第二章 结构上的静力风
在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值
几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是
平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在 10
分钟以上，远离一般结构物的自振周期,
2.1 基本风速和基本风压
? 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进
行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基
本风速。
? 标准条件
标准高度 —— 10米高
标准的地面粗糙度类别 —— 空旷平坦地面,
重现期
平均风概率分布类型
平均风时距,
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是
经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时
期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而
重现期是在概率意义上体现了结构的安全度,
重现期为 T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一
次的概率为 1/ T0,不超过设计最大风速的概率或保证
率应为,
0
11P
T
??
平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极
值 Ⅰ 型的概率分布函数。
( ) { [ ( ) / ] }F x e x p e x p x ??? ? ? ? ?
根据概率论 ( ) 0,5 7 7 2Ex ????
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由风速资料
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可求得参数 和 ? ?
对应于极值 I型分布的设计最大风速，即基本风速
另外对应于极值 I型分布的设计最大风速也可表示为
l n ( l n )x x F????? ? ? ?
xxx ??? ??
从而，保证率和保证系数的关系式如下,
6 [0, 5 7 7 2 2 l n ( l n F ) ]?
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平均风时距标准
一般而言，时距越长，平均风速也越小 。
我国规范就规定以 10分钟为取值标准。
原因,
? 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻
力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时
就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短
时距甚至于瞬时极大风速作为标准。
? 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不
可能同时作用在全部长度上。
? 10分钟至 1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短
了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分，
风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速
的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因,
（ 1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
中占有重要地位。
（ 2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大
风速，因此应该考虑年最大风速。
（ 3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果
取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然
出现周期。
基本风压定义
当地空旷平坦地面上 10m高度处 10min平均的
风速观察数据，经概率统计得出 50年一遇最大
值确定的风速，相应的风压。
当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可
根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定
基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般
应有 30年以上的资料。
例
根据某沿海城市 1989－ 1998年 10年的记录，用年最
大平均风速计算基本风压。 1989－ 1998年年最大平
均风速数据见表,
年份
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
年最大风速（ m/s） 15.0 22.7 15.3 14.0 12.3 17.0 18.3 16.3 19.0 14.0
解,
平均值、根方差,
10
1
1 1 6, 3 9 ( / )
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( 16.39 )
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00 2 4, 2 1 0, 3 7 ( / )
1 6 0 0 1 6 0 0
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非标准情况的换算关系 —— (1)高度换算
? 平均风速梯度 (风剖面 )
平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也
常称为风剖面
? 梯度风高度 (大气边界层高度 )
离地约 300～ 500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的
影响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的
高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。
指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律
—— 为地面的粗糙度系数。
()
() a
b b
v z z
zv
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2
00 ()10
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a米高风压,
(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
()Gzm ?粗糙度类别 描 述
A 近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 300 0,12
B 田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城 市郊区 350 0,16
C 有密集建筑群的城市市区 400 0,22
D 有密集建筑群的且房屋较高的城市市区 450 0,30
地貌的近似确定有下述原则,
(1) 以拟建房屋为中心,2km为半径的迎风半圆
影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可
以该地区的主导风向为准。
(2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类
别，当 H＜ 9m为 B类,9m≤H≤18m为 C类,H＞ 18m
为 D类。
非标准地貌的换算
不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风
高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯
度风速度均相等。
10m高风压换算值,
2
1 0,0
103, 1 2 ( )
G
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ZG—— 梯度风高度
（ 3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风
速的比值，统计所得的比值如表
时距 1h 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时
比值 0.94 1 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50
（ 4）不同重现期的换算
? 重现期不同，保证率也就不同
? 日本以重现期为 100年的风速为基准，换算表达式
如下,
() 0, 5 5 0, 0 9 8 l n { l n [ ] }
( 1 0 0 ) 1
v T Tk
vT? ? ? ?
欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为 50年
的风速为基准，换算表达式如下,
11{ 1 0.13 l n[ l n( 1 ) ] }
1.507k T? ? ? ?
我国以重现期为 50年的风速为基准，换算表达式如下,
463.0lg363.0 0 ?? TT?
2.2 结构上的静力风荷载
1、风荷载体型系数
各测点获得的面上的风
压分布都不是均匀的。
实际工程中，一般采
用面上的平均风压系
数 。
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21
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A
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风速计算的风压
结构表面的实际风压压力系数 ?
高度处静压
远前方上游参考—
测点测得的风压
0P
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陆家嘴金融贸易区风洞试验
2、风洞试验
（ 1）风洞类别
—— 按实验段气流的马赫数 Ma(风速 v/音速 a)
? 低速风洞 Ma<0.4
? 亚音速风洞 Ma=0.4-0.8
? 跨音速风洞 Ma=0.8-1.4
? 超音速风洞 Ma=1.4-5.0
? 高超音速风洞 Ma=5.0-14
（ 2）低速风洞形式
? 直流式
? 回流式
（ 3）低速风洞的主要部件
? 实验段 —— 流场品质：气流稳定、速度均匀
紊流度、噪声、静压强度低
? 调压缝 —— 使实验段中压强与环境大气压相同
? 扩压段 —— 使气流减速，减小气流能量损失
? 拐角和导流片 —— 减小气流经拐角时所产生的分离
改善流场性能
? 稳定段、整流网 —— 使上游紊乱的不均匀气流稳定下来,
使速度更均匀
? 收缩段 —— 使稳定气流均匀加速
? 动力段 —— 主要包括电机、风扇、导向片等
（ 4）参数量测
? 静压测量 —— 静压管
? 压强测量 —— 压强传感器
? 气流速度量测 —— 皮托静压管（风速管）
3、群体建筑的体形系数
? 相互扰风洞实验结果
两相邻建筑
三相邻建筑
? 群体建筑的体形系数
3、风压高度变化系数
任一地面粗糙度类别的风压如下,
2( ) ( ) a
a b a
ba
zw z w
z
?
风压高度变化系数定义为任意高度处
的平均风压与基本风压的比值
2
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2103, 1 2 ( ) a
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Ga
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3、静力风荷载计算
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在一定的时间间隔内，各位置上风速的平均值
几乎是不变的，但随高度增加而增大，这就是
平均风，又被称为稳定风，其周期大小约在 10
分钟以上，远离一般结构物的自振周期,
2.1 基本风速和基本风压
? 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进
行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基
本风速。
? 标准条件
标准高度 —— 10米高
标准的地面粗糙度类别 —— 空旷平坦地面,
重现期
平均风概率分布类型
平均风时距,
重现期
在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是
经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时
期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而
重现期是在概率意义上体现了结构的安全度,
重现期为 T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一
次的概率为 1/ T0,不超过设计最大风速的概率或保证
率应为,
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平均风概率分布类型
我国荷载规范也规定：基本风速采用极
值 Ⅰ 型的概率分布函数。
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另外对应于极值 I型分布的设计最大风速也可表示为
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从而，保证率和保证系数的关系式如下,
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平均风时距标准
一般而言，时距越长，平均风速也越小 。
我国规范就规定以 10分钟为取值标准。
原因,
? 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻
力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时
就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短
时距甚至于瞬时极大风速作为标准。
? 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不
可能同时作用在全部长度上。
? 10分钟至 1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短
了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分，
风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速
的变化将大大平滑。
最大风速的样本
采用年最大风速作为统计样本原因,
（ 1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场
中占有重要地位。
（ 2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大
风速，因此应该考虑年最大风速。
（ 3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果
取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然
出现周期。
基本风压定义
当地空旷平坦地面上 10m高度处 10min平均的
风速观察数据，经概率统计得出 50年一遇最大
值确定的风速，相应的风压。
当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可
根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定
基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般
应有 30年以上的资料。
例
根据某沿海城市 1989－ 1998年 10年的记录，用年最
大平均风速计算基本风压。 1989－ 1998年年最大平
均风速数据见表,
年份
1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998
年最大风速（ m/s） 15.0 22.7 15.3 14.0 12.3 17.0 18.3 16.3 19.0 14.0
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平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也
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离地约 300～ 500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的
影响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的
高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。
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(2)地貌换算
我国荷载规范将地貌分成四类
()Gzm ?粗糙度类别 描 述
A 近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 300 0,12
B 田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城 市郊区 350 0,16
C 有密集建筑群的城市市区 400 0,22
D 有密集建筑群的且房屋较高的城市市区 450 0,30
地貌的近似确定有下述原则,
(1) 以拟建房屋为中心,2km为半径的迎风半圆
影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可
以该地区的主导风向为准。
(2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类
别，当 H＜ 9m为 B类,9m≤H≤18m为 C类,H＞ 18m
为 D类。
非标准地貌的换算
不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风
高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯
度风速度均相等。
10m高风压换算值,
2
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ZG—— 梯度风高度
（ 3）时距换算
根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风
速的比值，统计所得的比值如表
时距 1h 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时
比值 0.94 1 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50
（ 4）不同重现期的换算
? 重现期不同，保证率也就不同
? 日本以重现期为 100年的风速为基准，换算表达式
如下,
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欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为 50年
的风速为基准，换算表达式如下,
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我国以重现期为 50年的风速为基准，换算表达式如下,
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2.2 结构上的静力风荷载
1、风荷载体型系数
各测点获得的面上的风
压分布都不是均匀的。
实际工程中，一般采
用面上的平均风压系
数 。
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测点测得的风压
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2、风洞试验
（ 1）风洞类别
—— 按实验段气流的马赫数 Ma(风速 v/音速 a)
? 低速风洞 Ma<0.4
? 亚音速风洞 Ma=0.4-0.8
? 跨音速风洞 Ma=0.8-1.4
? 超音速风洞 Ma=1.4-5.0
? 高超音速风洞 Ma=5.0-14
（ 2）低速风洞形式
? 直流式
? 回流式
（ 3）低速风洞的主要部件
? 实验段 —— 流场品质：气流稳定、速度均匀
紊流度、噪声、静压强度低
? 调压缝 —— 使实验段中压强与环境大气压相同
? 扩压段 —— 使气流减速，减小气流能量损失
? 拐角和导流片 —— 减小气流经拐角时所产生的分离
改善流场性能
? 稳定段、整流网 —— 使上游紊乱的不均匀气流稳定下来,
使速度更均匀
? 收缩段 —— 使稳定气流均匀加速
? 动力段 —— 主要包括电机、风扇、导向片等
（ 4）参数量测
? 静压测量 —— 静压管
? 压强测量 —— 压强传感器
? 气流速度量测 —— 皮托静压管（风速管）
3、群体建筑的体形系数
? 相互扰风洞实验结果
两相邻建筑
三相邻建筑
? 群体建筑的体形系数
3、风压高度变化系数
任一地面粗糙度类别的风压如下,
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