風荷載效應如何計算採用什麼方法

Ⅰ 風荷載的計算公式

• 垂直於建築物表面上的風荷載標准值，應按下述公式計算：

• 當計算主要承重結構時,按式：wk=βzμsμzWo

• 當計算圍護結構時，按式：wk=βgzμslμzWo

• 風荷載也稱風的動壓力，是 空氣流動對工程結構所產生的壓力。風荷載 與基本風壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，及建築體型等諸因素有關。

• 中國的地理位置和氣候條件造成的大風為：夏季東南沿海多台風，內陸多雷暴及雹線大風；冬季北部地區多寒潮大風，其中沿海地區的台風往往是設計工程結構的主要控制荷載。台風造成的風災事故較多，影響范圍也較大。

• 雷暴大風可能引起小范圍內的風災事故。中國規定的基本風壓0 以一般空曠平坦地面、離地面10米高、風速時距為10分鍾平均的最大風速為標准，按結構類別考慮重現期(一般結構重現期為30年，高層建築和 高聳結構為50年,特別重要的結構為100年),統計得最大風速 （即年最大風速分布的96.67%分位值，並按 0= 2/2確定。

• 式中ρ為空氣質量密度；v為風速）。根據統計，認為離地面10米高、時距為10分鍾平均的年最大風壓，統計分布可按極值I型考慮。

• 基本風壓因地而異，在中國的分布情況是：台灣和海南島等沿海島嶼、東南沿海是最大風壓 區，由台風造成。東北、華北、西北的北部是風壓次大區，主要與強冷氣活動相聯系。青藏高原為風壓較大區，主要由海拔高度較高所造成。

• 其他內陸地區風壓都較小。風速 風速隨時間不斷變化（圖1）,在一定的時距Δt內將風速分解為兩部分：一部分是平均風速的穩定部分；另一部分是指風速的脈動部分。

• 為了對變化的風速確定其代表值作為基本風壓，一般用規定時距內風速的穩定部分作為取值標准。

Ⅱ 風荷載的計算公式

• 垂直於建築物表面上的風荷載標准值，應按下述公式計算：

• 當計算主要承重結構時,按式：wk=βzμsμzWo

• 當計算圍護結構時，按式：wk=βgzμslμzWo

Ⅲ 風荷載設計步驟

風荷載是建築物的主要側向控制荷載，測量風荷載及預測建築物風響應是工程需要。利用高頻天平能夠測量建築物靜態和動態風荷載並預測建築物的動態響應，這是一種有待廣泛推廣的新技術。作為技術研究，在1．4m×1．4m風洞中利用一台五分量高頻天平獲得了兩個模型在不同流動狀態大氣邊界層中的廣義力譜，計算了相應高層建築的動態響應，並與國際ESDU風工程計算作了比較，對試驗結果的可靠性進行了分析。

主體結構計算時，垂直於建築物表面的風荷載標准值應按（3.2.1）式計算，風荷載作用面積應取垂直於風向的最大投影面積。

3.2.2 基本風壓應按照現行國家標准《建築結構荷載規范》GB 50009的規定採用。對於特別重要或對風荷載比較敏感的高層建築，其基本風壓應按100年重現期的風壓值採用。

3.2.3 位於平坦或稍有起伏地形的高層建築，其風壓高度變化系數應根據地面粗糙度類別按表3.2.3確定。地面粗糙度應分為四類：A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區；B類指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區；C類指有密集建築群的城市市區；D類指有密集建築群且房屋較高的城市市區。

3.2.4 位於山區的高層建築，按本規程第3.2.3條確定風壓高度變化系數後，尚應按現行國家標准《建築結構荷載規范》GB 50009的有關規定進行修正。

3.2.5 計算主體結構的風荷載效應時，風荷載體型系數μs可按下列規定採用：

1 圓形平面建築取0.8；

2 正多邊形及截角三角形平面建築，由下式計算：

3 高寬比H/B不大於4的矩形、方形、十字形平面建築取1.3；

4 下列建築取1.4：

1）V形、Y形、弧形、雙十字形、井字形平面建築；
2）L形、槽形和高寬比H/B大於4的十字形平面建築；
3）高寬比H/B大於4，長寬比L/B不大於1.5的矩形、鼓形平面建築。

5 在需要更細致進行風荷載計算的場合，風荷載體型系數可按本規程附錄A採用，或由風洞試驗確定。

3.2.6 高層建築的風振系數βz可按下式計算：

3.2.7 當多棟或群集的高層建築相互間距較近時，宜考慮風力相互干擾的群體效應。一般可將單棟建築的體型系數μs乘以相互干擾增大系數，該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確定。

3.2.8 房屋高度大於200m時宜採用風洞試驗來確定建築物的風荷載；房屋高度大於150m，有下列情況之一時，宜採用風洞試驗確定建築物的風荷載：

—平面形狀不規則，立面形狀復雜；
—立面開洞或連體建築；
—周圍地形和環境較復雜。

3.2.9 檐口、雨篷、遮陽板、陽台等水平構件，計算局部上浮風荷載時，風荷載體型系數μs不宜小於2.0。

3.2.10 設計建築幕牆時，風荷載應按國家現行有關建築幕牆設計標準的規定採用。

新的建築結構設計規范在結構可靠度、設計計算、配筋構造方面均有重大更新和補充，特別是對抗震及結構的整體性，規則性作出了更高的要求，使結構設計不可能一次完成。如何正確運用設計軟體進行結構設計計算，以滿足新規范的要求，是每個設計人員都非常關心的問題。以SATWE軟體為例，進行結構設計計算步驟的討論，對一個典型工程而言，使用結構軟體進行結構計算分四步較為科學。

1．完成整體參數的正確設定 計算開始以前，設計人員首先要根據新規范的具體規定和軟體手冊對參數意義的描述，以及工程的實際情況，對軟體初始參數和特殊構件進行正確設置。但有幾個參數是關繫到整體計算結果的，必須首先確定其合理取值，才能保證後續計算結果的正確性。這些參數包括振型組合數、最大地震力作用方向和結構基本周期等，在計算前很難估計，需要經過試算才能得到。

(1)振型組合數是軟體在做抗震計算時考慮振型的數量。該值取值太小不能正確反映模型應當考慮的振型數量，使計算結果失真；取值太大，不僅浪費時間，還可能使計算結果發生畸變。《高層建築混凝土結構技術規程》5.1.13-2條規定，抗震計算時，宜考慮平扭藕聯計算結構的扭轉效應，振型數不宜小於15，對多塔結構的振型數不應小於塔樓的9倍，且計算振型數應使振型參與質量不小於總質量的90％。一般而言，振型數的多少於結構層數及結構自由度有關，當結構層數較多或結構層剛度突變較大時，振型數應當取得多些，如有彈性節點、多塔樓、轉換層等結構形式。振型組合數是否取值合理，可以看軟體計算書中的x，y向的有效質量系數是否大於0.9。具體操作是，首先根據工程實際情況及設計經驗預設一個振型數計算後考察有效質量系數是否大於0.9，若小於0.9，可逐步加大振型個數，直到x,y兩個方向的有效質量系數都大於0.9為止。必須指出的是，結構的振型組合數並不是越大越好，其最大值不能超過結構得總自由度數。例如對採用剛性板假定得單塔結構，考慮扭轉藕聯作用時，其振型不得超過結構層數的3倍。如果選取的振型組合數已經增加到結構層數的3倍，其有效質量系數仍不能滿足要求，也不能再增加振型數，而應認真分析原因，考慮結構方案是否合理。
（2）最大地震力作用方向是指地震沿著不同方向作用，結構地震反映的大小也各不相同，那麼必然存在某各角度使得結構地震反應值最大的最不利地震作用方向。設計軟體可以自動計算出最大地震力作用方向並在計算書中輸出，設計人員如發祥該角度絕對值大於15度，應將該數值回填到軟體的「水平力與整體坐標夾角」選項里並重新計算，以體現最不利地震作用方向的影響。
（3）結構基本周期是計算風荷載的重要指標。設計人員如果不能事先知道其准確值，可以保留軟體的預設值，待計算後從計算書中讀取其值，填入軟體的「結構基本周期」選項，重新計算即可。
上述的計算目的是將這些對全局有控製作用的整體參數先行計算出來，正確設置，否則其後的計算結果與實際差別很大。
2.確定整體結構的合理性 整體結構的科學性和合理性是新規范特別強調內容。新規范用於控制結構整體性的主要指標主要有：周期比、位移比、剛度比、層間受剪承載力之比、剛重比、剪重比等。
（1）周期比是控制結構扭轉效應的重要指標。它的目的是使抗側力的構件的平面布置更有效更合理，使結構不至出現過大的扭轉。也就是說，周期比不是要求就構足夠結實，而是要求結構承載布局合理。《高規》第4.3.5條對結構扭轉為主的第一自振周期Tt與平動為主的第一自振周期T1之比的要求給出了規定。如果周期比不滿足規范的要求，說明該結構的扭轉效應明顯，設計人員需要增加結構周邊構件的剛度，降低結構中間構件的剛度，以增大結構的整體抗扭剛度。
設計軟體通常不直接給出結構的周期比，需要設計人員根據計算書中周期值自行判定第一扭轉（平動）周期。以下介紹實用周期比計算方法：1)扭轉周期與平動周期的判斷：從計算書中找出所有扭轉系數大於0.5的平動周期，按周期值從大到小排列。同理，將所有平動系數大於0.5的平動周期值從大到小排列；2）第一周期的判斷：從列隊中選出數值最大的扭轉（平動）周期，查看軟體的「結構整體空間振動簡圖」，看該周期值所對應的振型的空間振動是否為整體振動，如果其僅僅引起局部振動，則不能作為第一扭轉（平動）周期，要從隊列中取出下一個周期進行考察，以此類推，直到選出不僅周期值較大而且其對應的振型為結構整體振動的值即為第一扭轉（平動）周期；3)周期比計算：將第一扭轉周期值除以第一平動周期即可。
（2）位移比（層間位移比）是控制結構平面不規則性的重要指標。其限值在《建築抗震設計規范》和《高規》中均有明確的規定，不再贅述。需要指出的是，新規范中規定的位移比限值是按剛性板假定作出的，如果在結構模型中設定了彈性板，則必須在軟體參數設置時選擇「對所有樓層強制採用剛性樓板假定」，以便計算出正確的位移比。在位移比滿足要求後，再去掉「對所有樓層強制採用剛性樓板假定的選擇，以彈性樓板設定進行後續配筋計算。
此外，位移比的大小是判斷結構是否規則的重要依據，對選擇偶然偏心，單向地震，雙向地震下的位移比，設計人員應正確選用。
（3）剛度比是控制結構豎向不規則的重要指標。根據《抗震規范》和《高規》的要求，軟體提供了三種剛度比的計算方式，分別是剪切剛度，剪彎剛度和地震力與相應的層間位移比。正確認識這三種剛度比的計算方法和適用范圍是剛度比計算的關鍵：1）剪切剛度主要用於底部大空間為一層的轉換結構及對地下室嵌固條件的判定；2)剪彎剛度主要用於底部大空間為多層的轉換結構；3)地震力與層間位移比是執行《抗震規范》第3.4.2條和《高規》4.3.5條的相關規定，通常絕大多數工程都可以用此法計算剛度比，這也是軟體的預設方式。
（4）層間受剪承載力之比也是控制結構豎向不規則的重要指標。其限值可參考《抗震規范》和《高規》的有關規定。
（5）剛重比是結構剛度與重力荷載之比。它是控制結構整體穩定性的重要因素，也是影響重力二階效的主要參數。該值如果不滿足要求，則可能引起結構失穩倒塌，應當引起設計人員的足夠重視。
（6）剪重比是抗震設計中非常重要的參數。規范之所以規定剪重比，主要是因為長期作用下，地震影響系數下降較快，由此計算出來的水平地震作用下的結構效應可能太小。而對於長周期結構，地震動態作用下的地面加速度和位移可能對結構具有更大的破壞作用，但採用振型分解法時無法對此作出准確的計算。因此，出於安全考慮，規范規定了各樓層水平地震力的最小值，該值如果不滿足要求，則說明結構有可能出現比較明顯的薄弱部位，必須進行調整。
除以上計算分析以外，設計軟體還會按照規范的要求對整體結構地震作用進行調整，如最小地震剪力調整、特殊結構地震作用下內力調整、0.2Q0調整、強柱弱梁與強剪弱彎調整等等，因程序可以完成這些調整，就不再詳述了。
3 對單構件作優化設計 前幾步主要是對結構整體合理性的計算和調整，這一步則主要進行結構單個構件內力和配筋計算，包括梁，柱，剪力牆軸壓比計算，構件截面優化設計等。
（1）軟體對混凝土梁計算顯示超筋信息有以下情況：1）當梁的彎矩設計值M大於梁的極限承載彎矩Mu時，提示超筋；2）規范對混凝土受壓區高度限制：
四級及非抗震：ξ≤ξb
二、三級：ξ≤0.35（ 計算時取AS 』＝0.3 AS ）
一級： ξ≤0.25（ 計算時取AS 』＝0.5 AS ）
當ξ不滿足以上要求時，程序提示超筋；3)《抗震規范》要求梁端縱向受拉鋼筋的最大配筋率2.5%，當大於此值時，提示超筋；4）混凝土梁斜截面計算要滿足最小截面的要求，如不滿足則提示超筋。
（2）剪力牆超筋分三種情況：1）剪力牆暗柱超筋：軟體給出的暗柱最大配筋率是按照4%控制的，而各規范均要求剪力牆主筋的配筋面積以邊緣構件方式給出，沒有最大配筋率。所以程序給出的剪力牆超筋是警告信息，設計人員可以酌情考慮；2）剪力牆水平筋超筋則說明該結構抗剪不夠，應予以調整；3）剪力牆連梁超筋大多數情況下是在水平地震力作用下抗剪不夠。規范中規定允許對剪力牆連梁剛度進行折減，折減後的剪力牆連梁在地震作用下基本上都會出現塑性變形，即連梁開裂。設計人員在進行剪力牆連梁設計時，還應考慮其配筋是否滿足正常狀態下極限承載力的要求。
（3）柱軸壓比計算： 柱軸壓比的計算在《高規》和《抗震規范》中的規定並不完全一樣，《抗震規范》第6.3.7條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值既包括地震組合，也包括非地震組合，而《高規》第6.4.2條規定，計算軸壓比的柱軸力設計值僅考慮地震作用組合下的柱軸力。軟體在計算柱軸壓比時，當工程考慮地震作用，程序僅取地震作用組合下的的柱軸力設計值計算；當該工程不考慮地震作用時，程序才取非地震作用組合下的柱軸力設計值計算。因此設計人員會發現，對於同一個工程，計算地震力和不計算地震力其柱軸壓比結果會不一樣。
（4）剪力牆軸壓比計算：為了控制在地震力作用下結構的延性，新的《高規》和《抗震規范》對剪力牆均提出了軸壓比的計算要求。需要指出的是，軟體在計算斷指剪力牆軸壓比時，是按單向計算的，這與《高規》中規定的短肢剪力牆軸壓比按雙向計算有所不同，設計人員可以酌情考慮。
（5）構件截面優化設計：計算結構不超筋，並不表示構件初始設置的截面和形狀合理，設計人員還應進行構件優化設計，使構件在保證受力要求的德條件下截面的大小和形狀合理，並節省材料。但需要注意的是，在進行截面優化設計時，應以保證整體結構合理性為前提，因為構件截面的大小直接影響到結構的剛度，從而對整體結構的周期、位移、地震力等一系列參數產生影響，不可盲目減小構件截面尺寸，使結構整體安全性降低。
4. 滿足規范抗震措施的要求 在施工圖設計階段，還必須滿足規范規定的抗震措施要求。《混凝土規范》、《高規》和《抗震規范》對結構的構造提出了非常詳盡的規定，這些措施是很多震害調查和抗震設計經驗的總結，也是保證結構安全的最後一道防線，設計人員不可麻痹大意。
（1）設計軟體進行施工圖配筋計算時，要求輸入合理的歸並系數、支座方式、鋼筋選筋庫等，如一次計算結果不滿意，要進行多次試算和調整。
（2）生成施工圖以前，要認真輸入出圖參數，如樑柱鋼筋最小直徑、框架頂角處配筋方式、梁挑耳形式、柱縱筋搭接方式，箍筋形式，鋼筋放大系數等，以便生成符合需要的施工圖。軟體可以根據允許裂縫寬度自動選筋，還可以考慮支座寬度對裂縫寬度的影響。
（3）施工圖生成以後，設計人員還應仔細驗證各特殊或薄弱部位構件的最小縱筋直徑、最小配筋率、最小配箍率、箍筋加密區長度、鋼筋搭接錨固長度、配筋方式等是否滿足規范規定的抗震措施要求。規范這一部分的要求往往是以黑體字寫出，屬於強制執行條文，萬萬不可以掉以輕心。
（4）最後設計人員還應根據工程的實際情況，對計算機生成的配筋結果作合理性審核，如鋼筋排數、直徑、架構等，如不符合工程需要或不便於施工，還要做最後的調整計算。

Ⅳ 風荷載如何計算在結構設計中

垂直於物體表面上的風荷載標准值，用下面的公式來計算：

ωk＝βzμsμzω0 （6.1.1）

式中 ωk-----風荷載標准值，kN/m2；
βz----z高度處的風振系數；
μs----風荷載體型系數；
μz----風壓高度變化系數；
ω0----基本風壓值，kN/m2。

基本風壓系以當地比較空曠平坦地面上離地 10m 高統計所得到 30 年一遇 10min 平均最大風速 υ0（m/s）為標准，按 ω0＝υ02/1600確定的風壓值。
基本風壓不得小於 0.25kN/m2。

風荷載的具體數值與許多因素有關，這在《建築結構荷載規范》GB50009-2001中有明確的規定。

Ⅳ 風荷載計算公式

垂直於建築物表面上的風荷載標准值，應按下述公式計算：當計算主要承重結構時,按式：wk=βzμsμzWo；當計算圍護結構時，按式：wk=βgzμslμzWo。
風荷載也稱風的動壓力，是空氣流動對工程結構所產生的壓力。風荷載與基本風壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，及建築體型等諸因素有關。

Ⅵ 風荷載計算公式

風荷載計算公式：ωk=βz×μs×μz×ω0。風荷載（windload）空氣流動對工程結構所產生的壓力。其大小與風速的平方成正比，即式中ρ為空氣質量密度，va和vb分別為風法結構表面前與結構表面後的風速。
物理學上的壓力，是指發生在兩個物體的接觸表面的作用力，或者是氣體對於固體和液體表面的垂直作用力，或者是液體對於固體表面的垂直作用力。（物體間由於相互擠壓而垂直作用在物體表面上的力，叫作壓力。）例如足球對地面的力，物體對斜面的力，手對牆壁的力等。習慣上，在力學和多數工程學科中，「壓力」一詞與物理學中的壓強同義。

Ⅶ 風荷載時如何計算的

建築結構所受風荷載的大小與建築地點的地貌、離地面或海平面高度、風的性質、風速、風向以及高層建築結構自振特性、體型、平面尺寸、表面狀況等因素有關。

風荷載計算公式如下：

各表面風力的合力作用點，即為總體風荷載的作用點。設計時，將沿高度分布的總體風荷載的線荷載換算成集中作用在各樓層位置的集中荷載，再計算結構的內力及位移。

Ⅷ 風荷載如何計算在結構設計中

垂直於物體表面上的風荷載標准值,用下面的公式來計算：
ωk＝βzμsμzω0 （6.1.1）
式中 ωk-----風荷載標准值,kN/m2；
βz----z高度處的風振系數；
μs----風荷載體型系數；
μz----風壓高度變化系數；
ω0----基本風壓值,kN/m2.
基本風壓系以當地比較空曠平坦地面上離地 10m 高統計所得到 30 年一遇 10min 平均最大風速 υ0（m/s）為標准,按 ω0＝υ02/1600確定的風壓值.
基本風壓不得小於 0.25kN/m2.
風荷載的具體數值與許多因素有關,這在《建築結構荷載規范》GB50009-2001中有明確的規定.

Ⅸ 風荷載計算

風載荷計算有兩種：1、按風壓計算：迎風面積乘以風壓值乘以迎風系數；2、迎風面積乘以相對風速阻力值乘以迎風面積系數；