高压气幕 流向
小股气流wb
wm
压力线
建筑物
w1dA
dl
(w1+dw1)dA 风压的形成(wb- wm)
w=v2/2
4-26
4.2.1 风压与风速的关系
w1dA
dl
(w1+dw1)dA

γ/2g值各地不同： 东南沿海：约1/1750； 内陆：海拔500m以下约1/1600；3500m以上约1/2600
4-45
平均风——静力风效应 脉动风——动力风效应 地面粗糙度的影响：地面越粗糙，v越小，vf的幅值越大且频 率越高。

脉动风的特性： ① 幅值特性 为一随机过程 [ vf (t),t∈T ] 幅值服从正态分布 σv ：脉动风速的均方差
vfi ：vf 的一条时程记录曲线
4-46
②频率特性 可用功率谱密度描述 功率谱密度的定义：脉动风振动的频率分布
静、烟直上
烟能表示方向，但风向 标不能转动 人面感觉有风，树叶有 微响，风向标能转动 树叶及微枝摇动不息， 旌旗展开
<1
1~5
２
３ ４
轻风
微风 和风
0.2
0.6 1.0
0.3
1.0 1.5
6~11
12~19
4~6
7~10 11~16
1.6~3.3
3.4~5.4 5.5~7.9
能吹起地面灰尘和纸张， 20~28 树的小枝摇动
风对构筑物的破坏
对房屋建筑结构的破坏
桥梁结构的破坏 对输电系统等生命线工程的破坏 对广告牌、标语牌等的破坏 对港口设施的破坏 对海洋工程结构的破坏
风对构筑物的破坏
被飓风卡特里娜严重损 坏的新奥尔良多层建筑
风对构筑物的破坏 (风灾前后)
窗户被飓风卡特里娜严重 损坏的新奥尔良凯悦酒店
8月30日美国新奥尔良飓风袭击 80%的土地被淹，死 亡上千人，2000亿美金的重建费用
飓风威尔玛 (古巴,2005.10)
古巴首都哈瓦那海滨大街
2005.10.24飓风“威尔玛” 掀起巨浪，越过堤岸，拍 打着楼房
台风圣帕引起巨浪
(福建、浙江2007.8)
飓风丽塔袭击美国
(2005.9)
风对构筑物的破坏
微枝折毁，人向前行， 感觉阻力甚大
烟囱顶部及平瓦移动， 小屋有损 陆上少见，见时可使树 木拔起或建筑物吹毁 陆上很少，有时必有重 大损毁 陆上绝少，其捣毁力极 大
17.2~ 20.7
20.8~ 24.4 24.5~ 28.4 28.5~ 32.6 32.7~ 36.9
4-7
11
12
暴风
飓风
11.5
14
4-27
4.2.2 基本风压
• 基本风压的定义：按 规定的地貌、高度、 时距等量测的风速称 为基本风压。
标准地貌
标准高度 平均风速的时距
基本风速 或基本风压
最大风速 的重现期
最大风速的样本
4-28
• 基本风压应符合五个规定：
1 标准高度的规定：一般取为10 m 2 地貌的规定：空旷平坦 3 公称风速的时距
风对构筑物的破坏
台风约克造 成的香港湾 仔数幢大厦 玻璃幕墙损 坏情况
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
遭受风灾的江苏某体育场
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
风对构筑物的破坏
4.2 风压
• 风压的定义：当风 以一定的速度向前运动遇到 阻塞时，将对阻塞物产生压力，即风压。
0.30
0.40 0.25 0.30 0.25
0.50
0.55 0.40 0.45 0.40
0.60
0.60 0.45 0.50 0.45
无锡市
杭州市
6.7
41.7
0.30
0.30
0.45
0.45
0.50
0.50
宁波市
合肥市
4.2
27.9
0.30
0.25
0.50
0.35
0.60
0.40
4.2.3 非标准条件下的风速或风压的换算
16.0
—
汽船遇之极危险
海浪滔天
103~ 56~63 117 118~ 133 64~71
台风云娜 (浙江,2004.8)
台风云娜登陆时卫星云图
4-8
飓风伊万(美国,2004.9)
从国际空间站拍摄的 飓风伊万云图,最高 风速214 km/h （59.4m/s）
4-9
飓风卡特里娜 (美国新奥尔良,2005.8)
式中
v0：公称风速； v(t)：瞬时风速； τ：时距。 10 min~1 h的平均风速基本稳定，我国取τ=10 min。
4-29
4 最大风速的样本时间
风有它的自然周期，每年季节性的重复一次。 一般取一年为统计最大风速的样本时间。
5 基本风速(最大风速)的重现期 1 设重现期为 T0 年，则 T 为超过设计最大风速的概率，因为不超过 该设计最大风速的概率或保证率 P 0 为： 1 P 1 0 T0
1.非标准高度换算 实测表明,平均风速沿高度呈幂指数函数变化,即：
任一点的高度 任一点的平均风速 与地貌或地面粗糙度有关的指数
∴
基本风压标准高度（10m） 基本风速(标准高度处的平均风速)
因此
4-35
2.非标准地貌的换算
梯度风：不受地表影响，能够在气压梯度作用下自由流动的风。 梯度风高度HT与地面的粗糙程度有关,一般为300~550m,地面越粗糙，HT越大。
空旷平坦地面
350
350 300 250 200 150 100 50
梯度风速(%)
海面
300 250 200 150 100 50 0
0 0 20 40 60 80 100
0
0 20 40 60 80 100
0
0
20
40
60
80 100
0
20
ห้องสมุดไป่ตู้40
60
80 100
4-36
从图中可知，地面越粗糙，风速变化越慢（α越大），梯度风高度将越 高；反之，地面越平坦，风速变化将越快（α越小）；梯度风高度将越 小。 不同地貌的α及HT值
1.20
0.5 min
1.26
20 s
1.28
10 s
1.35
5s
1.39
瞬时
1.50
4.不同重现期的换算
不同重现期风压与50年重现期风压的比值
重现期T0 (年) μr
100
1.114
50
1.00
30
0.916
20
0.849
10
0.734
5
0.619
3
0.535
1
0.353
0.5
0.239
4-43
4.3 结构抗风计算的几个重要概念
0.12 300
5
0.15 350
10
0.22 450
15
0.30 550
30
梯度风高度 HT (m)
截断高度 z0 (m)
A类——近海海面和海岛、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 （标准地貌）； C类——密集建筑群城市市区； D类——密集建筑群且房屋较高的城市市区。 考虑到近地面风速的不确定性较高，规范还分别规定了这四类地貌 的截断高度，截断高度以下的风速、风压取截断高度处的相应值。
按照上述条件,根据全国各地气象台统计数据,用下式计算
2 v0 w0 1600
全国基本风压分布图
风荷载(可变荷载)：基本风压
城市 北京市 海拔高度(m) 54.0 基本风压(kN/m2) R=10 0.30 R=50 0.45 R=100 0.50
天津市
上海市 重庆市 济南市 南京市
3.3
2.8 259.1 51.6 8.9
强风
疾风 大风 烈风 狂风
3.0
4.0 5.5 7.0 9.0
4.0
5.5 7.5 10.0 12.5
39~49
50~61 62~74 75~88 89~102
22~27
28~33 30~40 41~47 48~55
10.8~ 13.8 13.9~ 17.1
近港渔船皆停留 不出
汽船航行困难 汽船返航颇危险
Davenport水平脉动风速功率谱密度
4-47
风荷载概述
当风以一定速度吹向建筑物时，建筑物将对其产生阻塞和扰 动作用，从而改变该建筑物周围风的流动特性。反过来，风 的这种流动特性改变引起的空气动力效应将对结构产生作用。
由于自然风的紊流特性，因此风对结构的这种作用包含了静 力作用和动力作用两个方面，使结构产生相应的静力和动力 响应。
第4章 风荷载
本章主要内容
4.1 风的有关知识 4.2 风压 4.3 结构抗风计算的几个重要概念 4.4 顺风向结构风效应 4.5 横风向结构风效应
2
4.1 风的有关知识
4.1.1 风的形成
风是空气从气压大的地方向气 压小的地方流动而形成的。
由于地球自传和地球表 面大陆与海洋吸热存在 差异，大气环流复杂些
地貌 海面 0.1~0.13 275~325 空旷平坦地面 0.13~0.18 325~375 城市 0.18~0.28 375~450 大城市中心 0.28~0.44 425~550
α
HT(m)
4-37
我国各类地貌的a及HT值 建筑结构荷载规范 (GB50009-2012)
地貌 地面粗糙度指数a A B C D
风不仅对结构产生静力作用，还会产生动力作用，引起高层建 筑、各类高塔和烟囱等高耸结构、大跨度缆索承重桥梁、大跨 度屋顶或屋盖、灯柱等许多柔性结构的振动，产生动力荷载， 甚至引起破坏。