4.2【  风荷载》 【 4.2《.，1  高《耸结构受风荷载影】响较大影响风荷载】的因素较多计—算方法也《多种多样它们将【直接关系到》风，荷载的取值和结构】安全 《 ， ？。    《对于主要承》重结构？风，荷载标准值的表达可！。有两种？形式一种为平—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？计，算，中一般往往》是第1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βz—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 《    】 显：然随：着建设的发展新【的高：耸结构的《体型复杂性大大增加！而计算机更普遍【应用到？。。每个：单位和个人》因而第一《种方法将要并已【经开始？在风工程中普遍使用！  【   当重现期R＜！50时？风，压代表值的最小值应！通过进行《换算ω0R》表示重现《期为R的《风压代表《值   ！ ， 本条风荷载为顺】风向风阻单位计算】面积是指沿》高，。耸，结构高度方》向分段的当前—计算段落的》正面挡风面积 ！ 4.2—.，2  基本风压【的确：定，方法和重现期直接关！系到当？地，基本风？压值的大小因而也】直接关系到建筑结构！在风荷载作用—下的安全 】     基【本风压W0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，10m高《自记1？0m：in平均年最—大风速(《m/s)根据该【风速：数，据经统计《分析确定重现—期为5？0年的最大》。风速作？为，。当，地，的基本风速v0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【板的观测结果和刻度！所反：映，的风速实际上—是，统，一根据标准的空【气密度ρ＝1.2】5kg/《m3：按上述公式反—算而得的因此在按该！风速确定风压—时可：统，。一按公式ω》0＝v02》/1600(kN】/m：2)计算《 ， ：  《   鉴于当前各气！象台站已累积了较多！的根据？风杯式？自记风？速仪记录的10【min平均年—最大风速数据—已，具有合理《计算的基础但—是要：特别注意的是—按基本风压》。的标准？要求应以当地比较空！旷平坦地面》。为计算依据随着【建设的发展很—多，气象台站《不再具备比较空旷平！。坦地面为计算依据】的条：件应用时应特别注】意   ！  现行国家标准建！筑结构？荷载规范GB 5】0009-2012！第8.1.2—条规定“对于高【层，建筑、高耸结构【以及对？风荷载比较》敏感的其他结构【基本风压的》。取值应适当提高并】应，符合有关结》构设计标准的规定”！对于高耸《结构经大量的调查和！研究认为《应当把基本》风压提？高到不小于0.35！。kN/m2》对于ω0在0.【35kN/m2【及以上的风》压没有必《要再另？行增大ω《0 《 4.2.4】  对于山间—盆，。地和谷地一般可按】推荐系？数的平均值取当地形！对风的影响很大时】应做具体调查后确】定对于与风》向一致的谷》。口、山？口，根据欧洲钢结—构协：会标：准EC？。CS/T《12如？果山谷狭《窄其收缩《作用使风产生—加速度为《考虑这种现象对最】不利情况《相应的系数最大可】取到1.5国内一些！资料也有到》1.：4本标准建议应通过！。实地：调查和对比观察【分析确？定如因故未进—。行上述工作也可【取较大系数1—.4 《 ， 4.》2.6  随着我国！建设事业的蓬勃【发展城市房屋的高】度和密度日益增【大尤其？是，诸如北京《、上海？、，广州：等超大型城市群的发！展，城市涵？盖的：范围越来越》大使得城市地—。貌下的大气边界层厚！度，与原来相比有显著】增加：本次：修订根据荷》载规范的变化提高了！。C、D两《类地貌？的粗糙度类别—的，梯度风高度》由400《。m，和450m分别修】改为45《0m和550m 】 》。。    根据地【面粗糙度《指数：及，梯度风高度即可【。。得出风？。压，高度变化《系数如下 【 【  ？   ？在确：定城区的地面粗【糙，度类别时当无α的实！测时可按下述—原则近似确定 】     】(1)以拟建房屋】为，中心、2k》m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！的风向为准但也可】取其主？导风向？。。；  】   (2)以半】圆影响范围内建筑物！。的平：均高度h《来划分地面粗—糙度类别h≥18】m为D类；9m【＜h＜18m为【C类；h≤9m为】B类； 》   —  (3)影—响范围内不同—高度的面《域可：按下述原则确定即每！座建筑物向》外，延伸距离为高—度的面域内均为该高！度，。当不同高度的面域】相交：时交叠部分》的高度取《大者； 【     (4)！平均高度h取各面域！面积为权数计算 ！ ：     —对于山？。区的建筑物风—压高度变化系数按】计算位置离》山地周？围平坦地《面高度计算这—。里说：的山：地周围平坦地面是指！最，邻近B类地貌处 ！ ？    《 根据大量高—耸结构工《程设计经验原标【准规定的对于山区】高耸结构《地形修正系数设计不！适用在本次修订【时将其删除加入将风！压改：为风阻 ！4.2.7  本条！列，出，了不同类型的建筑】物和各类结构体【型及其体型系数这】些都：是根据国内外的试验！资料和？外国规范中》的建议性规定整理】而成当？建筑物？与表：中列出的体型—类同时可参考应用否！则仍应由风洞试验】确定 】    3、4 】 在表4.2.7】-，3、表4.》。2.：7-4？中挡风系数》φ，只列到？0.：5为止对《于φ：大于0.5的体【型系数如无》参考资料也》可取φ为《0.：5时较大值》的，体型系数《 ？     【5，  索线与地—面夹角一般为40】°～60°根—据高：。耸结构实践》体型：系数值与现》。行国家标准建筑结构！。荷载规范《GB 50009】-201《2，表8.3.1体型】系数项次3》9中：的数值略有不—同建筑结构荷载规】范GB 500【09-2012表8！.3.？。1中仅提供了拉【索平面内的体型【系数当风不在拉【索平面？内时作？用更大本标准—表4.2《.7-5提》出，了风不在拉索平面时！作用于结构的垂直风！向分：量的体型系数—。 《     —1，2  对四管—组合柱？开展了？刚性模型测力—及，测压风洞试验试【验充分考虑了不同风！向，角、不同间距比【等因素对结构—体，型系数的影响—为充分考虑雷诺数】效应对？于钝体结构体—型系数的影》响亦开展了》高风速下《均匀：流场、不同紊流【度的紊流场等多种】流，场工况？下的风洞《试验同时参》考国内？外相关资料得出其体！型系数 《    】 风：洞试验开《展了均匀流、8【。％紊流度、15【。％紊流度三》种流场工况下的测力！及测压试《验其中风速》。为30m/s的【均，匀流工况时结—。构处：于超临界范围；紊】流场：可使钝体结》构在：较低雷诺数下表【。现出处于超临—界区：的受力特性故可认】为结构？在8％紊流》。度(风速10m/】。s、15m/s)】流场工况、15％】紊流度(《风速：10m/s》、1：5m/s《)流场工况下—。亦处于？超，临界范围 》 ，     】对，于同一来流攻角、同！一间距比的体—型系数选取》上述五？种工：况所测得体型系【。数的最？大值：(，保，留小数点后两位)】作为其体型》系，数(表1《) 》 表1 》。 四管？组合柱风荷载体【型系：数表 ？ ！。     13】  对三管组合柱】开展：了，刚性：模，型，测力及测压风洞试】验试验中充分考【。虑的不同风向角、】不同间距比等—。因素对结构体型【系数的影响为—充分考？虑雷诺数效应对于】钝体结构《体型：系，数的影？响亦开？展了高风速下均匀流！场、不同《紊流度的紊流—场等多种流场工况】下的风洞试验—综合比较分》析得出其体型系【数，(图2) ！ — 图2  三管【组合柱风《向图 》 4《.2.8《  风荷载体型系】数，。。涉及：的，是关于固《体与流？体相互作用的流【体动力学问》题对于不规则形状】的固体问《题尤为复杂无法给出！理论上的结果由于用！计算流体动力学【。分析目前尚未成【熟至今一般仍由【试验确定《鉴于真型实测的方】法对结构设计的不】现实性目前》只能采用《相似原理在》边界层风洞内—。对拟建的建筑—物，模，型进行测试 】 4.》2.：9，  风振系数应根】据随机振动理论导出！ ？ ， ，。  ：   现《。行国家标准建筑结】构荷：载规范GB 50】。009对顺风向风】振，系，数作出了较大—的修改采用了国际上！通用背景响应因【。子和共振响》应因子的形式—但基本？计算理论仍是—基于第一振》型的惯？性风：荷载法自立》式高耸？结，构刚度相对较小、自！振频率相对较低是以！第一振型振》动为：。主的风敏感结构风荷！载起控制《作用本标准列出的】式(4.2.—9)是根据现—行国：家标准建《筑结构荷裁规范【GB 500—0，9针对只考虑第【一振型影响的—结构：有关公式《转换而来的考虑到方！便查用顺风》向风振系数仍采用】脉动增大系数和脉】动，影响系数的》表达：形式并针对几—种规则结构外—形做了适当简—化其意义同现行【国家标准建筑结构】荷载规范GB— ，50009是一致的！同时也根据现行国家！标准建？筑结：构荷载规范GB【 50009的【修改：调整了相关参数【的取值编制了计【算表格？。方便查用由于现行】国，家标准建筑结构荷载！规范GB 50【009将A》、B、C、D四类】场地10m高紊【流度从8.8％、1！1，.4％？、16.7％—。。、27.《8％提高到1—2％、14％、2】3％、？39％将峰值因【子从：2.2提高到2.】5增大了脉动风【荷载因此使》得各：类地貌的风振系【数均有增大参—考美国、日本和【英国的规范》及国内相关单位的】一些实测数》据认：为原：标准将钢结构的阻】尼比统一取》0.01过于笼统】对于钢？塔架偏小《因此：建议将构架式钢塔架！。(包括角钢塔和【。钢管塔)的阻尼比由！原来的0.》01调整到0.0】2以减？小现行国家标准建筑！结构：荷载规范GB 【。50009调整所】造成的风振系数增】大程度并给出阻尼比！0.01《～0.0《5分别？对应：的脉动增大系数供】不，。同类别的结构形【式查：用  】   应《该说明随着计算机】。的普及应用和结【构形式愈《来愈：。多样：性和复杂性》只考虑第《一振型影响已不【能满足要求》而且也无必要可根】据基本原理考虑多】振型影响进行电算 ！ 《    《 表4.2.—9-3中变》化范围数字为A【类地貌至D类地【貌B类、C类—地貌的？查表为？1/5？、，1/2处《。例如Z/H》。＝0.6lx(H】)/l？x(0)《＝，0.5时B》类可取ε2＝—0.55C类ε【2＝0.5》9 》。 4.2.—10  钢桅杆风】振系数？根据随机《振动：理论导出考虑到初步！设计已很容》易计算出《桅杆杆？身的前几《阶振型一般可考【虑前4阶《自振：频率和振型》。(剔除扭转振型【)桅杆杆身》的风振系数为— 《 ？ 其中【。脉动系数 — 《 —式中ξ？。n一一脉动增大【系数：； ：  —   g峰值因子】取，2.5； 》。    I！101？0m高紊流度A类、！B，类、C类《、D类地貌》分别为12％、14！％、23％、3【9，％； ？ ？。     a风剖！。面指数A类、B【类，。、，C类：、D：类地貌分别为—0，.12、0.15】、0.22、0【.30； 】  μz(z)风！压高度系数； 】 ：。  Φn(z【)n阶振型在高度】z处的？取值 【    《 ，按桅杆杆《身风振系数的—计算公式可》编程计算得到桅杆杆！身沿高度变化的【z高度的风振系【数β：z 》 ，  ：   ？。为方便计算条—文中根据风》振，系数计算公式—给出简化算法计【算步骤如下 ！ ：    《桅杆杆身按纤绳层】数分段如《(，n－1？)层纤绳《可分为n段(—包括悬臂段)每【段按高度4等—分桅杆？杆身被等《。分为：N＝4n《个节点；则每段高度！为d：H＝H/N》各点的编号》自，下而上为《1、2、《…、N？用以描述风》振系数沿杆身全【高H的变化》规律则风《振系数计算公式中】的，积分计算转换—成为求和计算可用E！X，C，EL软？件计算出《。各点：。的风振系《数 ： 《 ，。    对于—桅，杆纤绳考虑脉动【风，。荷载主要影》响纤绳张力故只【考虑：一阶振型的》。影响将非均》布动力风《荷载等效为均布荷】。载求得？换算的均布荷载【的风振系数》并编制相应表格(】表4.2.1—0)B类《。、C类地貌的ε【q查：表为：1/10、1—/2处例如、纤绳】高度10《0mB类、C—类地：。貌的ε？q分别为0.4【7、0？.70 《 4.【2.1？。1  ？当构筑物《受到风？力作用时《不但顺风《向可能？。发生风振而且—也可能发生横风向风！振横风向风振—是由不稳定的空气动！力形成的其性质远比！顺风：向风振更为复杂其】中包括？旋涡脱落Vort】ex-she—dding、颤振F！lutter等空气！动力现象 ！    《 对圆截面》柱体：。结，。构当发生旋》涡脱落脱落频率【与结构自振频率相】符，时将出现《共振大？量试验表明旋涡脱落！频率fs与风速【v成：正比与截《面的：。直径d成反比—同时雷？诺数：69000》υd(υ为空气【运，动黏性系《数约为1.45【×10-5m2/s！)，斯托罗哈数它们在识！别其振动规律方面】有重要意义 【  》   当风速较低】即Re＜《3×105》时一旦fs与结构】自，振频：率相符？即发生亚《临界的微风共振对】圆截：面柱体St≈0.】2；当风速增大【而处：于超临界范围—即3×105≤Re！＜3.5×》106时旋涡—脱落没有明显的周期！结构的横向》振动也呈随》机性：；当风更大》即Re≥3.—5×106时即进】入跨临界范围重【新，出现规则的周—期性旋？。涡脱落？一旦与结构自振频】率接近结构将发生强！风共振 《    】 因此规《定当雷诺《数，Re＜3《×1：。05且υH＞υ【cr：1时可能发》。生第1振型微风【。共振(亚临界范围的！共振)此时应在构】造上采取防振措【施或控制《结构的临界》风速υcr1不小于！15：m，/s：以降：低微风共振的发生】率当雷诺数Re【≥，。3.5×10—6且1.2υH＞υ！crj？时可能发《生横风？向共振(跨临界范】围的共？振)此？时，应验算共振》响应 ？ ：    — 一般情况》下当风速在亚临【界或超临界范围内时！。不会对结构产—。生严重影响即使【发，生微风共振结构【可能对正常使—用有些影响但—也不至于破坏设计】时只要采取适当构】造措施或按微风【共振：控制要求控制—结构：顶部风速即可— 《  ？  ： 当风速《进入跨临界范围内】时结构有可能出现严！。重的振动甚至—破坏国内外都曾发】生过很多这类的【损坏和破坏》的事例对此必须【引起：。注意 ？ ： 4.2.【12  《对亚：临界：的微：风共振微风共—振时结？构会发生共振声响】但一般不会对结构】产生：破坏此时可采用【调整结构布置—以使结构《基，。本周期T1改变【而不发生微风共振或！者控制结构的临界】风速υcr1不小于！15m/s以降低共！振的发生《。率  】。   对跨临界的强！风共振设计时必须按！不，同振型对结构予以验！算式(4.2—.12-4)中的计！算系数λ《j是对j振型—情况下考虑》与共振锁住区—分布有关的折算系数！在临界风速υc【rj起？始点高度H1以上至！1.3υ《crj一段范围内】均为锁住区风速均为！υcr？j共振锁住》区的终点高》度，式中υH《,α：为该地貌的结构【顶点的风速H—2一般常在顶点高】度之上故锁住区常】取到结？。构顶点？计算系数λj就【根据此点而作—出个别情况》如，H2＜？H可：根据实际《情况进？行计：算此时λj可按λ】j(H1)－λj】。。(H2)确定如考】虑，安全：也可将？H2取至顶点若临界！风速起？。。始，点在结构顶》部不发？生共振也不必验算】横风向的《风振荷载临界风【速υcr《j计算？时应注意对不同【振，。型是不同的》根，据国外资料和我们】的计算？研究：一般：考虑前四个》振，型就足够《了但以前两》。个振型的共振—为最常见还应—注，意到对跨《临界的？强风共振验算—时考虑？到结构强风》共振的严重性及试】验资料的局限性应尽！。量提高？验算要求一些—。国外：规范：如ISO 4354！就要求考虑》增大风速验算这里采！。用将顶部风》速增大到1.2【倍以扩大验算范围】 》 4.2.13  ！。对于非圆截面的柱】。。体同样？也存：在旋涡脱落等—空气动力不》。稳定问题但其规律更！为复杂国外的—风荷载规范逐渐【。趋向于？也按随机振动的理】论建立计算模型目前！标，准仍建？。议对重要的》柔性结构宜在风【洞试：验的：基础上进行设计 ！ 4.2.1！4  基本风—速一般取当》地空旷平《坦地面上《10m高度》处10min时距平！均的年最大风速观】测数据经概》率统计得《出50？(30)年一遇【最大值？后确定的《风速 《    【 当发？生横风向风振时其】顺风向与横》风，向综合风振》效应按矢《量和计算一般情况】下，顺，。风向风？振与横风《向风振的相关性较】。小，当发生横风向强风】共振时顺风》。向，的风荷载可不—考虑脉动风影—响，。仅考虑其静》。力风荷载组合高耸】结，构等效风振》。。系数一般在1—.6～1.8左【右故顺风向静力风】效应：可，取总顺风向风荷载效！应的60％相—。当于取等《效风振系《数约为1.67【由于发生《横风向？共振时未《必是：设计风压《条件低于设计风速的！所有风速都》是可能？发生的故此》时的：顺风：向风荷？载应该为横风向【共，振，条件下的对应风速】下的风荷载 【