土木工程结构抗风设计
吴 瑾 陈少林
课程内容
? 风工程基本知识
风的特性
结构上的静力风
结构上的脉动风
? 结构抗风设计
结构的风振响应 (高层、屋盖、桥梁）
结构风振控制
第一章 绪论
1,1 土木工程结构风灾
国内外统计资料表明, 在所有自然灾害中,
风灾造成的损失为各种灾害之首 。 例如 1999年,
全球发土严重自然灾害共造成 800亿美元的经
济 损 失, 其中, 在 被 保 险 的 损 失 中,
飓风造成的损失占 70％。
2003年 08月 03日雷暴雨中突如其来的旋风，把上海大剧
院的屋顶掀去了一大块
广告牌轰然倒地
加油站屋盖破坏
体台场主看台屋盖覆面结构损坏
塔科马悬索桥的扭转振动
1.2 风的特性
? 风可以有 — 定的倾角，它相对于水平 — 般可
在 +10° 到 -10° 内变化。
? 不同的季节和时日，可以有不同的风向
? 随机性
? 风与结构的耦合
实测风速时程曲线
风强度的表示方法
(1)蒲福风速表
英国人蒲福 (F,Beaufort)于 l 805年拟定了风
级，根据风对地面 (或海面 )物体影响程度而定
出的，称为蒲氏风级。
自 0至 17共分 18个等级
台风 —— 热带气旋 最大平均风力 12级或以上
(2)福基达龙卷风风力等级表
龙卷风 —— 范围小而时间短的强烈旋风，
切向速度达 100m/s。
美国芝加哥大学福基达 (T,T,— Fujita)教
授曾于 1970年提出龙卷风按最大风速划分为
7个等级,
规范中未考虑。
风速风压关系
对工程结构设计计算来说，风力作用的大小直
接以风压来表示。
22
2
1
2
1 v
gvw
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1.3 风对结构物的作用
一、风作用的类型
(1)顺风向力 —— 由与风向一致的风力作用
(2)横风向力 —— 结构物背后的旋涡引起结构物的
横风向 (与风向垂直 )力
(3)风力扭矩 —— 由横风向力、顺风向力引起
二、风作用效应
(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定；
(2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙,
外装修材料的损坏；
(3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏；
(4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气
动力；
(5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生
不舒适感。
三、效应分析方法
? 顺风向平均风 —— 静力计算
? 顺风向脉动风 —— 随机振动理论计算
? 横风向周期性风 —— 按确定性荷载进行
动力计算
四、抗风设计要求
? 强度设计要求
? 刚度设计要求
? 舒适度设计要求
? 局部构件的合理设计 —— 外墙、玻璃、女儿墙等
? 疲劳设计要求 —— 高周疲劳
表 1-1 高层建筑顶部水平位移与结构高之比 Δ /H
结构类型 钢筋混凝土结构 钢结构
框架
轻质隔墙 1/500
1/400～ 1/800
砌体填充墙 1/650
框架－剪力墙
一般装修标准 1/800
较高装修标准 1/900
筒体及筒中筒
一般装修标准 1/900
较高装修标准 1/1000
剪力墙
一般装修标准 1/1000
较高装修标准 1/1200
框架
轻质隔墙 1/450
1/400～ 1/600
砌体填充墙 1/500
框架－剪力墙
一般装修标准 1/700
较高装修标准 1/800
筒体及筒中筒
一般装修标准 1/800
较高装修标准 1/900
剪力墙
一般装修标准 1/900
较高装修标准 1/1100
表 1-2 人体振动舒适度控制界限
程度 使人烦恼 非常烦恼 无法忍受
界限 [a] 15gal 50gal 150gal
注,其中 1gal=1/100m/s2
吴 瑾 陈少林
课程内容
? 风工程基本知识
风的特性
结构上的静力风
结构上的脉动风
? 结构抗风设计
结构的风振响应 (高层、屋盖、桥梁）
结构风振控制
第一章 绪论
1,1 土木工程结构风灾
国内外统计资料表明, 在所有自然灾害中,
风灾造成的损失为各种灾害之首 。 例如 1999年,
全球发土严重自然灾害共造成 800亿美元的经
济 损 失, 其中, 在 被 保 险 的 损 失 中,
飓风造成的损失占 70％。
2003年 08月 03日雷暴雨中突如其来的旋风，把上海大剧
院的屋顶掀去了一大块
广告牌轰然倒地
加油站屋盖破坏
体台场主看台屋盖覆面结构损坏
塔科马悬索桥的扭转振动
1.2 风的特性
? 风可以有 — 定的倾角，它相对于水平 — 般可
在 +10° 到 -10° 内变化。
? 不同的季节和时日，可以有不同的风向
? 随机性
? 风与结构的耦合
实测风速时程曲线
风强度的表示方法
(1)蒲福风速表
英国人蒲福 (F,Beaufort)于 l 805年拟定了风
级，根据风对地面 (或海面 )物体影响程度而定
出的，称为蒲氏风级。
自 0至 17共分 18个等级
台风 —— 热带气旋 最大平均风力 12级或以上
(2)福基达龙卷风风力等级表
龙卷风 —— 范围小而时间短的强烈旋风，
切向速度达 100m/s。
美国芝加哥大学福基达 (T,T,— Fujita)教
授曾于 1970年提出龙卷风按最大风速划分为
7个等级,
规范中未考虑。
风速风压关系
对工程结构设计计算来说，风力作用的大小直
接以风压来表示。
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1.3 风对结构物的作用
一、风作用的类型
(1)顺风向力 —— 由与风向一致的风力作用
(2)横风向力 —— 结构物背后的旋涡引起结构物的
横风向 (与风向垂直 )力
(3)风力扭矩 —— 由横风向力、顺风向力引起
二、风作用效应
(1)使结构物或结构构件受到过大的风力或不稳定；
(2)使结构物或结构构件产生过大的挠度或变形，引起外墙,
外装修材料的损坏；
(3)由反复的风振动作用，引起结构或结构构件的疲劳损坏；
(4)气动弹性的不稳定，致使结构物在风运动中产生加剧的气
动力；
(5)由于过大的动态运动，使建筑物的居住者或有关人员产生
不舒适感。
三、效应分析方法
? 顺风向平均风 —— 静力计算
? 顺风向脉动风 —— 随机振动理论计算
? 横风向周期性风 —— 按确定性荷载进行
动力计算
四、抗风设计要求
? 强度设计要求
? 刚度设计要求
? 舒适度设计要求
? 局部构件的合理设计 —— 外墙、玻璃、女儿墙等
? 疲劳设计要求 —— 高周疲劳
表 1-1 高层建筑顶部水平位移与结构高之比 Δ /H
结构类型 钢筋混凝土结构 钢结构
框架
轻质隔墙 1/500
1/400～ 1/800
砌体填充墙 1/650
框架－剪力墙
一般装修标准 1/800
较高装修标准 1/900
筒体及筒中筒
一般装修标准 1/900
较高装修标准 1/1000
剪力墙
一般装修标准 1/1000
较高装修标准 1/1200
框架
轻质隔墙 1/450
1/400～ 1/600
砌体填充墙 1/500
框架－剪力墙
一般装修标准 1/700
较高装修标准 1/800
筒体及筒中筒
一般装修标准 1/800
较高装修标准 1/900
剪力墙
一般装修标准 1/900
较高装修标准 1/1100
表 1-2 人体振动舒适度控制界限
程度 使人烦恼 非常烦恼 无法忍受
界限 [a] 15gal 50gal 150gal
注,其中 1gal=1/100m/s2
