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1 1 1 清华大学研究生课程灾害学 风风风风 灾灾灾灾 陆新征 清华大学土木工程系 2006 2 清华大学研究生课程灾害学 内容提要 风的类型与分类 风灾对建筑物的影响 工程结构抗风设计 防风减灾对策与风振控制 3 清华大学研究生课程灾害学 结构风工程 1879年Tay桥事故后开始引起重视 二十世纪50年代后期开始成为一门独立 的学科 1963年后开始召开国际风工程会议 我国80年代后，随着大量新兴高层建筑 和大跨桥梁的修建而得到迅速发展 4 清华大学研究生课程灾害学 风速仪 机械风速仪 价格低廉 只能测量水平方 向的风速 5 清华大学研究生课程灾害学 风速仪 超声波风速仪 价格高 能测量各个方向 的风速 6 清华大学研究生课程灾害学 2 2 7 清华大学研究生课程灾害学 8 清华大学研究生课程灾害学 9 清华大学研究生课程灾害学 大气边界层 地面摩擦对空气产生阻力，使空气流动 速度变慢，超过一定高度就可以忽略地 面摩擦，该高度称为边界层； 边界层高度 10 清华大学研究生课程灾害学 平均风速剖面 对数率 指数率 0.400.280.16α 大城市中心郊区开阔地面 11 清华大学研究生课程灾害学 对数率 12 清华大学研究生课程灾害学 指数率 α ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ bb z z v zv 3 3 13 清华大学研究生课程灾害学 指数率的系数 α ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ bb z z v zv 地面粗糙度 描 述 α A 近海海面、海岛、海岸及沙漠地区 0.12 B 田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区0.16 C 密集建筑群的城市市区 0.22 D 密集建筑群且房屋较高的城市市区 0.30 14 清华大学研究生课程灾害学 风速与风谱 实际风速时程曲线 平均风速 15 清华大学研究生课程灾害学 基本风速 标准地面粗糙度 标准高度 10m 标准重现期 50年 平均风的时距 10min 16 清华大学研究生课程灾害学 标准高度的规定 确定风速标准高度时需要考虑多方面原因 我国气象站的风速仪高度大多在8～12m之间 美国、加拿大等也采用10m标准风速高度 日本采用15m风速高度 挪威、巴西为20m 我国1970年前采用20m高度 17 清华大学研究生课程灾害学 平均风速的平均时距 塘沽1966年8月28日瞬时风速达到 48.7m/s，10分钟平均风速15m/s，未成 灾 1967年7月15日瞬时最大风速37.8m/s， 10分钟平均风速21m/s，成灾 10分钟到1小时平均风速基本稳定，能保 持当时风速的基本特点，又不至于受到 过大瞬时风速的影响。 18 清华大学研究生课程灾害学 不同国家平均风速的规定 日本采用瞬时最大风速 美国采用t3000/v，在半分钟到一个小 时之间 英国、澳大利亚为3秒钟 加拿大为1个小时 丹麦为10分钟 4 4 19 清华大学研究生课程灾害学 最大风速的统计分布规律 采用年最大风速样本 50年重现期 不同重现期之间的换算 20 清华大学研究生课程灾害学 风速重现期的统计规律 服从极值I型分布广义Frechet分布 21 清华大学研究生课程灾害学 基本风压 空气密度1.23g/m3 规范规定基本风压计算为 2 2 1 vwρ 1600 2 0 0 v w 22 清华大学研究生课程灾害学 我国基本风压分布图 23 清华大学研究生课程灾害学 北京市风向分布规律 24 清华大学研究生课程灾害学 北京市各方向最大风速 5 5 25 清华大学研究生课程灾害学 空气在结构物附近的流动 26 清华大学研究生课程灾害学 空气在结构物附近的流动 27 清华大学研究生课程灾害学 空气在结构物附近的流动 28 清华大学研究生课程灾害学 结构物正面流场 29 清华大学研究生课程灾害学 气流绕过建筑物侧面 30 清华大学研究生课程灾害学 建筑物正面风压 6 6 31 清华大学研究生课程灾害学 结构物顶面压力分布 32 清华大学研究生课程灾害学 风压分布的基本特点 在正面风力作用下，迎风面一般均有正 压力，此正压力在迎风面的中间偏上最 大，两边及底下最小； 背风面承受全部负压力（吸力），一般 两边略大，中间较小，分布比较均匀； 当风平行于建筑物侧面时，两侧一般也 同时受吸力作用。迎风侧较大，背风侧 小； 33 清华大学研究生课程灾害学 不同屋顶坡度的影响 34 清华大学研究生课程灾害学 复杂结构附近风场 35 清华大学研究生课程灾害学 北风 36 清华大学研究生课程灾害学 南风 7 7 37 清华大学研究生课程灾害学 东风 38 清华大学研究生课程灾害学 复杂楼群的风压分布 39 清华大学研究生课程灾害学 数值模拟 40 清华大学研究生课程灾害学 楼群流场分布 41 清华大学研究生课程灾害学 Wind speed and pressure H1.5m 42 清华大学研究生课程灾害学 Wind speed and pressure H15m 8 8 43 清华大学研究生课程灾害学 Wind speed and pressure H35m 44 清华大学研究生课程灾害学 Wind speed and pressure H55m 45 清华大学研究生课程灾害学 Wind speed and pressure H85m 46 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on structures Bridge 47 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge Total speed field 48 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge Near to Pipe 9 9 49 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge Pipe 50 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge Deck 51 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge 52 清华大学研究生课程灾害学 Wind pressure on bridge 53 清华大学研究生课程灾害学 结构上的风荷载 54 清华大学研究生课程灾害学 结构上的平均风荷载 μs风压体形系数 μz风压高度系数 w0基本风压 A迎风面积 风荷载的组合值、频遇值和准永久值分 别为0.6，0.4，0 AwP zscz0 μμ 1010 55 清华大学研究生课程灾害学 规范规定的风压高度系数计算公式 ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎧ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ 60. 0 44. 0 32. 0 24. 0 30 62. 0 15 74. 0 10 00. 1 5 17. 1 z z z z z μ A B C D 56 清华大学研究生课程灾害学 风压高度变化系数 α ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ bb z z v zv 57 清华大学研究生课程灾害学 非标准场地的风压修正 58 清华大学研究生课程灾害学 非标准场地的风压修正 山间盆地、谷地等闭塞地形，修正系数取 0.750.85 对于与风向一致的谷口、山口，修正系数取 1.21.5 59 清华大学研究生课程灾害学 结构物体形系数 60 清华大学研究生课程灾害学 结构物体形系数 1111 61 清华大学研究生课程灾害学 多个建筑物 在风压体形系数上乘以相应的增大系数 以考虑建筑物之间的相互影响； 必要情况下应通过风洞试验加以确定 62 清华大学研究生课程灾害学 维护构件 正压区，按一般体形系数取用 负压区 对墙面，取-1.0 对墙角边，取-1.8 对屋面局部部位（周围和屋面坡度大于10度的屋脊 部位），取-2.2 对檐口、雨篷、遮阳板等突出构件，取-2.0 局部作用宽度为房屋宽度的0.1或者房屋平均 高度的0.4，取其小者，但不小于1.5m 63 清华大学研究生课程灾害学 建筑物的内表面 根据外表面的风压情况取为0.2或者-0.2
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