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风荷载取值
3.1.3风荷载之袁州冬雪创作
建筑物受到的风荷载作用大小,与建筑物所处的地理位置、建筑物的形状和高度等多种因素有关,详细计算依照《荷载规范》第7章执行.
1、风荷载尺度值计算
垂直于建筑物主体布局概况上的风荷载尺度值WK,依照公式(3.1-2)计算:
βz——高度Z处的风振系数,主要是思索风作用的不规则性,依照《荷载规范》7.4要求取值.多层建筑,建筑物高度<30m,风振系数近似取1.
(1)风荷载体型系数µS
风荷载体型系数,不单与建筑物的平面外形、高宽比、风向与受风墙面所成的角度有关,而且还与建筑物的立面处理、周围建筑物的密集程度和高低等因素有关,一般依照《荷载规
表3.1.10建筑物体型系数取值表
μs
建筑物体型示意
圆形平面建筑
正多边形或截角三角形平面建筑
n-多边形的边数
高宽比不大于4的矩形、方形、十字形平面建筑
①V形、Y形、弧形、双十字形平面建筑;
②L形、槽形和高宽比大于4的十字形平面建筑;
③高宽比大于4、长宽比不大于1.5的矩形、
鼓形平面建筑.
H-建筑物高度
范》7.3要求取值,表3.1.10中列出了常常使用体型建筑物的体型系数.
注1:
当计算重要且复杂的建筑物、及需要更细致地停止风荷载作用计算的建筑物,风荷载体型系数可依照《高层规程》中附录A采取、或由风洞试验确定.
注4:
当多栋或群集的建筑物相互间间隔较近时,宜思索风力相互干扰的群体作用效应.一般可将单体建筑的体型系数乘以相互干扰增大系数,该系数可参考近似条件的试验资料确定,需要时宜通过风洞试验确定.
注3:
檐口、雨蓬、遮阳板、阳台等水平构件,计算部分上浮风荷载作用时,体型系数不宜小于2.0.
注4:
验算概况围护布局及其毗连的强度时,应依照《荷载规范》7.3.3规定,采取部分风压力体型系数.
(2)风压高度变更系数µz
设置风压高度变更系数,主要是思索建筑物随着高度的增加风荷载的增大作用.
对于位于平坦或稍有起伏地形上的建筑物,其风压高度变更系数应根据场地粗糙程度按《荷载规范》7.2要求选用,表3.1.11中列出了常常使用风压高度变更系数的取值要求.
表3.1.11风压高度变更系数
离地面或海平面高度
(m)
地面粗糙度种别
A
B
C
D
5
10
15
20
30
40
50
60
附注:
对位于山区的建筑物,依照本表确定的风压高度变更系数必须思索地形条件的修正,详《荷载规
范》7.2.2.
关于地面粗糙程度的分类:
A类:
远洋海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区;
B类:
田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区;
C类:
有密集建筑群的城市市区;
D类:
有密集建筑群和且房屋较高的城市市区.
(3)基本风压值W0
基本风压值W0,单位kN/m2,以当地比较空阔平坦场地上离地10m高、统计所得50年一遇10分钟平均最大风速为尺度确定的风压值,各地的基本风压可依照《荷载规范》附录D
中的全国基本风压分布图查用,主要城镇基本风压取值参考表.
2、基本风压的取值年限
《荷载规范》在附录D中分别给出了n=10年、n=50年、n=100年一遇的基本风压尺度值,工程设计中根据建筑物的使用性质与功能要求,一般依照下列方法选用风压尺度值的取值年限:
①姑且性建筑物:
取n=10年一遇的基本风压尺度值;
②一般的工业与平易近用建筑物:
取n=50年一遇的基本风压尺度值;
③特别重要的建筑物、或对风压作用比较敏感的建筑物(建筑物高度大于60m):
取
表3.1.12浙江省主要城镇基本风压(kN/m2)取值参考表
城镇称号
海拔高度
(m)
基本风压(kN/m2)
n=10年
n=50年
n=100年
杭州市
临安县天目山
平湖县乍浦
慈溪市
嵊泗
嵊泗县嵊山
舟山市
金华市
嵊县
宁波市
象山县石浦
衢洲市
丽水市
龙泉
临海市括苍山
温州市
椒江市洪家
椒江市下大陈
玉环县坎门
瑞安市北麂
附注:
表中未列城镇的基本风压依照《荷载规范》附录D中的全国基本风压分布图查用.
n=100年一遇的基本风压尺度值;在没有100年一遇基本风压尺度值的地区,可近似将50年一遇的基本风压值尺度值乘以1.1(经历系数)以后采取.
3、关于风荷载作用的方向问题
建筑物受到的风荷载作用来自各个方向,风荷载的主要作用方向与建筑物所在地的风玫瑰图方向一致(全国主要城市风玫瑰图,可以查相应的建筑设计资料).工程设计中,一般依照风荷载作用的最大值,来计算建筑物受到的风荷载作用效应.
对于抗侧力构件相互垂直安插的建筑物:
一般依照两个相互垂直的主轴方向来思索风荷载的作用效应,详图3.1.3a所示.
图3.1.3a抗侧力构件垂直安插示意图图3.1.3b抗侧力构件多向安插示意图
对于抗侧力构件多向安插的建筑物:
一般依照抗侧力构件安插方向,沿着相互垂直的主轴方向次依思索风荷载的作用效应,详图3.1.3b所示.
注意:
同一方向,左风荷载作用效应和右风荷载作用效应要分别停止计算.
4、风洞试验
《高层规程》3.2.8明白,对于特别重要的建筑物、特别不规则的建筑物,风荷载尺度值计算公式(3.1-2)中的相关计算参数有需要通过风洞试验来确定,以便较切确地计算建筑物受到的风荷载作用效应,确保建筑布局的抗风才能.
一般建筑物高度大于200m、或建筑物高度大于150m但存在下列情况之一时,宜采取风洞试验来确定建筑物的风荷载作用参数.
①平面形状不规则,立面形状复杂;
②立面开洞或连体建筑;
③规范或规程中没有给出体型系数的建筑物;
④周围地形或环境较复杂.
风洞试验通常由有试验才能和试验资质的高等院校、科研院所完成,依照一定比例制作的建筑物模子置于人工摹拟的风环境中,模子上分歧部位埋设一定数量的电子测压孔,通过压力传感器输出电流信号、通过数据收集仪自动扫描记录并转为相关的数字信号,再颠末一系列的计算机数据处理、摹拟分析,可以得到建筑物受到的平均风压力和动摇风压力值,供设计采取.
多层建筑物,房屋高度小,风荷载作用影响较小,一般不做风洞试验.
5、梯度风
基本风压与风速有关,一般风速由地面为零沿高度方向依照曲线逐渐增大,直至间隔地面某一高度处达到最大值,上层风速度受地面影响较小,风速较为稳定.
分歧的地概况粗糙度使风速沿高度增加的梯度(速率)分歧,详图3.1.4所示,风速变更的这种规律,称为梯度风.
图3.1.4风速随高度变更示意图
6、特殊情况下基本风压的取值
①当重现期为任意年限R时,相应风压值可依照公式(3.1-2a)停止近似计算:
式中:
XR——重现期为R年的风压值(kN/m2);
X10——重现期为10年的风压值(kN/m2);
X100——重现期为100年的风压值(kN/m2).
②当城市或建设地点的基本风压值在“全国基本风压分布图”上没有给出时,可根据附近地区规定的基本风压或长期观测资料,通过气象或地形条件的对比分析确定.
在分析当地的年最大风速时,往往会遇到其实测风速的条件不符合基本风压规定的尺度条件,因而必须将实测的风速资料换算为尺度条件的风速资料,然后再停止分析.
情形一:
当实测风速的位置不是l0m高度时,尺度条件风速的换算
原则上应由气象台站根据分歧高度风速的对比观测资料,并思索风速大小的影响,给出非尺度高度风速的换算系数,以确定尺度条件高度的风速资料.当缺乏相应的观测资料时,可近似依照公式(3.1-2b)停止换算:
式中:
ν——尺度条件下l0m高度处、时距为10分钟的平均风速值(m/s);
νz——非尺度条件下z高度(m)处、时距为10分钟的平均风速值(m/s);
α——实测风速高度换算系数,可根据设计手册,近似按表3.1.13取值.
表3.1.13实测风速高度换算系数参考表
实际风速高度(m)
4
6
8
10
12
14
16
18
20
α
1
情形二:
当最大风速资料不是时距10分钟的平均风速时,尺度条件风速的换算
虽然世界上很多国家采取基本风压尺度值中的风速基本数据为10分钟时距的平均风速,但也有一些国家不是这样.因此对某些国外工程需要依照我国规范设计时,或国内工程需要与国外某些设计资料停止对比时,会遇到非尺度时距最大风速的换算问题.
实际上时距10分钟的平均风速与其它非尺度时距的平均风速的比值是不确定的,表3.1.14给出了非尺度时距平均风速与时距10分钟平均风速的换算系数,需要时可依照公式(3.1-2c)做近似换算:
式中:
ν——时距为10分钟的平均风速值(m/s);
νt——时距为t分钟的平均风速值(m/s);
β——换算系数,可根据设计手册,近似按表3.1.14取用.
表3.1.14分歧时距与10分钟时距风速换算系数参考表
实际风
速时距
1
小时
10
分钟
5
分钟
2
分钟
1
分钟
分钟
20
秒钟
10
秒钟
5
秒钟
瞬时
β
1
情形三:
当已知风速重现期为T年时,尺度条件风压的换算
当已知10分钟时距平均风速最大值的重现期为T年时,其基本风压与重现期为50年的基本风压的关系,可依照公式(3.1-2d)停止简单换算:
式中:
W0——重现期为50年的基本风压值(kN/m2);
W——重现期为T年的基本风压值(kN/m2);
γ——换算系数,可根据设计手册,近似按表3.1.15取用.
表3.1.15分歧重现期与重现期为50年的基本风压的换算系数参考表
重现期为T年
5年
10年
15年
20年
30年
50年
100年
γ
③山区的基本风压
山区的基本风压应通过调查后确定,如无实际资料,可依照当地临近空阔平坦地面的基本风压值,乘以一放大系数后采取.
2.
7、围护布局的风荷载计算
计算围护布局上作用的风荷载值,必须思索阵风的影响,依照公式(3.1-2e)停止:
WK——风荷载尺度值,单位kN/m2;
W0——基本风压值,单位kN/m2,取值要求同前;
βgz——高度Z处的阵风系数,依照《荷载规范》7.5要求取值;
µS——风荷载体型系数,依照《荷载规范》7.3.3要求取值.对于檐沟、雨蓬、遮阳板等突出构件,风力作用垂直向上,风荷载体型系数为2;
µz——风压高度变更系数,取值要求同前.
8、玻璃幕墙的风荷载计算
玻璃幕墙作为围护布局的一种表示形式,在平易近用建筑中应用较多,其抗风设计必须知足围护布局风荷载尺度值的计算要求.
由于玻璃幕墙单块受荷面积较小,根据《玻璃幕墙工程技术规范》(JGJ102-96)规定,垂直于玻璃幕墙概况上的风荷载尺度值,可近似依照公式(3.1-2f)计算:
公式中有关高度变更系数µz、基本风压W0的计算取值要求同前,对于体型系数µS的取值要求如下:
竖直幕墙外概况依照±1.5取用;斜玻璃幕墙可根据实际情况依照《荷载规范》要求取用;当建筑物停止了风洞试验时,直接根据风洞试验成果确定.
任何情况下,设计玻璃幕墙用风荷载尺度值Wk2.
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