第三章可變作用3.1概述工業與民用建筑中可變作用的類型橋涵結構設計中可變作用的類型土的凍脹力汽車荷載引起的土側壓力土的凍脹力凍脹力的形成平均凍脹率凍脹力的分類（按方向）汽車荷載引起的土側壓力形成的原因計算方法一、樓面活荷載的取值原則

1.樓面活荷載的標準值雖然《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)對一般民用建筑和某些類別的工業建筑有明確的樓面荷載取值規定，但設計中有時會遇到要求確定某種規范中未明確的樓面活荷載的情況，此時可按下列方法確定其標準值。(1)對該種樓面活荷載的觀測進行統計，當有足夠資料并能對其統計分布作出合理估計時，則在房屋設計基準期(50年)最大值的分布上，根據協定的百分位取其某分位值作為該種樓面活荷載的標準值。(2)對不能取得充分資料進行統計的樓面活荷載，可根據已有的工程經驗，通過分析判斷后，協定一個可能出現的最大值作為該類樓面活荷載的標準值。(3)對房屋內部設施比較固定的情況，設計時可直接按給定布置圖式或按對結構安全產生最不利效應的荷載布置圖式，對結構進行計算。(4)對使用性質類同的房屋，如內部配置的設施大致相同，一般可對其進行合理分類，在同一類別的房屋中，選取各種可能的荷載布置圖式，經分析研究后選出最不利的布置作為該類房屋樓面活荷載標準值的確定依據，采用等效均布荷載方法求出樓面活荷載標準值。樓面和屋面活荷載

2.樓面活荷載準永久值對《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載準永久值可按下列原則確定。 (1)按可變荷載準永久值定義，由荷載任意時點分布上的中值確定。 (2)對有可能將可變荷載劃分為持久性和臨時性兩類荷載時，可直接引用持久性荷載分布中的規定分位值為該活荷載的準永久值。 (3)當缺乏系統的觀測資料時，可根據樓面使用性質的類同性，參照《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準永久值系數經分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載

3.樓面活荷載頻遇值 對《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)未明確的樓面活荷載頻遇值可按下列原則確定。 (1)按可變荷載準頻遇值定義，可近似在荷載任意時點分布上取其超越概率為較小值的荷載值，該超越荷載值建議不大于10%。 (2)當缺乏系統的觀測資料時，可根據樓面使用性質的類同性，參照《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)中給出的樓面活荷載準頻遇值系數經分析比較后確定。

樓面和屋面活荷載

5.樓面活荷載的動力系數樓面在荷載作用下的動力響應來源于其作用的活動狀態，大致可分為兩大類：一類是在正常活動下發生的樓面穩態振動，例如機械設備的運行，車輛的行使，競技運動場上觀眾的持續歡騰、跳舞和走步等；另一類是偶爾發生的樓面瞬態振動，例如重物墜落、人自高處跳下等。前一種作用在結構上可以是周期性的，也可以是非周期性的；后一種是沖擊荷載，引起振動都將因結構阻尼而消逝。樓面設計時，對一般結構的荷載效應，可不經過結構的動力分析，而直接對樓面上的靜力荷載乘以動力系數后，作為樓面活荷載，按靜力分析確定結構的荷載效應。在很多情況下，由于荷載效應中的動力部分占比重不大，在設計中往往可以忽略，或直接包含在標準值的取值中。對沖擊荷載，由于影響比較明顯，在設計中應予以考慮。

樓面和屋面活荷載二、民用建筑樓面均布活荷載

1.民用建筑樓面均布活荷載標準值及組合值、頻遇值和準永久值系數民用建筑樓面活荷載是指建筑物中的人群、家具、設施等產生的重力作用，這些荷載的量值隨時間發生變化，位置也是可移動的，亦稱可變荷載。樓面活荷載按其隨時間變異的特點，可分為持久性和臨時性兩部分。持久性活載荷是指樓面上在某個時段內基本保持不變的荷載，例如住宅內的家具、物品、常住人員等，這些荷載在住戶搬遷入住后一般變化不大；臨時性活荷載是指樓面上偶爾出現的短期荷載，例如聚會的人群、裝修材料的堆積等。 樓面和屋面活荷載

2.民用建筑樓面活荷載標準值折減目前大多數國家均采用半經驗的傳統方法，根據荷載從屬面積的大小來考慮折減系數。1)國際通行做法在國際標準ISO2103中，建議按下述不同情況對樓面均布荷載乘以折減系數。(1)在計算梁的樓面活荷載效應時，公式為：①對住宅、辦公樓等房屋或其房間，公式為：

(A＞18m2)(3-1)②對公共建筑或其房間，公式為：

(A＞18m2)(3-2)式中，A為所計算梁的從屬面積，指向梁兩側各延伸1/2梁間距范圍內的實際樓面面積。(2)在計算多層房屋的柱、墻或基礎的樓面活荷載效應時：①對住宅、辦公樓等房屋，公式為： (3-3)②對公共建筑，公式為： (3-4)式中，n為所計算截面以上樓層數，2。樓面和屋面活荷載3.樓面等效均布活荷載的確定方法(1)樓面、變形及裂縫的等值要求來確定等效均布活荷載。在一般情況下，可僅按控制截面內力的等值原則確定。

(2)由于實際工程中生產、檢修、安裝工藝以及結構布置的不同，樓面活荷載差別可能較大，此情況下應劃分區域，分別確定各區域的等效均布活荷載。

(3)連續梁、板的等效均布荷載，可按單跨簡支梁、簡支板計算，但在計算梁、板的實際內力時仍按連續結構進行分析，可考慮梁、板塑性內力重分布，并按彈性階段分析內力確定等效均布活荷載。(4)板面等效均布荷載按板內分布彎矩等效的原則確定，即簡支板在實際的局部荷載作用下引起的絕對最大彎矩，應等于該簡支板在等效均布荷載作用下引起的絕對最大彎矩。單向板上局部荷載的等效均布活荷載，可按下式計算：(5)計算板面等效均布荷載時，還必須明確擱置于樓面上的工藝設備局部荷載的實際作用面尺寸，作用面一般按矩形考慮，并假定荷載按45°擴散線傳遞，這樣可以方便地確定荷載擴散到板中性層處的計算寬度，從而確定單向板上局部荷載的有效分布寬度。 樓面和屋面活荷載四、屋面活荷載和屋面積灰荷載

1.屋面均布活荷載工業及民用房屋的屋面，其水平投影面上屋面均布活荷載標準值、組合值系數、頻遇值系數及準永久值系數按表3-10采用。

樓面和屋面活荷載項次類別標準值/(kN/m2)組合值系數ψc頻遇值系數ψf準永久值系數ψql不上人的屋面0.50.70.50.02上人的屋面2.00.70.50.43屋頂花園3.00.70.60.5屋面均布活荷載注：①不上人的屋面，當施工或維修荷載較大時，應按實際情況采用；對不同結構應按有關設計規范的規定，將標準值作0.2kN/m2的增減。②上人的屋面，當兼作其他用途時，應按相應樓面活荷載采用。③對于因屋面排水不暢、堵塞等引起的積水荷載，應采取構造措施加以防止；必要時，應按積水的可能深度確定屋面活荷載。④屋頂花園活荷載不包括花圃土石等材料自重。設計時注意屋面活荷載不應與雪荷載同時考慮，此外該活荷載是屋面的水平投影面上的荷載。由于我國大多數地區的雪荷載標準值小于屋面均布活荷載標準值，因此在屋面結構和構件計算時，往往是屋面均布活荷載對設計起控制作用。高檔賓館、大型醫院等建筑的屋面有時還設有直升機停機坪，直升機總重引起的局部荷載可按直升機的實際最大起飛重量并考慮動力系數確定，同時其等效均布荷載不低于5.0kN/m2。當沒有機型技術資料時，一般可依據輕、中、重3種類型的不同要求，按表2-12規定選用局部荷載標準值及作用面積。直升機的局部荷載及作用面積樓面和屋面活荷載注：荷載的組合值系數應取0.7，頻遇值系數應取0.6，準永久值系數應取0。類型最大起飛重量/t局部荷載標準值/kN作用面積/m2輕型2200.20×0.20中型4400.25×0.25重型6600.30×0.30對有雪地區，積灰荷載應與雪荷載一道考慮；雨季的積灰吸水后重度增加，可通過不上人屋面的活荷載來補償。因此，積灰荷載應與雪荷載或不上人的屋面均布活荷載兩者中的較大值同時考慮。【例2.3】要求確定某水泥廠的機修車間天溝處的鋼筋混凝土大型屋面板的屋面積灰荷載標準值。解：查表3-10，該車間屬水泥廠無灰源的車間且屋面坡度a<25°，因此，其屋面積灰荷載標準值為0.5kN/m2，但根據規定天溝處的屋面積灰荷載標準值應乘以增大系數1.4，故該處的屋面積灰荷載標準值qak。

樓面和屋面活荷載五施工、檢修荷載及欄桿水平荷載1.施工和檢修荷載標準值設計屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐、雨篷和預制小梁時，除了考慮屋面均布活荷載外，還應按下列施工、檢修集中荷載(人和工具自重)標準值出現在最不利位置上進行驗算。(1)屋面板、檁條、鋼筋混凝土挑檐和預制小梁，施工或檢修集中荷載應取1.0kN，并應作用在最不利位置處進行驗算。(2)計算挑檐、雨篷承載力時，應沿板寬每隔1.0m取一個集中荷載；在驗算挑檐、雨篷傾覆時，應沿板寬每隔2.5～3.0m取一個集中荷載，集中荷載的位置作用于挑檐、雨篷端部(圖2.15)。(3)對于輕型構件或較寬構件，當施工荷載超過上述荷載時，應按實際情況驗算，或采用加墊板、支撐等臨時設計承受。2.欄桿水平荷載標準值設計樓梯、看臺、陽臺和上人屋面等的欄桿時，考慮到人群擁擠可能會對欄桿產生側向推力，應在欄桿頂部作用水平荷載進行驗算(圖3.20)。欄桿水平荷載的取值與人群活動密集程度有關，可按下列規定采用。

樓面和屋面活荷載樓面和屋面活荷載(2)傾覆點至墻外邊緣的距離。雨篷傾覆時，參照《砌體結構設計規范》(GB50003—2001)第7.4.2條關于挑梁傾覆點的規定，由于雨篷板支于雨篷梁上，即埋入墻深度為雨篷梁的寬度，其值小于2.2倍的梁高，因此，計算傾覆點離墻外邊緣的距離應為0.13倍的雨篷梁寬度，即：

(3)傾覆彎矩標準值。由施工荷載或檢修荷載產生的傾覆彎矩標準值為：

思考題1.土的自重應力計算可以分幾種情況，如何確定？2.屋面活荷載都應考慮哪些內容，如何計算？3.如何確定橋面上的荷載？4.吊車荷載應考慮哪些方面，如何計算？5.樓面活荷載如何取值，應注意哪些問題？一、吊車工作制等級與工作級別按吊車在使用期內要求的總工作循環次數分成10個利用登級，又按吊車荷載達到其額定值的頻繁程度分成4個載荷狀態(輕、中、重、特重)。根據要求的利用等級和荷載狀態，確定調查的工作級別，共分8個級別作為吊車設計的依據。《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)在吊車荷載的規定中也相應采用按工作級別劃分，現在采用的工作級別與以往采用的工作制等級存在對應關系，如表所示。表吊車的工作制等級與工作級別的對應關系吊車荷載工作制等級輕級中級重級超重級工作級別A1～A3A4，A5A6，A7A8二、吊車豎向荷載和水平荷載1.吊車豎向荷載標準值最小輪壓則往往需由設計者自行計算，其計算公式如下。(1)對每端有兩個車輪的吊車(如電動單梁起重機、起重量不大于50t的普通電動吊鉤橋式起重機等)，其最小輪壓為： (3-15)(2)對每端有4個車輪的吊車(如起重量超過50t的普通電動吊鉤橋式起重機等)，其最小輪壓為：

式中，——吊車的最小輪壓(kN)； ——吊車的最大輪壓(kN)；G——吊車的總重量(t)；Q——吊車的額定起重量(t)；g——重力加速度，取等于9.81m/s2。吊車荷載3.吊車水平荷載標準值吊車水平荷載有縱向和橫向兩種。1)吊車縱向水平荷載標準值吊車縱向水平荷載標準值應按作用在吊車一端軌道上所有剎車輪的最大輪壓之和的10%采用。該項荷載的作用點位于剎車輪與軌道的接觸點，其方向與軌道方向一致。2)吊車橫向水平荷載標準值吊車橫向水平荷載標準值應按下式計算： (3-20)式中，H——吊車橫向水平荷載標準值；——系數，對軟鉤吊車：當額定起重量不大于10t時，應取0.12；當額定起重量為16～50t時，應取0.10；當額定起重量不小于75t時，應取0.08；對硬鉤吊車：應取0.20；Q——吊車的額定起重質量；G1——橫行小車質量。吊車橫向水平荷載應等分于吊車橋架的兩端，分別由軌道上的車輪平均傳至軌道，其方向與軌道垂直，并考慮正反方向剎車情況。

吊車荷載4.多臺吊車的組合對于多層吊車的單跨或多跨廠房的每個排架，參與組合的吊車臺數應按實際情況考慮；當有特殊情況時，參與組合的吊車臺數也應按實際情況考慮。計算排架考慮多臺吊車水平荷載時，對單跨或多跨的每個排架，參與組合的吊車臺數不應多于兩臺。按照以上組合方法，吊車荷載不論是由兩臺還是由4臺吊車引起，都按照各臺吊車同時處于最不利位置，且同時滿載的極端情況考慮，實際上這種最不利情況出現的概率是極小的。從概率觀點來看，可將多臺吊車共同作用時的吊車荷載效應組合予以折減。在實測調查和統計分析的基礎上，可得到多臺吊車的荷載折減系數 表3-17多臺吊車荷載折減系數吊車荷載參與組合的吊車臺數吊車工作級別A1～A5A6～A820.900.9530.850.9040.800.85為了滿足實際工程中某些情況下需要的不是重現期為50年的雪壓數據要求，在《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)附錄D中對部分城市給出重現期為10年、50年和100年的雪壓數據。已知重現期為10年及100年的雪壓時，求當重現期為R年時的相應雪壓值時可按下式確定：

(3-24)式中，——重現期為R年的雪壓值(kN/m2)；——重現期10年的雪壓值(kN/m2)；——重現期為100年的雪壓值(kN/m2)。雪荷載

2.我國基本雪壓的分布特點(1)新疆北部是我國突出的雪壓高值區。(2)東北地區由于氣旋活動頻繁，并有山脈對氣流起抬升作用，冬季多降雪天氣，同時氣溫低，更有利于積雪。(3)長江中下游及淮河流域是我國稍南地區的一個雪壓高值區。(4)川西、滇北山區的雪壓也較高。該地區海拔高，氣溫低，濕度大，降雪較多而不易融化。但該地區的河谷內，由于落差大，高度相對較低，氣溫相對較高，積雪不多。(5)華北及西北大部地區，冬季溫度雖低，但空氣干燥。水汽不足，降雪量較少，雪壓一般為0.2～0.3kN/m2。西北干旱地區，雪壓在0.2kN/m2以下。(6)南嶺、武夷山脈以南，冬季氣溫高，很少降雪，基本無積雪。雪荷載二、雪荷載標準值、組合值系數、頻遇值系數及準永久值系數

1.雪荷載標準值屋面水平投影面上的雪荷載標準值應按下式計算： (3-25) 式中，——雪荷載標準值(kN/m2)； ——屋面積雪分布系數； ——基本雪壓(kN/m2)。雪荷載

2.雪荷載的組合值系數、頻遇值系數及準永久值系數雪荷載的組合值系數可取0.7；雪荷載的頻遇值系數可取0.6；雪荷載的準永久值系數應按分區圖(附圖2)中的Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ的分區，分別取0.5、0.2、0；對部分城市的準永久系數分區也可按《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)附錄D的規定查出。雪荷載三、屋面積雪分布系數

1.風對屋面積雪的影響下雪過程中，風會把部分將要飄落或者已經飄積在屋面上的雪吹積到附近地面或鄰近較低的物體上，這種影響稱為風對雪的飄積作用。對于高低跨屋面或帶天窗屋面，由于風對雪的飄積作用，會將較高屋面上的雪吹落在較低屋面上，在低屋面處形成局部較大飄積雪荷載。有時這種積雪非常嚴重，最大可出現3倍于地面積雪的情況。低屋面上這種飄積雪大小及其分布情況與高低屋面上的高差有關。由于高低跨屋面交接處存在風渦作用，積雪多按曲線分布堆積。對于多跨屋面，屋谷附近區域的積雪比屋脊區大，其原因之一是風作用下的雪飄積，屋脊處的部分積雪被風吹落到屋谷附近，飄積雪在天溝處堆積較厚。雪荷載

2.屋面坡度對積雪的影響屋面雪荷載分布與屋面坡度密切相關，一般隨坡度的增加而減小，主要原因是風的作用和雪滑移所致。《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)規定對不同類別的屋面，其屋面積雪分布系數(屋面荷載與地面荷載之比)按表3-20采用。建筑結構設計考慮積雪分布的原則：屋面板和檁條按積雪不均勻分布的最不利情況采用；屋架或拱、殼可分別按積雪全跨均勻分布情況、不均勻分布情況和半跨的均勻分布的情況采用；框架和柱可按積雪全跨均勻分布情況采用。雪荷載3.5風荷載內容提要第一小節風的有關知識

第二小節風壓

第三小節結構抗風計算的幾個重要概念

第四小節順風向結構風效應

第五小節橫風向結構風效應

第一節風的有關知識

赤道和低緯度地區：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小,且大氣因加熱膨脹，由表面向高空上升極地和高緯度地區：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、氣壓大，且大氣因冷卻收縮由高空向地表上升一、風的形成--空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成

地表上存在氣壓差或壓力梯度北極赤道大氣熱力學環流模型二、兩類性質的大風1、臺風弱的熱帶氣旋性渦旋輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內部形成暖心（渦旋內部空氣密度減小，下部海面氣壓下降）低渦增強輻合加強。。。。。（循環）臺風(typoon)臺風名字2、季風(seasonwind)冬季:大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低

風從大陸吹向海洋夏季:大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低、氣壓高

風從海洋吹向大陸三、風級（根據風對地面或海洋物體影響程度）

13個等級（0級12級）（P37，表4-1）0級1級2級3級4級5級6級7級8級9級10級11級12級靜風軟風輕風微風和風清勁風強風疾風大風烈風狂風暴風颶風第二節風壓1、風壓與風速的關系建筑物小股氣流流向高壓氣幕壓力線w=v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA風壓的形成邊界條件：

2、基本風壓w0

按規定的地貌、高度、時距等量測的風速所確定的風壓

地貌（地面粗糙度）空曠平坦地貌

高度

10米高為標準高度

公稱風速時距

=10min

最大風速的樣本時間一年

基本風速的重現期T0基本風速出現一次所需要的時間每年不超過基本風壓的概率或保證率p0=1-1/T0（圖中影形面積）

GB50009-2001規定：以當地比較空曠平坦地面上離地10m高統計所得的50年一遇10min內最大風速v0為標準，按w

0=v02/1600確定。最大風速--隨機變量年最大風速p基本風速面積p0=1-1/T0年平均最大風速年最大風速概率密度分布第三節結構抗風計算的幾個重要概念

PL

截面風速

BPMPD

流經任意截面物體所產生的力

結構上的風力順風向力→PD、橫風向力→PL、扭力矩→PM

結構的風效應~由風力產生的結構位移、速度、加速度響應、扭轉響應一、結構的風力和風效應二、順風向平均風與脈動風順風向風速時程曲線平均風→忽略其對結構的動力影響→等效為靜力作用（∵風的長周期結構的自振周期）

脈動風→引起結構動力響應（∵風的短周期接近結構自振周期）

順風向的風效應：平均風效應、脈動風效應脈動風速vf—短周期成分，周期一般只有幾秒鐘vf

v(t)t一、順風向平均風效應1、風載體型系數（s）

氣流未被房屋干擾前的流速v0，壓力p0房屋表面某點的流速v，壓力p

伯努里方程：p0+v02/2=p+v2/2

w=p-p0=(1-v2/v02)

v02/2=sw0s=1-v2/v02

—風載體型系數，即風作用于建筑物上所引起的實際壓力（或吸力）與來流風的速度壓的比值,w/w0=s。主要與建筑物的體型和尺度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關描述建筑物表面在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律。風載體型系數s一般采用相似原理，在邊界層風洞內對擬建的建筑物模型進行試驗確定。《規范》GB50009-2001表7.3.1給出了38項不同類型的建筑物和各類結構體型及其體型系數房屋和構筑物與表中的體型類同時，可按表規定取用；房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可參考有關資料采用；房屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，宜由風洞試驗確定；對重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞試驗確定。風洞試驗--在風洞中建筑物能實現大氣邊界層范圍內風的平均風剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風速隨高度的變化

大氣紊流縱向分量--建筑物長度尺寸具有相同的相似常數建筑物的風洞尺寸：寬24m、高23m，長530m

模擬風剖面--要求模型與原形的環境風速梯度、紊流強度和紊流頻譜在幾何上和運動上都相似風洞試驗：委托風工程專家和專門的實驗人員費用較高（國外應用較普遍、國內應用較少）風洞試驗模型分類（1）剛性壓力模型--主要量測建筑物表面的風壓力（吸力）建筑模型材料：采用有機玻璃建筑模型比例：約1：3001：500建筑模型本身、周圍結構模型以及地形都應與實物幾何相似，與風流動有明顯關系的特征（建筑外形、突出部分等）都應正確模擬。風洞試驗得到結構的平均壓力、波動壓力、體型系數。風洞試驗一次需持續60s左右，相應實際時間1h（2）氣動彈性模型對高寬比大于5，需要考慮舒適度的高柔建筑時采用精確地考慮結構的柔性和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺寸、建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。（3）剛性高頻力平衡模型模型尺寸較小，1：500量級將一個輕質材料的模型固定在高頻反應的力平衡系統上，可得到風產生的動力效應。模擬結構剛度或高頻力平衡系統模擬結構剛度的基座桿長約150mm的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組合，可測傾覆力矩和扭矩等

150300600s-0.60+0.8風載體型系數s【例1】封閉式雙坡屋面【例2】封閉式房屋和構筑物(正多邊形)+0.8-0.5-0.5s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中間值按插入法計算+0.8-0.5-0.7-0.7？當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風壓會顯著增大，設計時應予以考慮。《規范》GB50009規定：將單獨建筑物的體型系數s乘以相互干擾系數(可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出)以考慮風力相互干擾的群體效應。？風力作用在高層建筑表面，其壓力分布很不均勻，在角隅、檐口、邊棱處和在附屬結構的部位（陽臺、雨篷等外挑構件），局部風壓會超過按表所得的平均風壓《規范》GB50009規定：對負壓區可根據不同部位分別取體型系數為-1.0-2.2？對封閉式建筑物，考慮到建筑物內實際存在的個別孔口和縫隙，以及機械通風等因素，室內可能存在正負不同的氣壓。《規范》GB50009規定：對封閉式建筑物的內表面壓力系數，按外表面風壓的正負情況取-0.2或0.22、風壓高度變化系數z地面的粗糙度、溫度垂直梯度在大氣邊界層內，風速隨離地面高度而增大當氣壓場隨高度不變時，風速隨高度增大的規律，主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度通常認為在離地面高度為300m500m時，風速不再受地面粗糙度的影響，達到“梯度風速”，該高度稱為梯度風高度HG地面粗糙度等級低的地區，其梯度高度比等級高的地區為低。

GB50009-2001地面的粗糙度類別A類—近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區B類—田野、鄉村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區C類—有密集建筑群的城市市區D類—有密集建筑群且房屋較高的城市市區地面粗糙度類別粗糙度指數梯度風高度HG風壓高度變化系數z

A類0.12300m1.379(z/10)0.24B類0.16350m1.000(z/10)0.32

C類0.22400m0.616(z/10)0.44D類0.30450m0.318(z/10)0.60

風壓高度變化系數z(z)=任意高度處的風壓wa(z)/基本風壓w0~根據離地面或海平面高度、地面粗糙度類別由GB50009—2001表7.2.1確定。

【思考題】《規范》GB50009對遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高度變化系數z如何確定？地面粗糙度近似確定原則（無實測粗糙度指數）以擬建房2km為半徑的迎風半圓范圍內的房屋高度和密集度來區分粗糙度類別，風向原則上應以該地區最大風的風向為準，但也可取其主導風；以半圓影響范圍內建筑物的平均高度h平均來劃分地面粗糙度類別，當h平均18m，為D類，，9mh平均18m為C類，h平均9m，為B類。影響范圍內不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸距離為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面域相交時，交疊部分的高度取大者；平均高度h平均取各面域面積為權數計算。3、平均風下結構的靜力風載

wz=sz(z)w0

二、順風向脈動風效應

脈動風—隨機動力作用→按隨機振動理論進行分析-自學

1、主要承重結構

順風向總風效應=順風向平均風效應+順風向脈動風效應

w(z)=w(z)+wd(z)=(1+wd(z)/w(z))w(z)=z

sz(z)w0

z

–高度z處的風振系數，且z=1+z/

P59，式（4-65）

—脈動增大系數，與w0T12、房屋結構類型；—脈動影響系數，與地面粗糙度類型、H/B、房屋總高H；z—振型系數，由結構動力計算確定（一般取第一振型）。

GB50009規定：

基本自振周期T1>0.25s的工程結構（房屋、屋蓋及各種高聳結構）

高度H>30m且高寬比H/B>1.5的高柔房屋考慮風壓脈動對結構發生順風向風振的影響2、圍護結構

對于圍護結構，由于其剛度一般較大，在結構效應中可不必考慮其共振分量，可僅在平均風的基礎上，近似考慮脈動風瞬間的增大因素，通過陣風系數gz

來計算風效應。即w(z)=gz

sz(z)w0gz—陣風系數，按下式確定

gz=k(1+2f)k—地面粗糙度調整系數,k=0.92（A類）;k=0.89（B類）;k=0.85（C類）;k=0.80（D類）；

f—脈動系數，根據國內實測數據，并參考國外規范資料取

f=0.5351.8(-0.16)(z/10)-

—地面粗糙度，=0.12（A類）；=0.16（B類）；

=0.22（C類）；=0.30（D類）。注意：

對低矮房屋圍護結構風荷載《規范》暫時未作具體規定，但容許設計者參照國外對低矮房屋的邊界層風洞試驗資料或有關規范的規定進行設計。第五節橫風向結構風效應

一、橫風向風振（對細柔性結構應考慮）橫風向風振由不穩定的空氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落、弛振、顫振、擾振等空氣動力現象。與結構截面形狀和雷諾數Re有關

粘性力=粘性應力·面積F

=（粘性系數·速度梯度dv/dy）·面積F慣性力=單位面積上的壓力v2/2·面積F橫向風振的產生(圓截面柱體結構)沿上風面AB速度逐漸增大（v），B點壓力達到最小值;沿下風面BC速度逐漸降低（v↓），壓力重新增大。氣流在BC中間某點S處速度停滯（v=0），生成旋渦，并在外流的影響下以一定周期脫落（脫落頻率fs）---Karman渦街當氣流旋渦脫落頻率fs與結構橫向自振頻率接近時，結構發生共振，即發生橫向風振。雷諾數

Re=

圓筒式結構三個臨界范圍跨臨界范圍：Re

3.5106

強風共振超臨界范圍：3.0105

Re

3.5106

呈隨機性亞臨界范圍：3.0102

Re

3.0105

微風共振3.5106跨臨界3.0105超臨界3.0102亞臨界二、結構橫向風力和風效應1、結構橫向風力

PL=L(v2/2)B

L-橫風向風力系數，與雷諾數Re有關

跨臨界范圍、亞臨界范圍的結構橫風向作用具有周期性，結構橫向風作用力PL(z,t)=(v2(z)/2)B(z)Lsinst風旋渦脫落圓頻率

s=2fs=2Stv(z)/B(z)P62(4-68)St-斯脫羅哈數，對圓形截面結構取0.2

結構橫風向共振現象橫風向風作用力頻率（fs）與結構橫向自振基本頻率（f1）接近時，結構橫向產生共振反應

鎖住（look-in）區域風旋渦脫落頻率fs保持常數（=結構橫向自振頻率f1）的風速區域

跨臨界范圍（確定性振動）

鎖住區域:PL(z)sin1t其它區域：PL(z)sins(z)t亞臨界范圍（確定性振動）

PL(z)sins(z)t超臨界范圍（隨機振動）

PL(z)f(t)

PL(z)sins(z)t

跨臨界范圍PL(z)sinstz（確定性振動）s=1鎖住區域yPL(z)sins(z)tx超臨界范圍v（隨機振動）PLf(t)亞臨界范圍（確定性振動）PL(z)sins(z)t結構橫風向風力分布對豎向細長結構，結構橫風向受三種不同性質的風作用力2、結構橫風向風效應對圓形截面的結構,應根據雷諾數Re的不同情況進行橫向風振(旋渦脫落)的校核。當Re

3.0105時（亞臨界的微風共振）應控制結構頂部風速vH不超過臨界風速vcr，即vHvcr。(4-70)f1—結構基本自振頻率；St—斯脫羅哈數，St=fsD/v，圓截面結構取St=0.2；w—風荷載分項系數，取w=1.4；H—結構頂部風壓高度變化系數；w0—基本風壓(kN/m2)；—空氣密度(kg/m3)。當Re

3.5106且結構頂部風速vHvcr時（跨臨界的強風共振）

設計時必須按不同振型對結構予以驗算

跨臨界強風共振引起在z高處振型j的等效風荷載wczj：wczj=︱j︱v2crzj/12800j(kN/m2)j—計算系數，是對振型情況下考慮與共振分布有關的折算系數，按規范表7.6.2確定；zj—在z高處結構的j振型系數；

j—第j振型的阻尼比，對第一振型，混凝土結構取j=0.05。當結構頂部風速超過vcr時，可在構造上采取防振措施，或控制結構的臨界風速vcr15m/s。三、結構總效應

考慮順風向動力作用效應（脈動效應）與橫風向動力作用效應（風振效應）的最大值不一定在同一時刻發生采用平方和開方近似估算總的風動力效應結構總風效應→↓結構順風向靜力效應結構順風向脈動效應↑↖結構橫風向風振效應一、公路橋梁車輛荷載汽車車隊分為汽車-10級、汽車-15級、汽車-20級和汽車-超20級4個等級，汽車車隊的縱向排列如圖所示。每級車隊中有一輛是重車，其前后都是主車，主車數量不限，圖