武汉大学：《荷载与结构设计方法》课程教学课件（PPT讲稿）04 风荷载

第四章风荷载 内容提要 4.1风的基本知识 4.2基本风速和基本风压 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

第四章 风荷载 内容提要 4.1 风的基本知识 4.2 基本风速和基本风压 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

4.1风的基本知识 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 》地表上存在气压差或压力梯度 北极 00 赤道 大气热力学环流模型 ◆赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高， 空气密度小、 气压小，且大气因加热膨胀，由表面向高空上 ◆极地和高纬度地区：受热量较少，气温低，空气密度大、 气压大，且大气因冷却收缩由高空向地表上升

4.1 风的基本知识  赤道和低纬度地区：受热量较多，气温高，空气密度小、 气压小,且大气因加热膨胀，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、 气压大 ，且大气因冷却收缩由高空向地表上升 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  地表上存在气压差或压力梯度 北极 赤道 大气热力学环流模型

二、两类性质的大风 1、台风 →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 →形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降） →低涡增强 →辐合加强 →。（循环） →台风(typoon) →台圆

二、两类性质的大风 1、台风  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  形成暖心（涡旋内部空气密度减小，下部海面气压下降）  低涡增强  辐合加强  。（循环）  台风(typoon)  台风名字

G0LS9红外線雲圖8/1217Z00

2、季风(season wind) ◆冬季：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 ◆夏季：大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低、气压高 →风从海洋吹向大陆 三、风级（根据风对地面或海洋物体影响程度） ~13个等级（0级~12级)（P59,表4-1)-18等 级 0级1级2级3级4级5级6级7级8级9级10级11级12级 静风软风轻风微风和风清劲风强风疾风大风烈风狂风暴风飓风

2、季风(season wind)  冬季: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  夏季:大陆温度高、气压低；相邻海洋温度比大陆低 、气压高  风从海洋吹向大陆 三、风级（根据风对地面或海洋物体影响程度）  13个等级（0级12级）（P59，表4-1）-18等 级 0级 1级 2级 3级 4级 5级 6级 7级 8级 9级 10级 11级12级 静风 软风 轻风 微风 和风 清劲风 强风 疾风 大风 烈风 狂风 暴风飓风

4.2基本风速和基本风压 4.2.1基本风速v ~按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压 ◆地貌（地面粗糙度）—空旷平坦地貌 ◆高度一10米高为标准高度 ◆公称风速时距一c=10min 公称风速。=}引)山，即一定时间间隔内的平均风速 ◆最大风速的样本时间一一年 ◆基本风速的重现期T。—基本风速出现一次所需要的时间

 按规定的地貌、高度、时距等量测的风速所确定的风压  地貌（地面粗糙度）——空旷平坦地貌  高度——10米高为标准高度  公称风速时距——=10min  最大风速的样本时间——一年  基本风速的重现期T0——基本风速出现一次所需要的时间 公称风速 =  ( )   o v v t dt 1 0 , 即一定时间间隔内的平均风速 4.2 基本风速和基本风压 4.2.1基本风速v

最大风速-随机变量 面积p。=1-1/T 年最大风速 年平均最大风速基本风速 年最大风速概率密度分布 →每年不超过基本风速的概率或保证率=1-1/T0（图中影形面 铝GB50009-2012规定： 以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年 一遇10min内最大风速y%为基本风速

每年不超过基本风速的概率或保证率p0=1-1/T0（图中影形面 积） GB50009-2012规定： 以当地比较空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年 一遇10min内最大风速v0为基本风速。 最大风速 -随机变量 年最大风速 p 基本风速 面积 p0=1-1/T0 年平均最大风速 年最大风速概率密度分布

4.2.2基本风压w% 风压w=2P八推导 合力 -dw dA=Ma pdAdl.dv/dt dw pdl.dv/dt - dw=pvdv (因为dl=vdt) 1 9=7p2+9 边界条件： 当V=0时，M1=Wm(气流冲击结构物后其截面中心点产生的最大气流压强) 当v时，W1=wb(气流原先压力强度) 1 2 W-20v+wm 、b2 w=wh-wm=-pv=-128 Y=0.012018kN/m3(空气单位体积的重力)，g=9.8m/s2 风压：W= (kN/m2) 1630

风压 2 2 1 w = v 推导 合力 − dw dA = Ma = dAdl  dv dt 1 − dw = dl  dv dt 1 − dw = vdv 1 (因为dl = vdt ) w = − v + c 2 1 2 1  边界条件： 当v = 0时，w1 = wm（气流冲击结构物后其截面中心点产生的最大气流压强） 当v时，w1 = wb（气流原先压力强度） wb = − v + wm 2 2 1  g v w w wm v b 2 2 1 2 2 = − = −  = −  =0.012018kN/m3（空气单位体积的重力），g=9.8m/s2 风压： 1630 2 v w = (kN/m2) 4.2.2基本风压w0

4.2.3非标准条件下的风速或风压的换算 (1)非标准高度换算（查表4.2） 在大气边界层中，越接近于地面，风速越小，只有在 300-550m以上高度的风速，才不受地面粗糙度影响可以自 由流动（即所谓梯度风速）。 -2 w()_ Vs Woa Vs (2)非标准地貌时的换算（表4.3） (3)不同时距的换算（表4.4） (4)不同重现期的换算（表4.5） 4.2.4山区的基本风压 4.2.5远海海面和海岛的基本风压

4.2.3非标准条件下的风速或风压的换算 a a s s a z z v v w w z 2 2 2 0 ( )         = = （1）非标准高度换算（查表4.2） 在大气边界层中，越接近于地面，风速越小，只有在 300-550m以上高度的风速，才不受地面粗糙度影响可以自 由流动（即所谓梯度风速）。          = s s z z v v 2 2 （2）非标准地貌时的换算（表4.3） （3）不同时距的换算（表4.4） （4）不同重现期的换算（表4.5） 4.2.4山区的基本风压 4.2.5远海海面和海岛的基本风压

4.3风压高度变化系数4， 地面高度变化对风速影响较大，离地面越高，风 速越大，风压也就越大。设任意粗糙度处的风压为 wa(a),将它与标准粗糙度下标准高度（一般为10m) 处的基本风压之比定义为风压高度变化系数4，。 我国规范用风压高度变化系数μ，综合考虑不同高 度和不同地貌情况的影响，见表4.7

4.3风压高度变化系数μz 地面高度变化对风速影响较大，离地面越高，风 速越大，风压也就越大。设任意粗糙度处的风压为 wa (z)，将它与标准粗糙度下标准高度（一般为10m） 处的基本风压之比定义为风压高度变化系数μz。 我国规范用风压高度变化系数μz综合考虑不同高 度和不同地貌情况的影响，见表4.7