(yīng)取大于平均值的某一風(fēng)速作為設(shè)計(jì)依

17、據(jù)，從概率的角度分析，在間隔一定的時(shí)間之后，會(huì)出現(xiàn)大于某一風(fēng)速的年最大平均風(fēng)速，我們稱(chēng)這個(gè)間隔期為重現(xiàn)期。我國(guó)規(guī)范規(guī)定基本風(fēng)速的重現(xiàn)期為50年。 重現(xiàn)期限為T(mén)的基本風(fēng)速，則在任一年中只超過(guò)該風(fēng)速一次的概率為1/T。而不超過(guò)該基本風(fēng)速的概率為可以看出，重現(xiàn)期為50年的保證率為第39頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三4、平均風(fēng)的時(shí)距 我國(guó)規(guī)范規(guī)定平均風(fēng)的時(shí)距為10min。關(guān)于平均風(fēng)的時(shí)距含義第40頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第41頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三各國(guó)所取的風(fēng)時(shí)距不同，在引用各國(guó)資料時(shí)應(yīng)進(jìn)行換算。5、概率

18、分布類(lèi)型 一般地，我們所研究的對(duì)象不會(huì)出現(xiàn)異常風(fēng)的氣候，稱(chēng)為良態(tài)氣候。對(duì)于這種氣候，我們可以認(rèn)為最大風(fēng)速的每一個(gè)數(shù)據(jù)都對(duì)極值的概率特性起作用，因此世界上許多國(guó)家把年最大風(fēng)速作為概率統(tǒng)計(jì)的樣本，由重現(xiàn)期和風(fēng)速的概率分布獲得該地區(qū)的設(shè)計(jì)最大風(fēng)速，或稱(chēng)為基本風(fēng)速。我國(guó)規(guī)定基本風(fēng)速采用極值型概率分布函數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。極值型分布：式中，和分別為位置參數(shù)和尺度參數(shù)，由下兩式獲得第42頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三上兩式中，E(x)和 i分別為風(fēng)速樣本的數(shù)學(xué)期限望和根方差，是已知的。實(shí)際上，風(fēng)速資料的數(shù)學(xué)期望就是年最大風(fēng)速x i的數(shù)學(xué)平均值，用 表示，這樣，由風(fēng)速資料可得風(fēng)速的平

19、均數(shù)和根方差：第43頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三整理后可得到參數(shù)和，則極值型的概率分布函數(shù)F 1(x)就確定了。6、用極值型分布求基本風(fēng)速 對(duì)作數(shù)值變換將已知的和代入，便可寫(xiě)成x1即為所要求的設(shè)計(jì)最大風(fēng)速，或基本風(fēng)速，符號(hào)稱(chēng)為保證系數(shù)，其表達(dá)式如下：第44頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三極值型分布的保證系數(shù)與概率函數(shù)第45頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三二、基本風(fēng)壓 一般，由實(shí)測(cè)記錄的是風(fēng)速，但工程設(shè)計(jì)中則采用風(fēng)壓（或風(fēng)力）進(jìn)行計(jì)算，這就需要將風(fēng)速轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓。 在不可壓縮的低速氣流下，考慮無(wú)粘且忽略體力作用，在同

20、一水平線上各點(diǎn)作為標(biāo)準(zhǔn)高度的伯努利方程為式中風(fēng)速（m/s）；單位面積上的靜壓力（k N/m）；空氣質(zhì)點(diǎn)的體積（m）空氣質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量（t），m=V。第46頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三將上式改寫(xiě)成當(dāng)v=0時(shí)，C1=w2為最大靜壓力，令為靜壓力得式中，為空氣容重，g為重力加速度。將基本風(fēng)速v0代入上式，則得第47頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三例 根據(jù)某沿海城市19891998年10年報(bào)記錄，計(jì)算該市的基本風(fēng)壓。年 份89909192939495969798年最大風(fēng)速15.022.715.314.012.317.018.316.319.014.0

21、解：計(jì)算平均值、根方差第48頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三計(jì)算保證系數(shù)計(jì)算基本風(fēng)速和基本風(fēng)壓第49頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三3.2 結(jié)構(gòu)上的平均風(fēng)荷載 垂直于建筑物表面上的平均風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值就按下式計(jì)算：式中平均風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（k N/m）；風(fēng)荷載體型系數(shù)；風(fēng)壓高度變化系數(shù)；平均風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；垂直于建筑物表面上平均風(fēng)荷載受風(fēng)面積（m）。一、風(fēng)荷載體形系數(shù)第50頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三第i測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓力系數(shù)；第i測(cè)點(diǎn)凈風(fēng)力壓力，為該測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的風(fēng)壓值與遠(yuǎn)前方上游參考高度處?kù)o壓值之差；參考高度平均風(fēng)速，一般為10

22、m高度處的平均風(fēng)速，也可采用建筑物頂部的平均風(fēng)速或梯度風(fēng)高處的平均風(fēng)速，但需換算；空氣質(zhì)量密度。式中第51頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三邊界層流場(chǎng)中立方形建筑物各個(gè)面上的壓力分布邊界層流場(chǎng)中高層建筑各個(gè)面上的壓力分布第52頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 由上兩圖可知，建筑物正面（迎風(fēng)面）受到壓力作用，為正值；而背面、側(cè)面和頂面則受到吸力，為負(fù)值。 一般地，處于風(fēng)流場(chǎng)中的建筑物，其迎風(fēng)面一般會(huì)受到壓力作用，且由于建筑大多為非流線形（稱(chēng)為鈍體），在背風(fēng)面、側(cè)面和屋面角部會(huì)產(chǎn)生一定的旋渦，從而引起吸力。下面對(duì)建筑物正面、側(cè)面、屋面和背面的風(fēng)流動(dòng)

23、作進(jìn)一步解釋。第53頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 建筑物正面壓力分布系數(shù) 氣流繞建筑物側(cè)面流場(chǎng)第54頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三氣流在屋面的再附著 屋面壓力分布系數(shù)第55頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 對(duì)于傾斜的屋面，壓力的正負(fù)號(hào)、附著的位置及其在屋面上是否全部分離，主要取決于屋面的傾斜度。氣體繞傾斜屋面的流動(dòng)第56頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三屋面三角翼渦來(lái)流斜向吹向建筑物時(shí)，屋面將形成錐形渦，稱(chēng)為三角翼渦。第57頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三方形建

24、筑物背后的尾流第58頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三氣流遇到單個(gè)建筑物的風(fēng)流場(chǎng)第59頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三二、風(fēng)壓高度變化系數(shù) 在大氣邊界層中，越接近于地面，風(fēng)速越小，內(nèi)有大約在300500m以上的高度，風(fēng)速才不受地面粗糙度的影響可自由流動(dòng)，達(dá)到所謂的梯度風(fēng)速。在大氣邊界層中，風(fēng)速沿高度的變化規(guī)律稱(chēng)為風(fēng)剖面，我國(guó)采用指數(shù)型的風(fēng)剖面。任一高度或離地面高度（m）；標(biāo)準(zhǔn)參考高度，我國(guó)規(guī)定取為10m；高度處對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速（m/s）；標(biāo)準(zhǔn)參考高度對(duì)應(yīng)的平均風(fēng)速（m/s）；地面粗糙度指數(shù)。第60頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分

25、，星期三我國(guó)地面粗糙度類(lèi)別和對(duì)應(yīng)的 值地面粗糙度類(lèi)別描述A近海海面、海島、海岸及沙漠地區(qū)3000.12B田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)3500.16C有密集建筑群的城市市區(qū)4000.22D有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)4500.30第61頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三 對(duì)任一地面粗糙度類(lèi)別的風(fēng)壓為經(jīng)計(jì)算，得風(fēng)壓高度變化系數(shù)ABCD1.171.000.740.623.123.123.123.12第62頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三三、關(guān)于不同重現(xiàn)期之間風(fēng)壓的換算 我國(guó)按重現(xiàn)期50年的概率確定基本風(fēng)壓，但對(duì)于風(fēng)荷載比較敏感的高層

26、建筑和高聳結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)提高10%，這相當(dāng)于將重期提高到100年，我國(guó)荷載規(guī)范已列出重現(xiàn)期為100年的基本風(fēng)壓值，可直接查用。 日本以重現(xiàn)期為100年的風(fēng)速為基準(zhǔn)歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)發(fā)重現(xiàn)期為50年的風(fēng)速為基準(zhǔn)第63頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三3.3 地面粗糙度類(lèi)別劃分的原理和指導(dǎo)思想 劃分地面粗糙度類(lèi)別的主要依據(jù)是風(fēng)剖面，不同的地面粗糙度類(lèi)別下的風(fēng)剖面是不一樣的。一、地面粗糙度類(lèi)別劃分的指導(dǎo)思想 確定某一城市的地面粗糙度類(lèi)別，必須要有該城市的實(shí)測(cè)值，這對(duì)于大多數(shù)地方來(lái)說(shuō)是難以實(shí)現(xiàn)的，因此，從規(guī)范或?qū)嶋H應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，常采用較為簡(jiǎn)單的或直觀的方法予以判別和分類(lèi)。 地面粗

27、糙度類(lèi)別劃分除與地面粗糙程度有關(guān)外，還與該城市或地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)流有關(guān)。 下面給出地面粗糙度類(lèi)別定量描述。第64頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三類(lèi) 別描 述A 風(fēng)從大于2km遠(yuǎn)的開(kāi)闊水面上吹來(lái)的沿海岸地區(qū)，從海岸延伸陸地500m或10H的距離，二者中取大者B高度為1.510m的少量分散障礙物等的開(kāi)闊地帶、草地C有大量密集35m高度的獨(dú)立住宅等覆蓋的城區(qū)D至少有50%的房屋高度超過(guò)20m地面粗糙度類(lèi)別定量描述注：H為建筑物高度； 這里僅描述了A類(lèi)的海岸地區(qū)。第65頁(yè)，共73頁(yè)，2022年，5月20日，11點(diǎn)56分，星期三二、風(fēng)流程的變化規(guī)律 近地風(fēng)在其行程中會(huì)遇到各種各樣的障礙物，隨著流動(dòng)風(fēng)向障礙物粗糙度的變化，內(nèi)速大小的豪華也不盡一致。一般地，不同地面粗糙度類(lèi)別有不同的風(fēng)剖面，當(dāng)風(fēng)進(jìn)入新的風(fēng)剖面中，在達(dá)到平衡狀態(tài)前，必須經(jīng)過(guò)某一地面距離，稱(chēng)為過(guò)渡區(qū)，隨著風(fēng)流程式的增加，新