1.5 風(fēng)荷載

1.5.1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值及基本風(fēng)壓

1.垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下列規(guī)定確定：

（1）當(dāng)計(jì)算主要受力結(jié)構(gòu)時(shí)

w_k=β_zμ_sμ_zw₀ （1.5-1）

式中 w_k——風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m²）；

β_z——高度z處的風(fēng)振系數(shù)；

μ_s——風(fēng)荷載體型系數(shù)；

μ_z——風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

w₀——基本風(fēng)壓（kN/m²）。

（2）當(dāng)計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)時(shí)

w_k=β_gzμ_slμ_zw₀ （1.5-2）

式中 β_gz——高度z處的陣風(fēng)系數(shù)；

μ_sl——風(fēng)荷載局部體型系數(shù)。

2.基本風(fēng)壓是風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0m高度處10min平均的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50年一遇最大值確定的風(fēng)速，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按貝努利（Bernoulli）公式（見下式）確定的風(fēng)壓：

式中 ρ——空氣密度（t/m³），按荷載規(guī)范附錄E.2.4節(jié)3計(jì)算；

v₀——基本風(fēng)速（m/s），按荷載規(guī)范附錄E.3規(guī)定的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，重現(xiàn)期應(yīng)取50年。

基本風(fēng)壓應(yīng)采用按《荷載規(guī)范》規(guī)定的方法確定的50年重現(xiàn)期的風(fēng)壓，但不得小于0.3kN/m²。

對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓的取值應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)符合有關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定。

3.全國各城市的基本風(fēng)壓值應(yīng)按荷載規(guī)范附錄E中表E.5重現(xiàn)期R為50年的值采用。當(dāng)城市或建設(shè)地點(diǎn)的基本風(fēng)壓值在《荷載規(guī)范》表E.5沒有給出時(shí)，基本風(fēng)壓值應(yīng)按荷載規(guī)范附錄E規(guī)定的方法，根據(jù)基本風(fēng)壓的定義和當(dāng)?shù)啬曜畲箫L(fēng)速資料，通過統(tǒng)計(jì)分析確定，分析時(shí)應(yīng)考慮樣本數(shù)量的影響。當(dāng)?shù)貨]有風(fēng)速資料時(shí)，可根據(jù)附近地區(qū)規(guī)定的基本風(fēng)壓或長期資料，通過氣象和地形條件的對(duì)比分析確定；也可比照《荷載規(guī)范》附錄E中全國基本風(fēng)壓分布圖（附圖E.6.3）近似確定。

4.風(fēng)荷載的組合值系數(shù)、頻遇值系數(shù)和準(zhǔn)永久值系數(shù)可分別取0.6、0.4和0。

1.5.2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

1.對(duì)于平坦或稍有起伏的地形，風(fēng)壓高度變化系數(shù)應(yīng)根據(jù)地面粗糙度類別按表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1）確定。

地面粗糙度為風(fēng)在到達(dá)結(jié)構(gòu)物以前吹越過2km范圍內(nèi)的地面時(shí)，描述該地面上不規(guī)則障礙物分布狀況的等級(jí)。地面粗糙度可分為A、B、C、D四類：

A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；

B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)；

C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；

D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。

2.對(duì)于山區(qū)的建筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)除可按平坦地面的粗糙度類別，由表1.5-1（荷載規(guī)范表8.2.1）確定外，還應(yīng)考慮地形條件的修正，修正系數(shù)η分別按下述規(guī)定采用：

（1）對(duì)于山峰和山坡，其頂部B處的修正系數(shù)可按下式采用：

式中 tanα——山峰或山坡在迎風(fēng)面一側(cè)的坡度；當(dāng)tanα＞0.3時(shí)，取tanα=0.3；

k——系數(shù)，對(duì)山峰取2.2，對(duì)山坡取1.4；

H——山頂或山坡全高（m）；

z——建筑物計(jì)算位置離建筑物地面的高度（m）；當(dāng)z＞2.5H時(shí)，取z=2.5H。

其他部位的修正系數(shù)，可按圖1.5-1所示，取A、C處的修正系數(shù)η_A、η_C為1，AB間和BC間的修正系數(shù)按η的線性插值確定。

圖1.5-1 山峰和山坡的示意

a）山峰 b）山坡

（2）對(duì)于山間盆地、谷地等閉塞地形：η=0.75～0.85。

（3）對(duì)于與風(fēng)向一致的谷口、山口：η=1.20～1.50。

3.對(duì)于遠(yuǎn)海海面和海島的建筑物或構(gòu)筑物，風(fēng)壓高度變化系數(shù)除可按A類粗糙度類別由表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1）確定外，還應(yīng)考慮表1.5-2（《荷載規(guī)范》表8.2.3）中給出的修正系數(shù)。

表1.5-1 風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z

1.5.3 風(fēng)荷載體型系數(shù)

1.房屋和構(gòu)筑物的風(fēng)荷載體型系數(shù)，可按下列規(guī)定采用：

（1）房屋和構(gòu)筑物與《荷載規(guī)范》表8.3.1中的體型類同時(shí)，可按該表的規(guī)定采用。

（2）房屋和構(gòu)筑物與《荷載規(guī)范》表8.3.1中的體型不同時(shí)，可按有關(guān)資料采用；當(dāng)無資料時(shí)，宜由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。

（3）對(duì)于重要且體型復(fù)雜的房屋和構(gòu)筑物，應(yīng)由風(fēng)洞試驗(yàn)確定。

2.當(dāng)多個(gè)建筑物，特別是群集的高層建筑，相互間距較近時(shí)，宜考慮風(fēng)力相互干擾的群體效應(yīng)；一般可將單獨(dú)建筑物的體型系數(shù)μ_s乘以相互干擾系數(shù)。相互干擾系數(shù)可按下列規(guī)定確定：

（1）對(duì)矩形平面高層建筑，當(dāng)單個(gè)施擾建筑與受擾建筑高度相近時(shí)，根據(jù)施擾建筑的位置，對(duì)順風(fēng)向風(fēng)荷載可在1.00～1.10范圍內(nèi)選??；對(duì)橫風(fēng)向風(fēng)荷載可在1.00～1.20范圍內(nèi)選取。

表1.5-2 遠(yuǎn)海海面和海島的修正系數(shù)η

（2）其他情況可比照類似條件的風(fēng)洞試驗(yàn)資料確定，必要時(shí)宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定。

3.計(jì)算圍護(hù)構(gòu)件及其連接的風(fēng)荷載時(shí)，可按下列規(guī)定采用局部體型系數(shù)μ_sl：

（1）封閉式矩形平面房屋的墻面及屋面可按表1.5-3（荷載規(guī)范表8.3.3）的規(guī)定采用。

（2）檐口、雨篷、遮陽板、邊棱處的裝飾條等凸出構(gòu)件，取-2.0。

（3）其他房屋和構(gòu)筑物可按1.5.3條（荷載規(guī)范8.3.1條）規(guī)定體型系數(shù)的1.25倍取值。

表1.5-3 封閉式矩形平面房屋的局部體型系數(shù)

（續(xù)）

4.計(jì)算非直接承受風(fēng)荷載的圍護(hù)構(gòu)件風(fēng)荷載時(shí)，局部體型系數(shù)μ_sl可按構(gòu)件的從屬面積折減，折減系數(shù)按下列規(guī)定采用：

（1）當(dāng)從屬面積不大于1m²時(shí)，折減系數(shù)取1.0。

（2）當(dāng)從屬面積大于或等于25m²時(shí)，對(duì)墻面折減系數(shù)取0.8，對(duì)局部體型系數(shù)絕對(duì)值大于1.0的屋面區(qū)域折減系數(shù)取0.6，對(duì)其他屋面區(qū)域折減系數(shù)取1.0。

（3）當(dāng)從屬面積大于1m²小于25m²時(shí)，墻面和絕對(duì)值大于1.0的屋面局部體型系數(shù)可采用對(duì)數(shù)插值，即按下式計(jì)算局部體型系數(shù)：

μ_sl（A）=μ_sl（1）+[μ_sl（25）-μ_sl（1）]lgA/1.4 （1.5-5）

5.計(jì)算圍護(hù)構(gòu)件風(fēng)荷載時(shí)，建筑物內(nèi)部壓力的局部體型系數(shù)可按下列規(guī)定采用：

（1）封閉式建筑物，按其外表面風(fēng)壓的正負(fù)情況取-0.2或0.2。

（2）僅一面墻有主導(dǎo)洞口的建筑物，按下列規(guī)定采用：

1）當(dāng)開洞率大于0.02且小于或等于0.10時(shí)，取0.4μ_sl。

2）當(dāng)開洞率大于0.10且小于或等于0.30時(shí)，取0.6μ_sl。

3）當(dāng)開洞率大于0.30時(shí)，取0.8μ_sl。

（3）其他情況，應(yīng)按開放式建筑物的μ_sl取值。

主導(dǎo)洞口的開洞率是指單個(gè)主導(dǎo)洞口面積與該墻面全部面積之比。

μ_sl應(yīng)取主導(dǎo)洞口對(duì)應(yīng)位置的值。

6.建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)洞試驗(yàn)，其試驗(yàn)設(shè)備、試驗(yàn)方法和數(shù)據(jù)處理應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范的規(guī)定。

1.5.4 順風(fēng)向風(fēng)振和風(fēng)振系數(shù)

1.對(duì)于高度大于30m且高寬比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T₁大于0.25s的各種高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。順風(fēng)向風(fēng)振響應(yīng)計(jì)算應(yīng)按結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動(dòng)理論進(jìn)行。對(duì)于符合1.5.4節(jié)（荷載規(guī)范第8.4.3條）規(guī)定的結(jié)構(gòu)，可采用風(fēng)振系數(shù)法計(jì)算其順風(fēng)向風(fēng)荷載。

結(jié)構(gòu)的自振周期應(yīng)按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算；近似的基本自振周期T₁可按1.5.6節(jié)（荷載規(guī)范附錄F）計(jì)算。

高層建筑順風(fēng)向風(fēng)振加速度可按荷載規(guī)范附錄J計(jì)算。

2.對(duì)于風(fēng)敏感的或跨度大于36m的柔性屋蓋結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生風(fēng)振的影響。屋蓋結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)，宜依據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)結(jié)果按隨機(jī)振動(dòng)理論計(jì)算確定。

3.對(duì)于一般豎向懸臂形結(jié)構(gòu)，例如高層建筑和構(gòu)架、塔架、煙囪等高聳結(jié)構(gòu)，均可僅考慮結(jié)構(gòu)第一振型的影響，結(jié)構(gòu)的順風(fēng)向風(fēng)荷載可按式（1.5-1）（荷載規(guī)范式（8.1.1-1））計(jì)算。z高度處的風(fēng)振系數(shù)β_z可按下式計(jì)算：

式中 g——峰值因子，可取2.5；

I₁₀——10m高度名義湍流強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)A、B、C和D類地面粗糙度，可分別取0.12、0.14、0.23和0.39；

R——脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子；

B_z——脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子。

4.脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子可按下列公式計(jì)算：

式中 f₁——結(jié)構(gòu)第1階自振頻率（Hz）；

k_w——地面粗糙度修正系數(shù)，對(duì)A類、B類、C類和D類地面粗糙度分別取1.28、1.0、0.54和0.26；

ζ₁——結(jié)構(gòu)阻尼比，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)可取0.01，對(duì)有填充墻的鋼結(jié)構(gòu)房屋可取0.02，對(duì)鋼筋混凝土及砌體結(jié)構(gòu)可取0.05，對(duì)其他結(jié)構(gòu)可根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定。

5.脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子可按下列規(guī)定確定：

（1）對(duì)體型和質(zhì)量沿高度均勻分布的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，可按下式計(jì)算：

式中 φ₁（z）——結(jié)構(gòu)第1階振型系數(shù)；

H——結(jié)構(gòu)總高度（m），對(duì)A、B、C和D類地面粗糙度，H的取值分別不應(yīng)大于300m、350m、450m和550m；

ρ_x——脈動(dòng)風(fēng)荷載水平方向相關(guān)系數(shù)；

ρ_z——脈動(dòng)風(fēng)荷載豎直方向相關(guān)系數(shù)；

k、a₁——系數(shù)，按表1.5-4（《荷載規(guī)范》表8.4.5-1）取值。

表1.5-4 系數(shù)k和a₁

（2）對(duì)迎風(fēng)面和側(cè)風(fēng)面的寬度沿高度按直線或接近直線變化，而質(zhì)量沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的高聳結(jié)構(gòu)，式（1.5-9）計(jì)算的背景分量因子B_z應(yīng)乘以修正系數(shù)θ_B和θ_v。θ_B為構(gòu)筑物在z高度處的迎風(fēng)面寬度B（z）與底部寬度B（0）的比值；θ_v可按表1.5-5（《荷載規(guī)范》表8.4.5-2）確定。

表1.5-5 修正系數(shù)θ_v

6．脈動(dòng)風(fēng)荷載的空間相關(guān)系數(shù)可按下列規(guī)定確定：

(1)豎直方向的相關(guān)系數(shù)可按下式計(jì)算：

式中 H——結(jié)構(gòu)總高度（m）；對(duì)A、B、C和D類地面粗糙度，H的取值分別不應(yīng)大于300m、350m、450m和550m。

（2）水平方向相關(guān)系數(shù)可按下式計(jì)算：

式中 B——結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面寬度（m），B≤2H。

（3）對(duì)迎風(fēng)面寬度較小的高聳結(jié)構(gòu)，水平方向相關(guān)系數(shù)可取ρ_x=1。

7.振型系數(shù)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算確定。對(duì)外形、質(zhì)量、剛度沿高度按連續(xù)規(guī)律變化的豎向懸臂形高聳結(jié)構(gòu)及沿高度比較均勻的高層建筑，振型系數(shù)φ₁（z）也可根據(jù)相對(duì)高度z/H按《荷載規(guī)范》附錄G確定。

1.5.5 橫風(fēng)向和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振

1.對(duì)于橫風(fēng)向風(fēng)振作用效應(yīng)明顯的高層建筑以及細(xì)長圓形截面構(gòu)筑物，宜考慮橫風(fēng)向風(fēng)振的影響。

2.對(duì)圓形截面的結(jié)構(gòu)，應(yīng)按下列規(guī)定對(duì)不同雷諾數(shù)Re的情況進(jìn)行橫風(fēng)向風(fēng)振（漩渦脫落）的校核：

（1）當(dāng)Re＜3×10⁵且結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速v_H＞v_cr時(shí)，可發(fā)生亞臨界的微風(fēng)共振。此時(shí)，可在構(gòu)造上采取防振措施，或控制結(jié)構(gòu)的臨界風(fēng)速v_cr≥15m/s。

（2）當(dāng)Re≥3.5×10⁶且結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速v_H的1.2倍大于v_cr時(shí)，可發(fā)生跨臨界的強(qiáng)風(fēng)共振，此時(shí)應(yīng)考慮橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)荷載。

（3）當(dāng)雷諾數(shù)為3×10⁵≤Re＜3.5×10⁶時(shí)，則發(fā)生超臨界范圍的共振，可不作處理。

（4）臨界風(fēng)速v_cr和結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速v_H可按下列公式確定：

式中 T_i——結(jié)構(gòu)第i振型的自振周期，驗(yàn)算亞臨界微風(fēng)共振時(shí)取基本自振周期T₁；

St——斯脫羅哈數(shù)，對(duì)圓截面結(jié)構(gòu)取0.2；

μ_H——結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)壓高度變化系數(shù)；

w₀——基本風(fēng)壓（kN/m²）；

ρ——空氣密度（kg/m³）。

（5）雷諾數(shù)Re可按下列公式確定：

Re=69000vD （1.5-14）

式中 v——計(jì)算所用風(fēng)速，可取臨界風(fēng)速值v_cr值（m/s）；

D——結(jié)構(gòu)截面的直徑（m）。當(dāng)結(jié)構(gòu)的截面沿高度縮小時(shí)（傾斜度不大于0.02），可近似取2/3結(jié)構(gòu)高度處的直徑。

3.橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)荷載可按下列規(guī)定采用：

（1）對(duì)于平面或立面體型較復(fù)雜的高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)荷載w_Lk宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定，也可比照有關(guān)資料確定。

（2）對(duì)于圓形截面高層建筑及構(gòu)筑物，其由跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振（漩渦脫落）引起的橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載w_Lk可按下列規(guī)定（荷載規(guī)范附錄H.1）確定：

跨臨界強(qiáng)風(fēng)共振引起在z高度處振型j的等效風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m²）可按下列規(guī)定確定：

1）等效風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值w_Lkj（kN/m²）可按下式計(jì)算：

W_Lk,j=|λ_j|υ_cr²φ_j/12800ζ_j (1.5-15)

式中 λ_j——計(jì)算系數(shù)，按表1.5-6確定；

φ_j（z）——在z高度處結(jié)構(gòu)的第j振型系數(shù)，由計(jì)算確定或參考《荷載規(guī)范》附錄G確定；

ζ_j——結(jié)構(gòu)第j振型的阻尼比；對(duì)第1振型，鋼結(jié)構(gòu)取0.01，房屋鋼結(jié)構(gòu)取0.02；混凝土結(jié)構(gòu)取0.05；對(duì)高階振型的阻尼比，若無相關(guān)資料，可近似按第1振型的值取用。

2）臨界風(fēng)速起始點(diǎn)高度H₁值

表1.5-6 λ_j計(jì)算用表

表1.5-6中的臨界風(fēng)速起始點(diǎn)高度H₁可按下式確定：

式中 α——地面粗糙度指數(shù)，對(duì)A、B、C和D四類地面粗糙度分別取0.12、0.15、0.22和0.30；

v_H——結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速（m/s），按式（1.5-13）（《荷載規(guī)范》式（8.5.3-3））計(jì)算。

橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載所考慮的高階振型序號(hào)不大于4，對(duì)一般懸臂形結(jié)構(gòu)，可只取第1或第2階振型。

（3）對(duì)于矩形截面及凹角或削角矩形截面的高層建筑，其橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載w_Lk可按荷載規(guī)定附錄H.2確定。

高層建筑橫風(fēng)向風(fēng)振加速度可按荷載規(guī)范附錄J計(jì)算。

4.對(duì)于扭轉(zhuǎn)風(fēng)振作用效應(yīng)明顯的高層建筑及高聳結(jié)構(gòu)，宜考慮扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的影響。

5.扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載可按下列規(guī)定采用：

（1）對(duì)于體型較復(fù)雜以及質(zhì)量或剛度有顯著偏心的高層建筑，扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載w_Lk宜通過風(fēng)洞試驗(yàn)確定，也可比照有關(guān)資料確定。

（2）對(duì)于質(zhì)量和剛度較對(duì)稱的矩形截面高層建筑，其扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載w_Tk可按《荷載規(guī)范》附錄H.3確定。

6.順風(fēng)向風(fēng)荷載、橫風(fēng)向風(fēng)振及扭轉(zhuǎn)風(fēng)振等效風(fēng)荷載宜按表1.5-7（《荷載規(guī)范》表8.5.6）考慮風(fēng)荷載組合工況。表1.5-7中的單位高度風(fēng)力F_Dk、F_Lk及扭矩T_Tk標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)按下列公式計(jì)算：

F_Dk=（w_k1-w_k2）B （1.5-17）

F_Lk=w_LkB （1.5-18）

T_Tk=w_TkB² （1.5-19）

式中 F_Dk——順風(fēng)向單位高度風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）；

F_Lk——橫風(fēng)向單位高度風(fēng)力標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m）；

T_Tk——單位高度風(fēng)力扭矩標(biāo)準(zhǔn)值（kN·m/m）；

w_k1、w_k2——迎風(fēng)面、背風(fēng)面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m²）；

w_Lk、w_Tk——橫風(fēng)向風(fēng)振和扭轉(zhuǎn)風(fēng)振的等效風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m²）。

B——迎風(fēng)面寬度（m）。

表1.5-7 風(fēng)荷載組合工況

1.5.6 結(jié)構(gòu)基本自振周期的經(jīng)驗(yàn)公式

1.高聳結(jié)構(gòu)

（1）一般高聳結(jié)構(gòu)的基本自振周期，鋼結(jié)構(gòu)可取下式計(jì)算的較大值，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可取下式計(jì)算的較小值：

T₁=（0.007～0.013）H （1.5-20）

式中 H——結(jié)構(gòu)的高度（m）。

（2）煙囪和塔架等具體結(jié)構(gòu)的基本自振周期可按下列規(guī)定采用：

1）煙囪的基本自振周期可按下列規(guī)定計(jì)算：

①高度不超過60m的磚煙囪的基本自振周期按下式計(jì)算：

②高度不超過150m的鋼筋混凝土煙囪的基本自振周期按下式計(jì)算：

③高度超過150m，但低于210m的鋼筋混凝土煙囪的基本自振周期按下式計(jì)算：

式中 H——煙囪高度（m）；

d——煙囪1/2高度處的外徑（m）。

2）石油化工塔架（圖1.5-2）的基本自振周期可按下列規(guī)定計(jì)算：

①圓柱（筒）基礎(chǔ)塔（塔壁厚不大于30mm）的基本自振周期按下列公式計(jì)算：

當(dāng)H²/D₀＜700時(shí)

當(dāng)H²/D₀≥700時(shí)

式中 H——從基礎(chǔ)底板或柱基頂面至設(shè)備塔頂面的總高度（m）；

圖1.5-2 設(shè)備塔架的基礎(chǔ)形式

a）圓柱基礎(chǔ)塔 b）圓筒基礎(chǔ)塔 c）方形（板式）框架基礎(chǔ)塔 d）環(huán)形框架基礎(chǔ)塔

D₀——設(shè)備塔的外徑（m）；對(duì)變直徑塔，可按各段高度為權(quán)，取外徑的加權(quán)平均值。

②框架基礎(chǔ)塔（塔壁厚不大于30mm）的基本自振周期按下式計(jì)算：

③塔壁厚大于30mm的各類設(shè)備塔架的基本自振周期應(yīng)按有關(guān)理論公式計(jì)算。

④當(dāng)若干塔由平臺(tái)連成一排時(shí)，垂直于排列方向的各塔基本自振周期T₁可采用主塔（即周期最長的塔）的基本自振周期值；平行于排列方向的各塔基本自振周期T₁可采用主塔基本自振周期乘以折減系數(shù)0.9。

2.高層建筑

（1）一般情況下，高層建筑的基本自振周期可根據(jù)建筑總層數(shù)近似地按下列規(guī)定采用：

1）鋼結(jié)構(gòu)的基本自振周期按下式計(jì)算：

T₁=（0.10～0.15）n （1.5-27）

式中 n——建筑總層數(shù)。

2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本自振周期按下式計(jì)算：

T₁=（0.05～0.10）n （1.5-28）

（2）鋼筋混凝土框架、框剪和剪力墻結(jié)構(gòu)的基本自振周期可按下列規(guī)定采用：

1）鋼筋混凝土框架和框剪結(jié)構(gòu)的基本自振周期按下式計(jì)算：

2）鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的基本自振周期按下式計(jì)算：

式中 H——房屋總高度（m）；

B——房屋寬度（m）。

1.5.7 陣風(fēng)系數(shù)

計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)（包括門窗）風(fēng)荷載時(shí)的陣風(fēng)系數(shù)應(yīng)按表1.5-8（《荷載規(guī)范》表8.6.1）確定。

表1.5-8 陣風(fēng)系數(shù)β_gz

（續(xù)）

【例1.5-1】 一幢4層的旅館建筑，建于距海岸為60km的海島上（圖1.5-3）。該建筑的檐口高度為15m，由此可確定該建筑在檐口處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z=____。

（A）1.56 （B）1.14 （C）1.20 （D）1.50

圖1.5-3 建于海島上的旅館建筑的風(fēng)壓高度變化系數(shù)

答案：（A）

解答：根據(jù)1.5.2節(jié)1（《荷載規(guī)范》第8.2.1條），建造于海島上的建筑，其地面粗糙度為A類，查表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1），則對(duì)應(yīng)一般平坦地區(qū)的建筑風(fēng)壓高度變化系數(shù)，離地面15m高度處為1.42，但對(duì)于距海岸為60km的海島建筑，查表1.5-2（《荷載規(guī)范》表8.2.3），還應(yīng)考慮離岸遠(yuǎn)近的修正系數(shù)η=1.1，則該建筑在檐口15m處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)由下式算得：

μ_z=1.42×1.1=1.56

【例1.5-2】 一幢矩形平面的8層辦公樓，其平面尺寸為22m×50m，房屋高度H=28m（圖1.5-4）。它建于密集建筑群且是房屋較高的城市市區(qū)，其基本風(fēng)壓w₀=0.60kN/m²，由此可算得這幢建筑在室外地面處由Y向風(fēng)荷載產(chǎn)生的總剪力標(biāo)準(zhǔn)值V_w0=____kN。

（A）560 （B）1500 （C）1200 （D）980

答案：（A）

解答：本題需分別確定與V_w0有關(guān)的μ_z、μ_s、β_z值。

1.風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z值。

根據(jù)1.5.2節(jié)1、2（《荷載規(guī)范》第8.2.1條及第8.2.2條），本題中的建筑所處地面粗糙度屬D類，又因房高H=28m，相應(yīng)地沿房高的風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z值為等值，即μ_z=0.51。

圖1.5-4 辦公樓平剖面及室外地面處風(fēng)荷載總剪力V_w0（長度單位：m）

2.風(fēng)荷載體型系數(shù)μ_s值。

根據(jù)1.5.3節(jié)1（《荷載規(guī)范》表8.3.1的第30項(xiàng)的封閉式房屋），則迎風(fēng)面的體型系數(shù)μ_s=+0.8，背風(fēng)面的體型系數(shù)μ_s=-0.5，則總的體型系數(shù)μ_s=0.8-（-0.5）=0.8+0.5=1.3。

3.風(fēng)振系數(shù)β_z值。

根據(jù)1.5.4節(jié)1（《荷載規(guī)范》第8.4.1條），由于本建筑高度H=28m＜30m，建筑高寬比H/B=28/22=1.27＜1.5，因此可不考慮風(fēng)振影響，即風(fēng)振系數(shù)β_z=1.0。

4.室外地面處沿Y向風(fēng)荷載產(chǎn)生的總剪力標(biāo)準(zhǔn)值V_w0。

H=28m以下迎風(fēng)面及其背風(fēng)面的總風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值w_k可按下式計(jì)算：

w_k=β_zμ_sμ_zw₀=1.0×（0.8+0.5）×0.51×0.6kN/m²=0.40kN/m²

室外地面處這幢建筑由Y向風(fēng)荷載產(chǎn)生的總剪力標(biāo)準(zhǔn)值V_w0由下式算得

V_w0=w_k×50×28kN=0.40×50×28kN=560kN

【例1.5-3】 一幢40層的高層建筑，總高度120m，長50m，寬22m，迎風(fēng)面寬度為50m。當(dāng)采用全鋼結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)第一階自振頻率f₁=0.289Hz；但當(dāng)改用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，其結(jié)構(gòu)第一階自振頻率f₁=0.408Hz。這兩種結(jié)構(gòu)的高層建筑，其基本風(fēng)壓均為w₀=0.5kN/m²，且均在地面粗糙度為B類的地區(qū)。因此，可確定這兩種結(jié)構(gòu)類型的風(fēng)振系數(shù)β_z。試確定120m、60m高度處兩者的風(fēng)振系數(shù)比，即β_120s/β_120c、β_60s/β_60c。

（A）1.358，1.204 （B）2.056，1.500 （C）1.145，0.994 （D）3.356，2.236

答案：（A）

解答：1.根據(jù)式（1.5-7）和式（1.5-8）（《荷載規(guī)范》式（8.4.4-1）和式（8.4.4-

2））計(jì)算脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子：

鋼結(jié)構(gòu)：

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)：

2.根據(jù)式（1.5-10）和式（1.5-11）（《荷載規(guī)范》式（8.4.6-1）和式（8.4.6-2））計(jì)算豎直方向和水平方向的相關(guān)系數(shù)

3.根據(jù)式（1.5-9）（《荷載規(guī)范》式（8.4.5））計(jì)算脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子

1）由表1.5.4（《荷載規(guī)范》表8.4.5-1）查系數(shù)k=0.670，a₁=0.187。

2）由附錄G表G.0.3查結(jié)構(gòu)第1階振型系數(shù)：

對(duì)于120m，φ₁（z）=1.0

對(duì)于60m，φ₁（z）=0.38

3）由表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1）查風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z

對(duì)于120m，

對(duì)于60m，μ_z=1.71

4）根據(jù)式（1.5-9）（《荷載規(guī)范》式（8.4.5））計(jì)算：

對(duì)于120m，

對(duì)于60m，

4.根據(jù)式（1.5-6）（《荷載規(guī)范》式（8.4.3））計(jì)算風(fēng)振系數(shù)β_z

g=2.5；I₁₀=0.14

對(duì)于鋼結(jié)構(gòu)，

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，

比值 β_120s/β_120c=2.059/1.516=1.358

β_60s/β_60c=1.494/1.241=1.204

由此可知這幢高層建筑，如采用全鋼結(jié)構(gòu)，則其風(fēng)荷載將大于混凝土結(jié)構(gòu)。另外，120m處的風(fēng)荷載大于60m處的風(fēng)荷載。

【例1.5-4】 一幢38層的鋼筋混凝土高層建筑有兩種建筑方案，但其標(biāo)準(zhǔn)層建筑平面均為方形，房高H=150m，建筑外形及質(zhì)量沿房高均較均勻。它建于地面粗糙度為B類的地區(qū)。兩種建筑方案的差異在于房屋寬度，方案1的房屋寬度B=30m，方案2的B=50m（圖1.5-5）。由此可比較兩種B值對(duì)風(fēng)荷載值的影響，即在計(jì)算風(fēng)振系數(shù)β_z時(shí)，算得與β_z有關(guān)的水平方向相關(guān)系數(shù)ρ_x的比值ρ_x30/ρ_x50=____。

（A）1.059 （B）1.04 （C）0.9 （D）1.30

答案：（A）

解答：根據(jù)式（1.5-11）（《荷載規(guī)范》中式（8.4.6-2））：

【例1.5-5】 一幢高層住宅建筑采用剪力墻結(jié)構(gòu)，其出屋面的女兒墻是下部外墻墻肢的向上延伸。部分女兒墻高度h=2.0m，設(shè)計(jì)女兒墻時(shí)，需按圍護(hù)結(jié)構(gòu)考慮局部體型系數(shù)μ_s1和陣風(fēng)系數(shù)β_gz。該建筑的房屋高度為99m，到女兒墻2m高度的中部處則為H=100m（圖1.5-6）。該建筑的基本風(fēng)壓w₀=0.5kN/m²，地面粗糙度為B類地區(qū)。由此可算得女兒墻底部由風(fēng)荷載產(chǎn)生的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值M_wk=____kN·m/m。

圖1.5-5 兩種建筑高寬比方案的水平方向相關(guān)系數(shù)

（A）4.8 （B）2.1 （C）3.5 （D）5.0

答案：（A）

解答：由圖1.5-6可知女兒墻中部距地面的高度H=100m處，由表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1）可查得風(fēng)荷載高度變化系數(shù)μ_z=2.00，由表1.5-3（《荷載規(guī)范》表8.3.3）第1項(xiàng)得女兒墻迎風(fēng)面及背風(fēng)面的體型系數(shù)之和μ_s=1.0+0.6=1.6，女兒墻的陣風(fēng)系數(shù)可由表1.5-8（《荷載規(guī)范》表8.6.1）查得β_gz=1.50，則由風(fēng)荷載產(chǎn)生在H=100m處平均風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值w_k可按式（1.5-2）（《荷載規(guī)范》（8.1.1-2）式）計(jì)算：

w_k=β_gzμ_s1μ_zw₀=1.50×1.6×2.00×0.5kN/m²

=2.4kN/m²

女兒墻中部高度處由風(fēng)荷載產(chǎn)生的沿每米的水平力：

圖1.5-6 高層住宅女兒墻的風(fēng)荷載

P_w=w_k×2.0=2.4×2kN/m=4.8kN/m

女兒墻底部由風(fēng)荷載產(chǎn)生的沿每米的彎矩標(biāo)準(zhǔn)值M_wk由下式算得：

M_wk=4.8×1.0kN·m/m=4.8kN·m/m

【例1.5-6】 一幢鋼筋混凝土高層辦公建筑，該建筑平面為圓形平面，相應(yīng)地形成圓柱形建筑（圖1.5-7）。該建筑屬于筒中筒結(jié)構(gòu)，40層，高150m，直徑D=20m。它建于地面粗糙度為B類的山區(qū)，建在山角?；撅L(fēng)壓w₀=0.5kN/m²，試確定100m處橫風(fēng)向風(fēng)荷載和順風(fēng)向風(fēng)荷載的組合值。

圖1.5-7 圓柱形建筑

（A）8.1，47.8 （B）10.5，50.8 （C）15.6，60.6 （D）6.6，35.6

答案：（A）

解答：

1.基本自振周期

根據(jù)1.5.6節(jié)2（1）2）（《荷載規(guī)范》附錄F.2.1-2），鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基本自振周期：

T₁=（0.05～0.10）n=（0.05～0.10）×40

=2～4（s），取2.45s

2.計(jì)算雷諾數(shù)Re

斯脫羅哈數(shù)St=0.2（對(duì)圓截面結(jié)構(gòu)）（見1.5.5節(jié)2（4）（《荷載規(guī)范》8.5.3條5款））

由式（1.5-12）（《荷載規(guī)范》式（8.5.3-2））計(jì)算臨界風(fēng)速

由式（1.5-14）（《荷載規(guī)范》式（8.5.3-1））計(jì)算雷諾數(shù)Re=69000vD

v為計(jì)算所用風(fēng)速，可取臨界風(fēng)速v_cr；D為結(jié)構(gòu)截面的直徑（m）

Re=69000×40.82×20=56.33×10⁶＞3.5×10⁶

結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)速

ρ為空氣密度（kg/m³），取為1.2051kg/m³；結(jié)構(gòu)頂部風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_H，查表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1），150m，B類場(chǎng)地粗糙度，μ_H=2.25，基本風(fēng)壓w₀=0.5kN/m²。

此時(shí)應(yīng)考慮橫風(fēng)向風(fēng)振的等效風(fēng)荷載。

3.橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載計(jì)算

1）臨界風(fēng)速起始點(diǎn)高度H₁由式（1.5-16）（《荷載規(guī)范》附錄H式（H.1.1-2））計(jì)算，α=0.15

2）由H₁/H=30.44/150=0.2查表1.5-6（《荷載規(guī)范》表H.1.1），得λ₁=1.54

3）在100m處結(jié)構(gòu)的第1振型系數(shù)φ₁（100），由附錄G表G.0.3查得z/H=100/150=0.667，

4）等效風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值w_Lk，1=|λ₁|v²_crφ₁（100）/（12800ζ₁），ζ₁=0.05

w_Lk，1=1.54×40.82²×0.597/（12800×0.05）=2.39（kN/m²）

4.順風(fēng)向風(fēng)荷載計(jì)算

本建筑高度＞30m，高寬比大于1.5，基本自振周期T₁＞0.25s，由1.5.4節(jié)1（《荷載規(guī)范》8.4.1條），應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響；但該建筑符合1.5.4節(jié)3（《荷載規(guī)范》8.4.3條），所以可按式（1.5-1）（《荷載規(guī)范》式（8.1.1-1））計(jì)算。β_z按下述計(jì)算：

（1）100m高度處的風(fēng)振系數(shù)β_z按式（1.5-6）（《荷載規(guī)范》式（8.4.3））計(jì)算：

其中g=2.5；I₁₀=0.14。

1）脈動(dòng)風(fēng)荷載的共振分量因子按式（1.5-7）和式（1.5-8）（《荷載規(guī)范》式（8.4.4_-1）和式（8.4.4-2））計(jì)算：

結(jié)構(gòu)第1階自振頻率

地面粗糙度修正系數(shù)

k_W=1.0；w₀=0.5

；結(jié)構(gòu)阻尼比ζ₁=0.05。

2）脈動(dòng)風(fēng)荷載的背景分量因子β_z按式（1.5-9）（《荷載規(guī)范》式（8.4.5））計(jì)算：

其中豎直方向的相關(guān)系數(shù)ρ_z按式（1.5-10）（《荷載規(guī)范》式（8.4.6-1））計(jì)算：

水平方向相關(guān)系數(shù)ρ_x按式（1.5-11）（《荷載規(guī)范》式（8.4.6-2））計(jì)算：

（B=20m＜2H=300m）

結(jié)構(gòu)第1階振型系數(shù)φ₁（100）由附錄G表G.0.3查得為

查表1.5-4（《荷載規(guī)范》表8.4.5-1）得系數(shù)k=0.67；a₁=0.187。

風(fēng)壓高度變化系數(shù)μ_z由表1.5-1（《荷載規(guī)范》表8.2.1）得μ_z=2.0，雖然建筑物建在山區(qū)，但建在山角，相當(dāng)于圖1.5-1（《荷載規(guī)范》圖8.2.2）中的A點(diǎn)或C點(diǎn)，所以μ_z的修正系數(shù)η_A或η_C為1.0。

（2）風(fēng)荷載體型系數(shù)μ_s可按《荷載規(guī)范》表8.3.1第37項(xiàng)確定。

μ_zw₀d²=2×0.5×20²=400＞0.015

Δ≈0，

（3）順風(fēng)向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值

由式（1.5-1）（《荷載規(guī)范》式（8.1.1-1）），得迎風(fēng)面、背風(fēng)面風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：

（w_k1-w_k2）=β_zμ_zw₀μ_s=1.35×2.0×0.5×0.5=0.675（kN/m²）

5.100m處單位高度風(fēng)力F_DK、F_LK可按式（1.5-17）和式（1.5-18）（《荷載規(guī)范》式（8.5.6-1）和式（8.5.6-2））計(jì)算

順風(fēng)向風(fēng)力 F_DK=（w_K1-w_K2）B=0.675×20=13.5（kN/m）

橫風(fēng)向等效風(fēng)荷載的風(fēng)力 F_Lk=w_Lk，1B=2.39×20=47.8（kN/m）

6.風(fēng)荷載組合值

由表1.5-7（《荷載規(guī)范》表8.5.6）得

順風(fēng)向風(fēng)荷載 0.6F_DK=0.6×13.5=8.1（kN/m）

橫風(fēng)向風(fēng)振等效風(fēng)荷載 F_Lk=47.8