第３６卷第３期 ・９２・ ２ ０ １ ０年１月 山 西 建 筑 ＳＨＡＮＸＩ ＡＲＣＨＩＴＥ（ Ｉ弋 Ｅ Ｖ０１．３６Ｎｏ．３ Ｊａｎ．２０１０ 文章编号：１００９—６８２５（２０１０）０３—００９２—０２ 建筑结构基本风速和基本风压问题浅析 侯小玲 摘要：重点介绍了确定基本风速和基本风压的标准，包括地面粗糙度类别、标准高度、标准重现期、平均风的时距、最大 风速的样本取法以及概率分布类型，以使工程设计人员对我国规范基本风速和基本风压的取值有一个更深刻的认识。 关键词：基本风速，基本风压，地面粗糙度类别，概率分布 中图分类号：ＴＵ３１２．１ 文献标识码：Ａ 风荷载是作用于结构上的重要荷载之一。《荷载规范》给出 其见效的程度与障碍物的尺度、密集度和几何布置密切相关。一 了我国不同地区的基本风压，但是工程设计人员往往对该数值理 般地，如果风吹过地面上的障碍物大且密集，则该地面是粗糙的； 解不深。基本风速是不同地区气象观测站通过风速仪的大量观 如果地面障碍物少且稀疏，或没有障碍物，则表明是光滑的。风 察、记录，并按照我国规定标准条件下的记录数据进行统计分析 吹过粗糙的表面，能量损失多，风速减小快；相反，风吹过光滑的 进而得到该地的最大平均风速。标准条件是指标准的地面粗糙 地表面，则风速减小慢。度类别、标准高度及重现期、平均风时距和平均风概率分布类型 等，下面分别予以说明。 非标准地貌基本风压的换算可由下式得到：Ｗ ＝３．１２ ｘ ／１ｎ、２ａ １确定基本风速的标准 我国ＧＢ ５０００９—２００１建筑结构荷载规范…１规定垂直于建筑 ｌ— ）ｗ。。其中，ａ， 分别为不同地貌的风速变化指数及梯度 ＼厶Ｇ／ 风高度，见表１；ｗｏ为１０ ｍ高度处基本风压；Ｗｌ００为地貌指数为 ａ时１０ ｍ高度处基本风压。 表１我国地貌粗糙度类别和对应的ｚＧ，口值 类别 Ａ 描述 指近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区 Ｚｄｍ ３００ ０．１２ 物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算：ｗ ＝ 。 其中，ｗ 为风荷载标准值，ｋＮ／ｍＥ； 为高度 处的风振系数； 为风荷载体型系数； 为风压高度变化系数；ｗ０为基本风压， ｋＮ／ｍ２。基本风压是计算建筑物所受风荷载的最直接依据，它通 常是根据建筑物所在地气象台的常年风速实测资料，并通过风速 和风压的换算关系来确定的。 Ｂ 指田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区 ３５０ Ｏ．１６ Ｃ 指有密集建筑群的城市市区 ４ｏ０ ０．２２ Ｄ 指有密集建筑群且房屋较高的城市市区 ４５０ ０．３０ １．２标准高度 １．１标准地面粗糙度类别 近地风在其流程中必然会遇到各种障碍物，风速将会减小， 在同一地点，越靠近地面，近地风遇到障碍物越多，风能量损失 层间位移角。 表１ 按弹性方法计算的高层结构位移的限值 结构类型 △Ｕ／＾ △ ，＾ ３）区格广义剪切变形（简称剪切变形）。 ｒ ｆ＝０ 一０ｉ—１ｆ＝（ ．— 一１） ＋（ １，，一 一１，，一１）／ 。 框架 框架一剪力墙、框架一核心筒、板柱一剪力墙 ｌ／５５０ ｌ舢 １／１ ０００ １／１ Ｏ００ ｌ／５０ ｌ／１００ 其中，ｒ 为区格巧剪切变形；ｉ为区格所在层次；Ｊ为区格所 在序号；０ｉ一１．，为区格 下楼盖的转角，以顺时针为正；Ｌ 为区格 ｉｊ的宽度； ＿１．，， １．Ｊ一１分别为相应节点的竖向位移。 筒中筒、剪力墙 框支层 １／ｌ２０ １／ｌ２０ ５结语 １）对于层间位移控制满足要求的设计，既保证了各层抗侧力 变形较符合实际情况；但就结构的宏观控制而言，参数Ｏｉ即层问 构件的安全与抗裂性，又保证了非结构构件不会损坏。２）位移控 位移角又较方便。层间位移控制是一个宏观的侧向控制指标，现 制值的取用直接关系到结构抗侧力体系的刚度、材料耗用和造 行规范采用了层间最大位移与层高之比ＡＵ／ｈ，即层间位移角０ 价。３）当结构位移较大时，对Ｐ一△效应的考虑十分重要。 作为控制指标。 参考文献： 如上所述，从结构受力与变形的相关性来看，参数ｒ 即剪切 ４规范对于高层建筑位移控制的规定 规范规定：高规规定按弹性方法计算的楼层层间最大位移与 ［１］ 方鄂华，钱稼茹，叶列平．高层建筑结构设计［Ｍ］．北京：中 国建筑工业出版社，２００３． 层高之比ＡＵ／ｈ和层间位移与薄弱层楼层高度或单层厂房上柱 ［２］李国胜．怎样当好建筑结构设计专业负责人［Ｍ］．北京：中 高度之比△ 不宜超过表１的限值。 国建筑工业出版社，２００７． Ｉｎｉｔｉａｌ ｔａｌｋ ｏｎ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＨＯＵ Ｌｉ－ｈｏｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｒｅｇｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｅｖｅｌｓ ａｎｄ ｓｈｅａｒｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＳＯ ａｓ ｔｏ ｍａｋｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄ— ｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｌｅｖｅｌｓ ｓａｔｉｓｆｙ ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｅｎｓｕｒｅ ｎｅｃｅｓｓａｒｙ ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ—ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｒｉｓｅ ｂｕｉｌｄｉｎｇ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ａｎｇｌｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｅｖｅｌｓ，ｓｈｅａｒｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ 收稿日期：２００９—０９—２４ 作者简介：侯小玲（１９６４．），女，工程师，陕西省高速公路收费管理中心，陕西西安７１００２１ 孝拳 侯小玲：建筑结构基本风速和基本风压问题浅析 １．６概率分布类型及基本风速 ・９３・ 愈大，但离地越高，地面障碍物对风的影响越小，相应风速随着高 年最大风速为样本。 度的增加而变大。我国规范规定离地１０ ｍ高为标准高度。 如果风速度不在１０ ｎｌ高而在ｚｍ高处测得风速 ，则１０ ｍ 为了求出设计最大风速，必须确定重现期和保证率，因而必 函数Ｐ（ｚ），这些函数所表达的曲线形式称为线型。 世界上许多国家把年最大风速作为概率统计的样本，由重现 期和风速的概率分布获得该地区的设计最大风速，或称为基本风 高处基本风速可根据风速沿高度变化的指数率得到，即： 。＝ｏ 须知道最大风速的统计曲线，即概率密度函数Ｐ（ｚ）或概率分布 （ ） 。其中，（ ） 为风速高度换算系数。 １．３标准重现期 由于一年为一个自然周期，我国《建筑结构荷载规范》规定取 速。我国规定基本风速采用极值Ｉ型概率分布函数进行统计分 一年中的最大平均风速作为一个数理统计的样本。在工程中，不 析。极值Ｉ型分布的保证系数与概率密度函数见图２。 能直接选取各年最大平均风速的平均值进行设计，而应该取大于 户‘。ｒ Ｊ 平均值的某一风速作为设计的依据，从概率的角度分析，在间隔 一定的时间之后，会出现大于某一风速的年最大平均风速（称为 Ｆｌ＝ｌ－ 设计风速），我们称这个间隔期为重现期。我国规范规定基本风 速（或设计风速）的重现期为５０年。 ＇／／ｉ／／／ ￣／ 重现期为Ｔ的基本风速，则在任一年中只超越该风速一次 ｔ ｔ １ 的概率为１／Ｔ，例如，若重现期为５０年，则意味着超越概率为 如 １／Ｔ＝１／５０＝０．０２。因此，重现期为５０年的不超过该基本风速的 ｌ一 ｝ 概率（或保证率）为：Ｐ０：１一 １＝１一 ＝９８％。 图２ 极值Ｉ型分布的保证系数与概率密度函数 极值Ｉ型的概率分布函数为：ＦＩ（ ）＝ｅｘｐ｛一ｅｘｐ［一（ — １．４平均风的时距 ｔｘ）／ａ］｝。 我国规范规定平均风的时距为１０ ｍｉｎ。关于平均风时距的 将式（６）经过变换，可得： ｉ＝ ＝ 一ａｌｎ（一ｌｎＦＩ）。其中， 含义，由图１可知。 Ｔ为对应极值Ｉ型分布的设计最大风速，亦即基本风速；ＦＩ为 对应的不超过该设计最大风速 Ｔ的概率，或称保证率。 １ Ｆ１与重现期的关系为：ＦＩ＝１一 Ｉｔ。 基于以上６个方面条件的规定，我国《建筑结构荷载规范》对 基本风压的确定概括为：根据全国各气象站历年来的最大风速记 录，按基本风压的标准要求，将不同风速仪高度和时次间距的年 最大风速统一换算为离地１０ ｍ高，自记１０ ｍｉｎ平均年最大风速 图１ 平均风时距（风记录为示意图） （ｍ／ｓ）。根据该风速数据，按相关规定，经统计分析确定重现期为 １ ｒ， ＋ｒ力 １ ＝ ｒ ＪｔＩ”ｏ—ｒ／２ （ｔ）ｄｒ。其中，平均风速 与所取某一中心 ５ｏ年的最大风速，作为基本风速Ｖ０。再按贝努利公式Ⅵ，０＝｛ 时刻ｔ 附近的时距ｒ有关，随着所取平均风时距的缩短，对应于 确定基本风压。 这一时距的最大平均风速将增大，因为在较小的ｒ内集中反映了 ２结语 较大波峰的影响，而较小的波峰未能得以反映。一般地，对风速 ＧＢ ５０００９—２００１建筑结构荷载规范…的基本风压值与原规范 记录 （ｔ），取平均时距为１０ ｍｉｎ～６０ ｍｉｎ较为稳定，故国际上许 相比，总体上虽提高了１０％，但对风荷载比较敏感的高层建筑和 多国家（包括我国）将平均风时距取为１０ ｍｉｎ，但也有的国家取为 高耸结构，亦即自重较轻的钢木主体结构，其基本风压值仍可由 １ ｈ（如加拿大等），甚至有的国家取３ ｓ～５ Ｓ时距的瞬时风速（如 各结构设计规范，根据结构的自身特点，考虑适当提高重现期。 美国规范取为３ ｓ）。 参考文献： １．５最大风速的样本取法 ［１］ＧＢ ５０００９—２００１，建筑结构荷载规范［Ｓ］． 最大风速样本的取法有以日最大风速为样本，月最大风速为 ［２］黄本才．结构抗风分析原理及应用［Ｍ］．上海：同济大学出 样本和年最大风速为样本三种方法。最大风速样本的取法对平 版社。２００１． 均风速的取值也有较大影响。如以日最大风速为样本，则一年 ［３］付国宏．低层房屋风荷栽特性及抗台风设计研究［Ｄ］．杭州： ３６５个样本，而全年最大风速那一天的风速占１／３６５的权数，因而 浙江大学，２００２． 最大风速的重要性大大降低了，统计出的平均风速必将大大偏 ［４］滕晓波．预应力等效荷载实用计算［Ｊ］．山西建筑，２００８，３４ 低。对于工程结构应该能承受一年中每一天的极大风速，因此应取 （７）：１１６—１１７． Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ ｏｎ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｏｆ ｂｕｉｌｄｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ＨＯＵ Ｘｉａｏ－ｌｉｎｇ Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗａｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ ｃｒｉｔｉｃａｌｌｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｇｒｏｕｎｄ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｇｒｅｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｔａｎｄａｒｄ ｈｅｉｇｈｔ，ｓｔａｎｄａｒｄ ｒｅａｐｐｅａｒｉｎｇ ｐｅｒｉｏｄ，ａｖｅｒａｇｅ ｗｉｎｄ ｔｉｍｅ ｉｎｔｅｒｖａｌ，ｍａｘｉｍｕｍ ｗｉｎｄ ｓａｍｐｌｅ ｔａｋｉｎｇ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓ— ｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｔｙｐｅ．ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ ｍａｄｅ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｄｅｓｉｇｎｅｒ ｈａｄ ｍｏｒｅ ｐｒｏｆｏｕｎｄ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｂａｓｉｃ ｎｄ ｐｒｍｓｕｒｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｖａｌｕｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ，ｂａｓｉｃ ｗｉｎｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｇｒｏｕｎｄ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｄｅｇｒｅｅ ｃｌａｓｓｉｆｉａｃｔｉｏｎ，ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ
