荷载与结构设计方法-风荷载.pptx

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第一页,共五十八页。
风的有关知识
风压
风压高度变化系数
风荷载体型系数
结构抗风计算的几个重要概念
顺风向结构风效应
横风向结构风效应
结构总风效应
思考题
本章内容
第二页,共五十八页。
一、风的形成
风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处辐射程度和大气升温的不均衡性,在地球上的不同地区产生大气压力差,空气从气压大的地方向气压小的地方流动就形成了风。
在低空受指向低纬气压梯度力的作用,空气从高纬地区流向低纬地区;在高空气压梯度指向高纬,空气则从低纬流向高纬地区,。
风的有关知识

第三页,共五十八页。
二、两类性质的大风

台风是发生在热带海洋上空的一种气旋。在一个高水温的暖热带洋面上空,若有一个弱的热带气旋性系统产生或移来,在合适的环境下,因摩擦作用使气流产生向弱涡旋内部流动的分量,把高温洋面上蒸发进入大气的大量水汽带到涡旋内部,把高温高湿空气辐合到弱涡旋中心,产生上升和对流运动,释放潜热以加热涡旋中心上空的气柱,形成暖心。由于涡旋中心变暖,空气变轻,中心气压下降,低涡变强。当低涡变强,反过来又使低空暖湿空气向内辐合更强,更多的水汽向中心集中,对流更旺盛,中心变得更暖,中心气压更为下降,如此循环,直至增强为台风。

由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同,在大陆和海洋之间大范围的、风向随季节有规律改变的风,称为季风。
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三、我国风气候总况
(1)台湾、海南和南海诸岛由于地处海洋,常年受台风的直接影响,是我国最大的风区。
(2)东南沿海地区由于受台风影响,是我国大陆的大风区。风速梯度由沿海指向内陆。台风登陆后,受地面摩擦的影响,风速削弱很快。统计表明,在离海岸100km处,风速约减小一半。
(3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区,风速梯度由北向南,与寒潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响,风速有可能超过寒潮风速。黑龙江西北部处于我国纬度最北地区,它不在蒙古高压的正前方,因此那里的风速不大。
(4)青藏高原地势高,平均海拔在4~5km,属较大风区。
(5)长江中下游、黄河中下游是小风区,一般台风到此已大为减弱,寒潮风到此也是强弩之末。
(6)云贵高原处于东亚大气环流的死角,空气经常处于静止状态,加之地形闭塞,形成了我国的最小风区。
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四、风级—13级
风力
等级
名称
海面状况浪高/m
海岸渔船征象
陆地地面物征象
距地10m高处相当风速
一
般
最
高
km/h
mile/h
m/s
0
静风
-
-
静
静、烟直上
<1
<10
0~
1
软风


普通渔船略觉摇动
烟能表示风向,但风向标不能转动
1~5
1~3
~
2
轻风


渔船张帆时,可随风移行每小时2km~3km
人面感觉有风,树叶有微响,风向标能转动
6~11
4~6
~
3
微风


渔船渐觉簸动,随风移行每小时5~6km
树叶及微枝摇动不息,旌旗展开
12~19
7~10
~
4
和风


渔船满帆时船身倾于一侧
能吹起地面的灰尘和纸张,树的小枝摇动
20~28
11~16
~
5
清劲风


渔船缩帆(即收去帆的一部分)
有叶的小树摇摆,内陆的水面有小波
29~38
17~21
~
6
强风


渔船加倍缩帆,捕鱼须注意风险
大树枝摇动,电线呼呼有声,举伞困难
39~49
22~27
~
7
疾风


渔船停息港中,在海上下锚
全树摇动,迎风步行感觉不便
50~61
28~33
~
8
大风


近港渔船皆停留不出
微枝折毁,人向前行,感觉阻力甚大
62~74
30~40
~
9
烈风


汽船航行困难
烟囱顶部及平瓦移动,小屋有损
75~88
41~47
~
10
狂风


汽船航行颇危险
陆上少见,有时可使树木拔起或将建筑物吹毁
89~102
48~55
~
11
暴风


汽船遇之极危险
陆上很少,有时必有重大损毁
103~117
56~63
~
12
飓风
14
-
海浪滔天
陆上绝少,其捣毁力极大
118~133
64~71
~
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风压
一、风速与风压的关系
风的强度常用风速表示。当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑物、桥梁等阻碍物时,将对这些阻碍物产生压力,即风压。
在规定条件下确定的风速称为基本风速,
风速和风压之间的关系,可由流体力学中的伯努利方程得到。自由气流的风速产生的单位面积上的风压力为:
(3-1)
式中,——单位面积上的风压力(kN/m2);
ρ——空气密度(kg/m3);
γ——空气单位体积重力(kN/m3);
g——重力加速度(m/s2);
v0——风速(m/s)。
第七页,共五十八页。
风压
在标准大气压情况下,γ=,g=,可得:
(3-2)
在不同的地理位置,大气条件是不同的,γ和g值也不相同。资料缺乏时,空气密度可假设海拔高度为0m,取ρ=(kg/m3);重力加速度g不仅随高度变化,而且与纬度有关;空气重度γ是气压、气温和温度的函数,因此,各地的的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小,必须对地貌、测量高度进行统一规定。
根据统一规定,《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)给出了全国各城市50年一遇的风压值,见表2-1。当城市或建设地区的基本风压值在表中未列出时,也可按《建筑结构荷载规范》(GB50009—2001)中全国基本风压分布图(附图2)查得。在进行桥梁结构设计时,可按《公路桥涵设计通用规范》中全国基本风压分布图查得基本风压值。
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风压
二、基本风压:按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所确定的风压。
:风速随高度而变化。离地表越近,由于地表摩擦耗能越大,因而平均风速越小。
标准高度:房建10m;桥梁20m
:同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙程度高,风能消耗多,风速则低。
:公称的风速实际是一定时间间隔内(称为时距)的平均风速。风速随时间不断变化,常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准。风速记录表明,10min的平均风速已趋于稳定。时距太短,易突出风的脉动峰值作用;时距太长,势必把较多的小风平均进去,致使最大风速值偏低。规范基本风速时距10min。
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风压
——一年
由于气候的重复性,风有着它的自然周期,每年季节性地重复一次。因此,年最大风速最有代表性。
:工程设计时,一般应考虑结构在使用过程中几十年时间范围内,可能遭遇到的最大风速。该最大风速不是经常出现,而是间隔一段时间后再出现,这个间隔时间称为重现期。
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