风压计算.ppt
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1、.Breeze,wind,storm.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 hurricane.8月月30日美国新奥尔良飓风袭击日美国新奥尔良飓风袭击80%的土地被淹,死亡上千人,的土地被淹,死亡上千人,2000亿美金的重建费用亿美金的重建费用.飓风丽塔袭击美国飓风丽塔袭击美国.风起前后风起前后.8月月18日台风圣帕日台风圣帕.4.1.1风的形成风的形成风风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。由于地球自传和地球表由于地球自传和地球表面大陆与海洋吸热存在面大陆与海洋吸热存在差异,大气环流复杂些差异
2、,大气环流复杂些.4.1.2 两类性质的大风两类性质的大风1、台风、台风:是大气环流中的组成部分,是热带洋面上形是大气环流中的组成部分,是热带洋面上形成的低压气旋。成的低压气旋。2、季风:冬季西北风;夏季东南风。、季风:冬季西北风;夏季东南风。.4.1.3我国风气候总况我国风气候总况大风区大风区东南沿海、青藏高原东南沿海、青藏高原次大风区次大风区东北、华北和西北东北、华北和西北最大风区最大风区台湾、海南和南海岛屿;台湾、海南和南海岛屿;小风区小风区长江中下游、黄河中下游长江中下游、黄河中下游最小风区最小风区云贵高原云贵高原.4.1.4风级风级为区分风为区分风的大小,的大小,根据风对根据风对地面
3、(或地面(或海面)物海面)物体影响程体影响程度,常将度,常将风划分为风划分为13个等级。个等级。.4.2 风压风压 4.2.1 风压与风速的关系:当风以一定的速度向前运风压与风速的关系: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,称为风压动遇到阻塞时,将对阻塞物产生压力,称为风压kN/m3;g9.8m/s2;vm/s;kN/m2/g值各地不同:值各地不同:东南沿海:东南沿海:1/1750;内陆:海拔内陆:海拔500以下以下1/1600;3500以上以上1/2600.4.2.2 基本风压基本风压 Reference Wind Pressure 按照上述条件,根据全国各地气象台统计数按
4、照上述条件,根据全国各地气象台统计数据,用下式计算据,用下式计算基本风压通常符合五个规定(我国):基本风压通常符合五个规定(我国):标准高度:距地面标准高度:距地面10米高度处米高度处基本风速重现期:基本风速重现期:50年重现期年重现期最大风速的样本时间:年平均最大风速的样本时间:年平均公称风速的时距:公称风速的时距:10分钟最大风速分钟最大风速地貌:比较空旷平坦地面地貌:比较空旷平坦地面图45 全国基本风压分布图.4.2.3 非标准条件非标准条件下的风速或风压的换算下的风速或风压的换算1、非标准高度换算、非标准高度换算基本风压标准高度(基本风压标准高度(10m)与地貌或地面粗糙度有关的指数与
5、地貌或地面粗糙度有关的指数表表43国内外大城市中心及其近邻的实测国内外大城市中心及其近邻的实测值值p43.地区地区 上海近邻上海近邻南京南京广州广州圣路易斯圣路易斯蒙特利尔蒙特利尔 上海上海哥本哈根哥本哈根0.160.160.220.220.240.240.250.250.280.280.280.280.340.34地区地区 东京东京基辅基辅伦敦伦敦莫斯科莫斯科列宁格勒列宁格勒 纽约纽约巴黎巴黎0.340.340.360.360.360.360.370.370.410.410.390.390.450.45国内外大城市中心及其邻近的实测国内外大城市中心及其邻近的实测值值表表4-3.2、非标准地貌
6、的换算、非标准地貌的换算.地貌地貌海面海面空旷平坦地面空旷平坦地面城市城市大城市中心大城市中心0.1-0.130.13-0.180.18-0.280.28-0.44HT(m)275-325325-375375-425425-500不同地貌的不同地貌的及及HT值值表表4-4我国规范地面粗糙度分类:我国规范地面粗糙度分类:A类极糙度:在近海海面、海岛、海岸及沙漠地区,地面空旷,空气流动几乎无阻挡物B类粗糙度:田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市的郊区C类粗糙度:有密集建筑物的大城市市区D类粗糙度:有密集建筑物,且房屋较高的城市市区.地貌地貌海面海面空旷平坦地面空旷平坦地面城市城市大城市
7、中心大城市中心0.120.160.220.30HT(m)300350400450我国各类地貌的我国各类地貌的及及HT值值表表4-5ABCD地貌计算值在标准高度上的差异:地貌计算值在标准高度上的差异:A/B=1.379;B/C=1.626;C/D=1.933例题例题1p44.3、不同时距的换算、不同时距的换算4、不同重现期的换算、不同重现期的换算不同重现期风压与不同重现期风压与50年重现期风压的比值年重现期风压的比值表表47风速时距风速时距1h10min5min2min1min30s20s10s5s瞬时瞬时统计比值0.9411.071.161.201.261.281.351.391.50各种不同
8、时距与各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值分钟时距风速的平均比值表表46重现期重现期(年)年)T0100503020105310.5r 1.1141.000.9160.8490.7340.6190.5350.3530.239.4.2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1.结构的风力与风效应结构的风力与风效应顺风向力,横风向力及扭力矩顺风向力,横风向力及扭力矩2.顺风向平均风与脉动风顺风向平均风与脉动风3.横风向风振横风向风振.建筑结构荷载规范:规范正文条文说明.7 7 风风 荷荷 载载 7.1 7.1 风荷载标准值及基本风压风荷载标准值及基本风压7.1.1 7.1.1 垂直
9、于建筑物表面上的风荷载标准值,应按下述公式计算:垂直于建筑物表面上的风荷载标准值,应按下述公式计算:1 1 当计算主要承重结构时当计算主要承重结构时 (7.1.1-1)(7.1.1-1)2 2 当计算围护结构时当计算围护结构时 (7.1.1-2)(7.1.1-2)7.1.2 7.1.2 基本风压应按本规范附录基本风压应按本规范附录D.4D.4中附表中附表D.4D.4给出的给出的5050年一遇的风压采用,但不年一遇的风压采用,但不得小于得小于0.3kN0.3kNm m2 2。对子高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构,基本风压应适当提对子高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构
10、,基本风压应适当提高,并应由有关的结构设计规范具体规定。高,并应由有关的结构设计规范具体规定。规范正文规范正文.7 7 风荷载风荷载 7.1 7.1 风荷载标准值及基本风压风荷载标准值及基本风压 7.1.17.1.1对于主要承重结构,风荷载标准值的表达可有两种形式,其一为平均风压加上由脉对于主要承重结构,风荷载标准值的表达可有两种形式,其一为平均风压加上由脉动风引起导致结构风振的等效风压;另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振动风引起导致结构风振的等效风压;另一种为平均风压乘以风振系数。由于在结构的风振计算中,一般往往是第计算中,一般往往是第1 1振型起主要作用,因而我国与大多数国家相
11、同,采用后一种表达振型起主要作用,因而我国与大多数国家相同,采用后一种表达形式,即采用风振系数形式,即采用风振系数z z,它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应,其中包括风,它综合考虑了结构在风荷载作用下的动力响应,其中包括风速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。速随时间、空间的变异性和结构的阻尼特性等因素。对于围护结构,由于其刚性一般较大,在结构效应中可不必考虑其共振分量,此时可仅在对于围护结构,由于其刚性一般较大,在结构效应中可不必考虑其共振分量,此时可仅在平均风压的基础上,近似考虑脉动风瞬间的增大因素,原则上可通过局部风压体型系数平均风压的基础上,近似考虑脉动风瞬间的增大因素,
12、原则上可通过局部风压体型系数s1s1和阵风系数和阵风系数gzgz来计算其风荷载。来计算其风荷载。7.1.27.1.2基本风压基本风压0 0是根据全国各气象台站历年来的最大风速记录,按基本风压的标准要求,是根据全国各气象台站历年来的最大风速记录,按基本风压的标准要求,将不同风仪高度和时次时距的年最大风速,统一换算为离地将不同风仪高度和时次时距的年最大风速,统一换算为离地10m10m高,自记高,自记1Omin1Omin平均年最大平均年最大风速风速(m/s)(m/s)。根据该风速数据,按附录。根据该风速数据,按附录D D的规定,经统计分析确定重现期为的规定,经统计分析确定重现期为5050年的最大风速
13、,年的最大风速,作为当地的基本风速作为当地的基本风速0 0。再按贝努利公式。再按贝努利公式 确定基本风压。以往,国内的风速记录大多数根据风压板的观测结果,刻度所反映的风速,确定基本风压。以往,国内的风速记录大多数根据风压板的观测结果,刻度所反映的风速,实际上是统一根据标准的空气密度实际上是统一根据标准的空气密度=1.25kg=1.25kgm m3 3按上述公式反算而得,因此在按该风速按上述公式反算而得,因此在按该风速确定风压时,可统一按公式确定风压时,可统一按公式 计算。计算。鉴于通过风压板的观测,人为的观测误差较大,再加上时次时距换算中的误差,其结果就鉴于通过风压板的观测,人为的观测误差较大
14、,再加上时次时距换算中的误差,其结果就不太可靠,当前各气象台站已累积了较多的根据风杯式自记风速仪记录的不太可靠,当前各气象台站已累积了较多的根据风杯式自记风速仪记录的10min10min平均年最平均年最大风速数据,因此在这次数据处理时,基本上是以自记得数据为依据。因此在确定风压时,大风速数据,因此在这次数据处理时,基本上是以自记得数据为依据。因此在确定风压时,必须考虑各台站观测当时的空气密度,当缺乏资料时,也可参考附录必须考虑各台站观测当时的空气密度,当缺乏资料时,也可参考附录D D的规定采用。的规定采用。.风荷载标准值风荷载标准值 nominal value of wind load垂至于建
15、筑物表面的风荷载标准值垂至于建筑物表面的风荷载标准值(kN/m2)当取当取z为为1时,相当于平均风压下的静力风载时,相当于平均风压下的静力风载.风压高度变化系数风压高度变化系数按照按照地面粗糙度类别地面粗糙度类别和和距地面高度距地面高度确定确定地面粗糙度分类地面粗糙度分类A 近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠近海海面、海岛、海岸、湖岸、沙漠 B 田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡田野、乡村、丛林、丘陵、房屋稀少的乡 镇及城郊镇及城郊C 有密集建筑群的城市市区有密集建筑群的城市市区D 有密集建筑群且房屋较高的城市市区有密集建筑群且房屋较高的城市市区.1以拟建房以拟建房2km为半径的迎风半圆影响范
16、围内的房屋高度和密集为半径的迎风半圆影响范围内的房屋高度和密集度来区分粗糙度类别,风向原则上应以该地区最大风的风向为准,度来区分粗糙度类别,风向原则上应以该地区最大风的风向为准,但也可取其主导风;但也可取其主导风;2以半圆影响范围内建筑物的平均高度以半圆影响范围内建筑物的平均高度来划分地面粗糙度类别,来划分地面粗糙度类别,当当18m,为,为D类,类,9m18m,为,为C类,类,9m,为,为B类;类;3影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定,即每座建筑物影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定,即每座建筑物向外延伸距离为其高度的面域内均为该高度,当不同高度的面域向外延伸距离为其高度的面域内均为
17、该高度,当不同高度的面域相交时,交叠部分的高度取大者;相交时,交叠部分的高度取大者;4平均高度平均高度取各面域面积为权数计算。取各面域面积为权数计算。确定城区的地面粗糙度类别时,若无确定城区的地面粗糙度类别时,若无的实测,可按下述原则近的实测,可按下述原则近似确定:似确定:.风压高度变化系数风压高度变化系数.风压高度变化系数风压高度变化系数离地面或海平面高度地面粗糙度类别(m)ABCD5101520304050601.171.381.521.631.801.922.032.121.001.001.141.251.421.561.671.770.740.740.740.841.001.131.2
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