第1章

緒論

返回總目錄結構上的作用及作用效應工程結構設計理論演變簡況本章小結習題與思考題本章內容一、結構上的作用結構上的作用是指施加在結構上的集中或分布荷載，以及引起結構外加變形或約束變形的原因。作用就其形式而言，可分為以下兩類。

(1)直接作用。當以力的形式作用于結構上時，稱為直接作用，習慣上稱為荷載。

(2)間接作用。當以變形的形式作用于結構上時，稱為間接作用。結構上的作用及作用效應

作用按時間不同可分為以下3類。

(1)永久作用。在結構使用年限內，其值不隨時間變化，或其變化的量值相對于平均值而言可以忽略不計，或其變化是單調的并能趨于限值的作用。

(2)可變作用。在結構使用年限內，其值隨時間變化，且其變化的量值與平均值不可忽略不計的作用。

(3)偶然作用。在結構使用年限內不一定出現，但一旦出現，其值很大且持續時間很短的作用。作用按空間位置不同可分為以下兩類。

(1)固定作用。在結構空間位置上具有固定不變的分布，但其量值可能具有隨機性。

(2)自由作用。在結構空間位置上一定范圍內可以任意分布，出現的位置和量值都可能是隨機的。結構上的作用及作用效應

作用按結構反應不同可分為以下兩類。

(1)靜態作用。不使結構或結構構件產生加速或產生的加速度很小可以忽略不計的作用。

(2)動態作用。使結構或結構構件產生不可忽略的加速度的作用。。結構上的作用及作用效應二、作用效應S

由于直接作用或間接作用于結構構件上，在結構內產生的內力(如軸力、彎矩、剪力、扭矩等)和變形(如撓度、轉角、裂縫等)，被稱為“作用效應”，用S表示。當作用為直接作用(荷載)時，其效應也被稱為“荷載效應”。荷載Q與荷載效應之間，一般近似按線性關系考慮： 常數C為荷載效應系數

結構上的作用及作用效應一、容許應力設計法容許應力設計法是建立在彈性理論基礎上的設計方法。其表達式為： 式中，－構件在使用階段(使用荷載作用下)截面上的最大應力； －材料的容許應力。 容許應力設計法計算簡單，但其有許多問題：①沒有考慮材料塑性性質。②沒有對作用階段給出明確的定義，也就是使用期間荷載的取值原則規定得不明確。③把影響結構可靠的各種因素(荷載的變異、施工的缺陷、計算公式的誤差等)統統歸結在反映材料性質的容許應力上，顯然不夠合理。④的取值無科學根據，純屬經驗的，歷史上曾多次提高過材料的容許應力值。⑤按容許應力法設計的構件是否安全可靠，無法用實驗來驗證。

工程結構設計理論演變簡況工程結構設計理論演變簡況二、破損階段設計法針對容許應力設計法存在的缺陷，之后出現了假定材料均已達到塑性狀態，依據截面所能抵抗的破損內力建立的計算公式。其設計表達式為：

式中，——構件最終破壞時的承載能力；

——安全系數，用來考慮影響結構安全的所有因素。優點為：①它可以反映材料的塑性性質，結束了長期以來假定混凝土為彈性體的局面。②采用一個安全系數，使構件有了總的安全度的概念。③它以承載能力值(如)為依據，其計算值是否正確可由實驗檢驗。工程結構設計理論演變簡況蘇聯曾把該理論用下式來表達：

式中，M——正常使用時，由各種荷載所產生的截面內力；

a——反映截面尺寸等的尺寸函數；，——材料強度的平均值。破損階段理論仍存在一些重大缺點：①破損階段計算，構件的承載力是得以保證，但卻無法了解構件在正常使用時能否滿足正常使用要求。②安全系數K的取值仍須經驗確定，并無嚴格的科學依據。③采用籠統的單一安全系數，無法就不同荷載、不同材料結構件安全的影響加以區別對待，不能正確地度量結構的安全度。④荷載的取值仍然也是經驗值；⑤表達式中采用的材料強度是平均值，它不能正確反映材料強度的變異程度，顯然也是不夠合理的。二、概率極限狀態設計法概率極限狀態設計法是以概率理論為基礎，將作用效應和影響結構抗力的主要因素作為隨機變量，根據統計分析確定可靠概率來度量結構可靠性的結構設計方法。其特點是有明確的、用概率尺度表達的結構可靠度的定義，通過預先規定的可靠指標值，使結構各構件間，以及不同材料組成的結構之間有較為一致的可靠度水平。國際上把處理可靠度的精確程度分為3個水準。(1)水準I——半概率方法。對荷載效應和結構抗力的基本變量部分地進行數理統計分析，并與工程經驗結合引入某些經驗系數，所以尚不能定量地估計結構的可靠性。(2)水準II——近似概率法。該法對結構可靠性賦予概率定義，以結構的失效概率或可靠指標來度量結構可靠性，并建立了結構可靠度與結構極限狀態方程之間的數學關系，在計算可靠指標時考慮了基本變量的概率分布類型，并采用了線性化的近似手段，在設計截面時一般采用分項系數的實用設計表達式。目前我國的《工程結構可靠度設計統一標準》(GB50153—1992)、《建筑結構可靠度設計統一標準》(GB50068—2001)都采用了這種近似概率法，在此基礎上頒布了各種結構設計的規范。(3)水準III——全概率法。這是完全基于概率論的結構整體優化設計方法，要求對整個結構采用精確的概率分析，求得結構最優失效概率作為可靠度的直接度量，由于這種方法無論在基礎數據的統計方面還是在可靠度計算方面都不成熟，目前尚處于研究探索階段。

工程結構設計理論演變簡況思考題1.工程結構設計的目的是什么？2.什么是施加于工程結構上的作用？荷載與作用的概念有什么不同？3.工程結構設計中，如何對結構上的作用進行分類？4.作用(荷載)有哪些類型？5.什么是概率極限狀態設計法？為什么目前采用的方法稱為近似概率設計法？第2章

重力荷載

返回總目錄結構自重工程結構設計理論演變簡況土的自重應力雪荷載車輛荷載人群荷載吊車荷載樓面和屋面活荷載思考題本章內容結構自重

結構的自重是由地球引力產生的組合結構的材料重力，一般而言，可以根據結構的材料種類、材料體積和材料容重計算結構自重(式2-1)。結構自重一般按照均勻分布的原則計算，在施工階段，構件在吊裝運輸或懸臂施工時引起的結構內力，有可能大于正常設計荷載產生的內力，因此，在施工階段演算構件的強度和穩定時，構件重力應乘以適當的動力系數。

(2-1)式中，——構件的自重(kN)；

——構件材料的容重(kN/m3)；

——構件的體積，一般按照設計尺寸確定(m3)。式(2-1)適用于一般建筑結構、橋梁結構及地下結構等各構件自重的計算，但要注意土木工程中結構各構件的材料容重可能不同，計算結構自重時可將結構人為地劃分為許多基本構件，然后疊加即得到結構總自重(式2-2)。

(2-2)式中，G——結構總自重(kN)；

n——組成結構的基本構件數；

——第i個基本構件的重度(kN/m3)；

Vi——第i個基本構件的體積(m3)。土的自重應力

土是由土顆粒、水和氣所組成的三相非連續介質。若把土體簡化為連續體，則應用連續介質力學(例如彈性力學)來研究土中應力的分布。在計算土中應力時，通常將土體視為均勻連續的彈性介質。若土層天然重度為，在深度z處a-a水平面(圖2.1(a))，土體因自身重量產生的豎向應力可取該截面上單位面積的土柱體的重力，即：可見自重應力沿水平面均勻分布，且與z成正比，即隨深度按直線規律增加，如圖2.1(b)所示。

(a)任意深度水平截面上的土自重應力(b)自重應力呈線性增加圖2.1均質土中豎向自重應力

一般情況下，地基土由不同重度的土層所組成。如圖2.2所示，天然地面下深度z范圍內各層土的厚度自上而下分別為h1，h2，…，hi，…，hn，則多層土深度z處的豎直有效自重應力的計算公式為：

(2-4)式中，n——從天然地面起到深度z處的土層數；

hi——第i層土的厚度(m)；

——第i層土的天然重度(kN/m3)；若土層位于地下水位以下，由于受到水的浮力作用，單位體積中，土顆粒所受的重力扣除浮力后的重度稱為土的有效重度，即：

(2-5)

為水的重度，一般取值為10kN/m3，這時計算土的自重應力應取土的有效重度代替天然重度。

圖2.1均質土中豎向自重應力一、基本雪壓

1.基本雪壓的取值原則根據當地氣象臺(站)觀察并收集的每年最大雪壓，經統計得出的50年一遇的最大雪壓(重現期為50年的最大雪壓)，即為當地的基本雪壓。在確定雪壓時，觀察并收集雪壓的場地應符合下列要求。

(1)觀察場地周圍的地形為空曠平坦。

(2)積雪的分布保持均勻。

(3)設計項目地點應在觀察場地的范圍內，或它們具有相同的地形。雪壓是指單位水平面積上的雪重，決定雪壓值大小的是積雪深度與積雪密度，因此年最大雪壓S(kN/m2)可按下式確定：

(2-6)式中，h——年最大積雪深度，指從積雪表面到地面的垂直深度(m)。以每年7月份至次年6月份間的最大積雪深度確定；

——積雪密度(t/m3)；

——重力加速度(9.81m/s2)。

雪荷載

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：

(2-7)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：

(2-8)

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(圖2.3)。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(圖2.4)。

雪荷載

圖2.3高低跨屋面飄積雪分布圖2.4多跨屋面積雪分布

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2-2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

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2.5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，圖中所示荷載為軸重。在設計3車道或4車道橋涵時，考慮到3行車隊和4行車隊單向并行通過的概率較小，計算荷載時可分別折減20%和30%，但折減后不得小于兩行車隊布載的計算結果。平板掛車和履帶車荷載分為掛車-80，掛車-100、掛車-120和履帶-50四種。用驗算荷載進行驗算時，對于履帶車，沿橋縱向可考慮多輛行駛，但兩車凈距不得小于50m；對于平板掛車，全橋均以通過一輛計算。車輛標準荷載的等級，應根據橋梁所在公路的等級、使用任務、性質和將來的發展等具體情況確定，一般可參照表2-3選用。車輛荷載圖2.5各級汽車車隊的縱向排列(軸重力單位：kN；距離單位：m)車輛荷載注：①一條公路上的橋涵，一般采用同一設計荷載和驗算荷載。②當改建三級干線公路時，對原有橋涵達到汽車-15級、掛車-80荷載標準的可適當利用。③在有集裝箱運輸的一級公路，應采用汽車-超20級、掛車-120的車輛荷載。④橋面行車道凈寬4.5m的橋涵，其平板掛車不作具體規定，設計時可按實際情況自行確定。⑤臨時性橋涵的車輛荷載可自行確定。公路等級汽車專用公路一般公路高速公路一二二三四計算荷載汽車-超20級汽車-超20級汽車-20級汽車-20級汽車-20級汽車-20級汽車-10級驗算荷載掛車-120掛車-120掛車-100掛車-100掛車-100掛車-100履帶-50表2-3車輛荷載等級選用表二、城市橋梁汽車荷載我國建設部1998年制定了《城市橋梁設計荷載標準》(CJJ77—1998)，該標準適用于城市內新建、改建的永久性橋梁與涵洞、高架道路及承受機動車的結構物的荷載設計。標準中采用兩級荷載標準，即城-A級、城-B級。城-A級汽車荷載適用于快速路及主干路，城-B級汽車荷載適用于次干路及支路。在城市橋梁設計中汽車荷載可分為車輛荷載和車道荷載兩種形式。城-A級車輛采用五軸式貨車加載，總軸重700kN，前后軸距為18.0m，行車限界橫向寬度為3.0m(圖2.6)；城-B級車輛采用三軸式貨車加載，總軸重300kN，前后軸距為4.8m，行車限界橫向寬度為3.0m(圖2.7)。城-A級與城-B級標準載重汽車的橫斷面尺寸相同，其橫橋向布置應符合圖2.8的規定。車輛荷載

城-A級和城-B級車道荷載應按均布荷載加一個集中荷載計算(圖2.9(a))，在求彎矩和剪力時，分別施加不同的均布荷載和。均布荷載和集中荷載的標準值隨荷載等級和橋梁跨徑而異，可按表2-4取值。車道荷載單向布載寬度為3.0m(圖2.9(b))，為了簡化橋梁橫向影響線計算，車道荷載可按圖2.9(c)所示的等效荷載車輪集中力形式布置。當設計車道數目大于2時，應計入車道的橫向折減系數，車道數目為3時，折減系數為0.80；車道數目為4時，折減系數為0.67；車道數目為5時，折減系數為0.60；車道數目大于等于6時，折減系數為0.55。加載車道位置應選在結構能產生最不利荷載效應處。車輛荷載一、公路橋梁人群荷載

設有人行道的公路橋梁，采用汽車荷載進行計算時，應同時計入人行道上的人群荷載；而在采用驗算荷載進行計算時，則不計入人群荷載。人群荷載一般取值為3kN/m2；城市郊區行人密集地區取值為3.5kN/m2，也可根據實際情況或參照所在地區城市橋梁設計的規定確定。當公路橋梁上的人行道板為鋼筋混凝土板時，還應以1.2kN的豎向集中力作用在一塊板上進行計算。計算欄桿時，作用在欄桿立柱頂上的水平推力一般取值為0.75kN/m；作用在欄桿扶手上的豎向力一般取值為l.0kN/m。人群荷載二、城市橋梁人群荷載對于梁、桁架、拱及其他大跨結構的人群荷載，需根據加載長度及人行道寬來確定，可按下列公式計算，且人群荷載在任何情況下不得小于2.4kN/m2。當加載長度l<20m時：

W=4.5 (2-9)當加載長度l≥20m時：

W=(4.5-2) (2-10)式中，W——單位面積上的人群荷載(kN/m2)；

——加載長度(m)；

——單邊人行道寬度(m)，在專用非機動車橋上時宜取1/2橋寬；當1/2橋寬大于4m時，應按4m計。城市橋梁由于人流量較大，計算人行道欄桿時，作用在欄桿扶手上的豎向荷載采用1.2kN/m；水平向外荷載采用1.0kN/m。兩者應分別考慮，不得同時作用。作用在欄桿立柱柱頂的水平推力應取值為1.0kN/m；防撞欄桿應采用80kN橫向集中力進行驗算，作用點放在防撞欄桿板的中心。人群荷載一、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2-5所示。表2-5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：

(2-11)(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：

(2-12)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2.吊車豎向荷載的動力系數當計算吊車梁及其連續的強度時，吊車豎向荷載應乘以動力系數。動力系數可按表2-6取用。表2-6吊車豎向荷載的動力系數

吊車荷載懸掛吊車、電動葫蘆、工作級別為A1～A5的吊車工作級別為A6～A8的軟鉤吊車、硬鉤吊車、其他特種吊車1.051.103.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：

(2-13)

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2-7)。 表2-7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～A820.900.9530.850.9040.800.855.吊車荷載的組合值、頻遇值及準永久值系數吊車起吊重物處于工作狀態時，一般很少持續地停留在某一個位置上，所以在正常條件下，吊車荷載作用的時間是短暫的，所以設計廠房排架時，在荷載準永久組合中不考慮吊車荷載。但在吊車梁按正常使用極限狀態設計時，可采用吊車荷載的準永久值計算吊車梁的長期荷載效應。吊車荷載的組合值、頻遇值及準永久值系數可按表2-8中的規定采用

表2-8吊車荷載的組合值、頻遇值及準永久值系數吊車荷載吊車工作級別組合值系數ψc頻遇值系數ψF準永久值系數ψQ軟鉤吊車工作級別Al～A30.70.60.5工作級別A4、A50.70.70.6工作級別A6、A70.70.70.7工作級別A80.950.950.95硬鉤吊車0.950.950.95一、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

4.樓面活荷載組合值可變荷載的組合值按其定義是指該荷載與主導荷載組合后取值的超越概率與該荷載單獨出現時取值的超越概率相一致的原則確定。在大量數據分析的基礎上，認為對樓面活荷載的組合值一般情況可取0.7，此外為偏于保守又規定其取值不得小于頻遇值系數。

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)(2-14)②對公共建筑或其房間，公式為：

(A＞18m2)(2-15)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：

(2-16)②對公共建筑，公式為：

(2-17)式中，n為所計算截面以上樓層數，2。樓面和屋面活荷載三、工業建筑樓面活荷載

1.工業建筑的樓面等效均布活荷載在《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)附錄C中列出了金工車間、儀器儀表生產車間、半導體器件車間、棉紡織造車間、輪胎廠準備車間和糧食加工車間等工業建筑樓面活荷載的標準值，供設計人員設計時參照采用。

2.操作荷載及樓梯荷載工業建筑樓面(包括工作臺)上無設備區域的操作荷載，包括操作人員、一般工具、零星原料和成品的自重，可按均布活荷載考慮，其標準一般采用2.0kN/m2。但堆積料較多的車間可取2.5kN/m2；此外有的車間由于生產的不均衡性，在某個時期的成品或半成品堆放特別嚴重，則操作荷載的標準值可根據實際情況確定，操作荷載在設備所占的樓面面積內不予考慮。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2-11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表2-11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。表2-12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6600.30×0.302.屋面積灰荷載

(1)機械、冶金、水泥等行業在生產過程中有大量排灰產生，易于在廠房及其鄰近建筑屋面堆積，形成積灰荷載。影響積灰厚度的主要因素有除塵裝置的使用、清灰制度的執行、風向和風速、煙囪高度、屋面坡度和屋面擋風板等。當工廠設有一定除塵設施，且能堅持正常清灰的前提下，屋面水平投影面上的積灰荷載應按表2-13采用。

(2)對于屋面上易形成灰堆處，當設計屋面板、檁條時，積灰荷載標準值可乘以下列規定的增大系數：①在高低跨處兩倍于屋面高差但不大于6.0m的分布寬度內(圖2.13)取2.0。②在天溝處不大于3.0m的分布寬度內(圖2.14)取1.4。表2-13屋面積灰荷載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ψq屋面無擋風板屋面有擋風板擋風板內擋風板外1機械廠鑄造車間(沖天爐)0.500.750.300.90.90.82煉鋼車間(氧氣轉爐)-0.750.303錳、鉻鐵合金車間0.751.000.304硅、鎢鐵合金車間0.300.500.305燒結室、一次混合室0.501.000.206燒結廠通廊及其他車間0.30--7水泥廠有灰源車間、窯房、磨房、聯合儲庫、烘干房、破碎房)1.00--8水泥廠無灰源車間(空氣壓縮機站、機修間、材料庫、配電站)0.50--

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2-13，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。

樓面和屋面活荷載圖2.13高低跨屋面積灰荷載的增大系數圖2.14天溝處積灰荷載的增大系數五施工、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2.16)。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：

樓面和屋面活荷載圖2.15挑梁、雨篷集中荷載

圖2.16欄桿水平荷載(1)住宅、宿舍、辦公樓、旅館、醫院、托兒所、幼兒園，欄桿水平荷載應取0.5kN/m；

(2)學校、食堂、劇場、電影院、車站、禮堂、展覽館或體育場，應取1.0kN/m。

(3)當確定欄桿構件的荷載準永久組合設計值時，可不考慮欄桿的水平荷載。

【例2.4】驗算某食堂的支承于梁上的寬度為2.72m，挑出1.1m的雨篷由于施工及檢修集中荷載產生的傾覆彎矩標準值。解：(1)傾覆荷載。雨篷總寬度為2.72m。按規定驗算傾覆時，沿板寬每隔2.5m～3m考慮一個集中荷載，故本例情況只考慮一個集中荷載，其作用的最不利位置在板端，其值取1.0kN。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？習題1.某地基由多層土組成，各土層的厚度、容重如圖2.17所示，試求各土層交界處的豎向自重應力，并繪出自重應力分布圖。2.已知某市基本雪壓S0=0.5kN/m2，某建筑物為拱形屋面，拱高f=5m，跨度l=21m，試求該建筑物的雪壓標準值。

3.某單跨24m屋架如圖2.18所示，屋架間距為6m，上弦鋪設3m×6m鋼筋混凝土大型屋面板并支承在屋架節點上，屋面坡度α=5.71°，當地基本雪壓為0.55kN/m2，求設計屋架時所需由雪壓荷載產生的桿件1內力標準值。(設計屋架時可分別按積雪全跨均勻分布、不均勻分布和半跨均勻分布3種情況考慮)圖2.17習題1厚度和容重圖

習題4.有一單層單跨工業廠房，跨度為18m，柱距為6m。簡支鋼筋混凝土吊車梁自重、聯結件的標準值為6.0kN/m，計算跨度為5.8m。設計時考慮兩臺10tA5級電動吊鉤橋式吊車，吊車主要技術參數為：橋架跨度B=5.55m，輪距K=4.4m，小車自重Qlk=38kN，吊車最大輪壓°Pmaxk=115kN，吊車總重Qlk+Qbk=180kN，求按《混凝土結構設計規范》(GB°50010—2002)驗算吊車梁撓度時，所需要的荷載效應標準組合最大設計值及荷載效應準永久組合最大設計值。圖2.18習題3屋架外形尺寸(單位：m)第3章

風荷載

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風的有關知識風壓風壓高度變化系數風荷載體型系數結構抗風計算的幾個重要概念順風向結構風效應橫風向結構風效應結構總風效應思考題本章內容一、風的形成風是空氣相對于地面的運動。由于太陽對地球各處輻射程度和大氣升溫的不均衡性，在地球上的不同地區產生大氣壓力差，空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動就形成了風。由于地球是一個球體，太陽光輻射到地球上的能量隨緯度不同而有差異，赤道和低緯度地區受熱量較多，而極地和高緯度地區受熱量較少。在受熱量較多的赤道附近地區，氣溫高，空氣密度小，則氣壓小，大氣因加熱膨脹由表面向高空上升。受熱量較少的極地附近地區，氣溫低，空氣密度大，則氣壓大，大氣因冷卻收縮由高空向地表下沉。因此，在低空受指向低緯氣壓梯度力的作用，空氣從高緯地區流向低緯地區；在高空氣壓梯度指向高緯，空氣則從低緯流向高緯地區，這樣就形成了如圖3.1所示的全球性南北向環流。風的有關知識圖3.1大氣熱力學環流模型二、兩類性質的大風

1.臺風臺風是發生在熱帶海洋上空的一種氣旋。在一個高水溫的暖熱帶洋面上空，若有一個弱的熱帶氣旋性系統產生或移來，在合適的環境下，因摩擦作用使氣流產生向弱渦旋內部流動的分量，把高溫洋面上蒸發進入大氣的大量水汽帶到渦旋內部，把高溫高濕空氣輻合到弱渦旋中心，產生上升和對流運動，釋放潛熱以加熱渦旋中心上空的氣柱，形成暖心。由于渦旋中心變暖，空氣變輕，中心氣壓下降，低渦變強。當低渦變強，反過來又使低空暖濕空氣向內輻合更強，更多的水汽向中心集中，對流更旺盛，中心變得更暖，中心氣壓更為下降，如此循環，直至增強為臺風。

2.季風由于大陸和海洋在一年之中增熱和冷卻程度不同，在大陸和海洋之間大范圍的、風向隨季節有規律改變的風，稱為季風。形成季風最根本的原因，是由于地球表面性質不同，熱力反映有所差異引起的。風的有關知識三、我國風氣候總況我國的風氣候總體情況如下。

(1)臺灣、海南和南海諸島由于地處海洋，常年受臺風的直接影響，是我國最大的風區。

(2)東南沿海地區由于受臺風影響，是我國大陸的大風區。風速梯度由沿海指向內陸。臺風登陸后，受地面摩擦的影響，風速削弱很快。統計表明，在離海岸100km處，風速約減小一半。

(3)東北、華北和西北地區是我國的次大風區，風速梯度由北向南，與寒潮入侵路線一致。華北地區夏季受季風影響，風速有可能超過寒潮風速。黑龍江西北部處于我國緯度最北地區，它不在蒙古高壓的正前方，因此那里的風速不大。

(4)青藏高原地勢高，平均海拔在4～5km，屬較大風區。

(5)長江中下游、黃河中下游是小風區，一般臺風到此已大為減弱，寒潮風到此也是強弩之末。

(6)云貴高原處于東亞大氣環流的死角，空氣經常處于靜止狀態，加之地形閉塞，形成了我國的最小風區。風的有關知識四、風級

風的有關知識風力等級名稱海面狀況浪高/m海岸漁船征象陸地地面物征象距地10m高處相當風速一般最高km/hmile/hm/s0靜風--靜靜、煙直上<1<100～0.21軟風0.10.1普通漁船略覺搖動煙能表示風向，但風向標不能轉動1～51～30.3～1.52輕風0.20.3漁船張帆時，可隨風移行每小時2km～3km人面感覺有風，樹葉有微響，風向標能轉動6～114～61.6～3.33微風0.61.0漁船漸覺簸動，隨風移行每小時5～6km樹葉及微枝搖動不息，旌旗展開12～197～103.4～5.44和風1.01.5漁船滿帆時船身傾于一側能吹起地面的灰塵和紙張，樹的小枝搖動20～2811～165.5～7.95清勁風2.02.5漁船縮帆(即收去帆的一部分)有葉的小樹搖擺，內陸的水面有小波29～3817～218.0～10.76強風3.04.0漁船加倍縮帆，捕魚須注意風險大樹枝搖動，電線呼呼有聲，舉傘困難39～4922～2710.8～13.87疾風4.05.5漁船停息港中，在海上下錨全樹搖動，迎風步行感覺不便50～6128～3313.9～17.18大風5.57.5近港漁船皆停留不出微枝折毀，人向前行，感覺阻力甚大62～7430～4017.2～20.79烈風7.010.0汽船航行困難煙囪頂部及平瓦移動，小屋有損75～8841～4720.8～24.410狂風9.012.5汽船航行頗危險陸上少見，有時可使樹木拔起或將建筑物吹毀89～10248～5524.5～28.411暴風11.516.0汽船遇之極危險陸上很少，有時必有重大損毀103～11756～6328.5～32.612颶風14-海浪滔天陸上絕少，其搗毀力極大118～13364～7132.7～36.9

為了區分風的大小，根據風對地面(或海面)物體的影響程度，常將風劃為13個等級。風速越大，風級越大。由于早期人們還沒有儀器來測定風速，因此就按照風所引起的現象來劃分等級。風的13個等級見表3-1。表3-1蒲福風力等級表風壓一、風速與風壓的關系風的強度常用風速表示。當風以一定的速度向前運動遇到建筑物、構筑物、橋梁等阻礙物時，將對這些阻礙物產生壓力，即風壓。風荷載是工程結構的主要側向荷載之一，它不僅對結構物產生水平風壓作用，還會引起多種類型的振動效應。確定作用于工程結構上的風荷載時，必須依據當地風速資料確定基本風壓。風的流動速度隨離地面高度不同而變化，還與地貌環境等多種因素有關。為了設計上的方便，可按規定的量測高度、地貌環境等標準條件確定風速。對于非標準條件下的情況由此進行換算。在規定條件下確定的風速稱為基本風速，它是結構抗風設計必須具有的基本數據。風速和風壓之間的關系，可由流體力學中的伯努利方程得到。自由氣流的風速產生的單位面積上的風壓力為：

(3-1)式中，——單位面積上的風壓力(kN/m2)；

ρ——空氣密度(kg/m3)；

γ——空氣單位體積重力(kN/m3)；

g——重力加速度(m/s2)；

v0——風速(m/s)。風壓

在標準大氣壓情況下，γ=0.012018kN/m3，g=9.80m/s2，可得：

(3-2)

在不同的地理位置，大氣條件是不同的，γ和g值也不相同。資料缺乏時，空氣密度可假設海拔高度為0m，取ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度g不僅隨高度變化，而且與緯度有關；空氣重度γ是氣壓、氣溫和溫度的函數，因此，各地的的值均不相同。為了比較不同地區風壓的大小，必須對地貌、測量高度進行統一規定。根據統一規定，《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)給出了全國各城市50年一遇的風壓值，見表2-1。當城市或建設地區的基本風壓值在表中未列出時，也可按《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)中全國基本風壓分布圖(附圖2)查得。在進行橋梁結構設計時，可按《公路橋涵設計通用規范》中全國基本風壓分布圖查得基本風壓值。

風壓二、基本風壓

1.標準高度的影響：風速隨高度而變化。離地表越近，由于地表摩擦耗能越大，因而平均風速越小。

2.標準地貌的規定：同一高度處的風速與地貌粗糙程度有關。地面粗糙程度高，風能消耗多，風速則低。

3.公稱風速的時距：公稱的風速實際是一定時間間隔內(稱為時距)的平均風速。風速隨時間不斷變化，常取某一規定時間內的平均風速作為計算標準。風速記錄表明，10min的平均風速已趨于穩定。時距太短，易突出風的脈動峰值作用；時距太長，勢必把較多的小風平均進去，致使最大風速值偏低。

4.最大風速的樣本時間:由于氣候的重復性，風有著它的自然周期，每年季節性地重復一次。因此，年最大風速最有代表性。

5.基本風速的重現期:取年最大風速為樣本，可獲得各年的最大風速。每年的最大風速值是不同的。工程設計時，一般應考慮結構在使用過程中幾十年時間范圍內，可能遭遇到的最大風速。該最大風速不是經常出現，而是間隔一段時間后再出現，這個間隔時間稱為重現期。風壓

三、非標準條件下的風速或風壓的換算

1.不同高度換算即使在同一地區，高度不同，風速也會不同。當實測風速高度不足10m標準高度時，應由氣象臺站根據不同高度風速的對比觀測資料，并考慮風速大小的影響，給出非標準高度風速與10m標準高度風速的換算系數。缺乏觀測資料時，實測風速高度換算系數也可按表3-2取值。表3-2實測風速高度換算系數

2.不同時距換算時距不同，所求得的平均風速也不同。有時天氣變化劇烈，氣象臺站瞬時風速記錄時距小于10min，因此在某些情況下需要進行不同時距之間的平均風速換算。實測結果表明，各種不同時距間平均風速的比值受到多種因素影響，具有很大的變異性。不同時距與10min時距風速換算系數可近似按表3-3取值。表3-3不同時距與10min時距風速換算系數實測風速高度/m468101214161820高度換算系數1.1581.0851.0361.0000.9710.9480.9280.9100.895實測風速時距60min10min5min2min1min0.5min20s10s5s瞬時時距換算系數0.9401.001.071.161.201.261.281.351.391.50風壓

應該指出，表中所列出的是平均比值。實際上有許多因素影響該比值，其中最重要的有：

(1)平均風速值。實測表明，10min平均風速越小，該比值越大。

(2)天氣變化情況。一般天氣變化越劇烈，該比值越大。如雷暴大風最大，臺風次之，而寒潮大風(冷空氣)則最小。

3.不同重現期換算重現期不同，最大風速的保證率將不同，相應的最大風速值也不同。我國目前按重現期50年的概率確定基本風壓。重現期的取值直接影響到結構的安全度，對于風荷載比較敏感的結構，重要性不同的結構，設計時有可能采用不同重現期的基本風壓，以調整結構的安全水準。不同重現期風速或風壓之間的換算系數可按表3-4取值。表3-4不同重現期與重現期為50年的基本風壓換算系數重現期/年1006050403020105重現期換算系數1.101.031.000.970.930.870.770.66風壓高度變化系數地面粗糙度等級低的地區，其梯度風高度比等級高的地區低，如圖3.2所示。根據實測結果分析，大氣邊界層內平均風速沿高度變化的規律可用指數函數來描述，即：

(3-3)式中，v——任一高度z處平均風速；

v0——標準高度處平均風速；

——離地面任一高度(m)；

——離地面標準高度，通常取為10m；

——與地面粗糙度有關的指數，地面粗糙度越大，越大。由式(3-1)可知，風壓與風速的平方成正比，將式(3-3)代入，可得：

(3-4)式中，——任一地貌高度z處風壓；

——任一地貌標準高度處風壓。整理式(3-4)，并將標準高度=10m代入，可得：

(3-5)圖3.2不同粗糙度下的平均風剖面風壓高度變化系數設標準地貌下梯度風高度為，粗糙度指數為，基本風壓值為；任一地貌下梯度風高度為。根據梯度風高度處風壓相等的條件，由式(3-5)可導出：

(3-6) (3-7)將式(3-6)、(3-7)代入式(3-5)，可得任一地貌條件下，高度z處的風壓為：

(3-8)式中，為任意地貌下的風壓高度變化系數，應按地面粗糙度指數和假定的梯度風高度確定，并隨離地面高度z而變化。風壓高度變化系數《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)將地面粗糙度分為A、B、C、D四類。A類是指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區，取地面粗糙度指數αA=0.12，梯度風高度=300m。B類是指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區，取地面粗糙度指數αB=0.16，梯度風高度C類是指有密集建筑群的城市市區，取地面粗糙度指數αC=0.22，梯度風高度D類是指有密集建筑群且房屋較高的城市市區，取地面粗糙度指數αD=0.30，梯度風高度=450m。將以上數據代入式(3-8)，可得A、B、C、D四類風壓高度變化系數：

A類：=1.379(z/10)0.24B類：=1.000(z/10)0.32C類：=0.616(z/10)0.44D類：=0.318(z/10)0.60

根據上式可求出各類地面粗糙度下的風壓高度變化系數。對于平坦或稍有起伏的地形，高度變化系數直接按表3-5取用。對于山區的建筑物，風壓高度變化系數除由表3-5確定外，還應考慮地形的修正，修正系數分別按下述規定采用：

(1)對于山峰和山坡，其頂部B處的修正系數可按下述公式采用：

(3-9)風壓高度變化系數

式中，α——山峰或山坡在迎風面一側的坡度，當tanα>0.3時，取tanα=0.3；

k——系數，對山峰取3.2，對山坡取1.4；

H——山頂或山坡全高(m)；

z——建筑物計算位置離建筑物地面的高度(m)，當z>2.5H時，取z=2.5H。表3-5風壓高度變化系數

地面或海平面高度/m地面粗糙度類別ABCD510152030405060708090100150200250300350400≥4501.171.381.521.631.801.922.032.122.202.272.342.402.642.832.993.123.123.123.121.001.001.141.251.421.561.671.771.861.952.022.092.382.612.802.973.123.123.120.740.740.740.841.001.131.251.351.451.541.621.702.032.302.542.752.943.123.120.620.620.620.620.620.730.840.931.021.111.191.271.611.922.192.452.682.913.12風壓高度變化系數

山坡和山峰的其他部位如圖3.3所示，取A、C處的修正系數、為1，AB間和BC間的修正系數按的線性插值確定。圖3.3山坡和山峰示意圖

(2)山間盆地、谷地等閉塞地形η=0.75～0.85；對于與風向一致的谷口、山口，η=1.20～1.50。

對于遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高度變化系數可按A類粗糙度類別，除由表3-5確定外，還應考慮表3-6中給出的修正系數。表3-6遠海海面和海島修正系數距海岸距離/km<4040～6060～100修正系數1.01.0～1.11.1～1.2風荷載體型系數一、單體風載體型系數圖3.4所示為封閉式雙坡屋面風荷載體型系數在各個面上的分布，設計時可以直接取用。圖中風荷載體型系數為正值，代表風對結構產生壓力作用，其方向指向建筑物表面；風荷載體型系數為負值，代表風對結構產生吸力作用，其方向離開建筑物表面。圖3.4封閉式雙坡屋面風荷載體型系數風荷載體型系數二、群體風壓體型系數

當多個建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應，使得房屋某些部位的局部風壓顯著增大。設計時可將單體建筑物的體型系數乘以相互干擾增大系數，該系數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。風荷載體型系數三、局部風壓體型系數

驗算局部圍護構件及其連接的強度時，按以下局部風壓體型系數采用：

(1)建筑物外表面正壓區按《建筑結構荷載規范》(GB50009—2001)表7.3.1中風荷載體型系數采用。

(2)建筑物外表面負壓區，對墻面取1.0；對墻角邊取1.8；對屋面局部部位(周邊和屋面坡度大于10°的屋脊部位)取2.2；對檐口、雨篷、遮陽板等突出構件取2.0。

(3)對于封閉式建筑物的內表面，按外表面風壓的正負情況取0.2或+0.2。結構抗風計算的幾個重要概念一、結構的風力與風效應水平流動的氣流作用在結構物的表面上，會在其表面上產生風壓，將風壓沿表面積分可求出作用在結構的風力，結構上的風力可分為順風向風力、橫風向風力及扭風力矩，如圖3.5所示。

(3-10a)