女 山东理子大军 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY owy 第三章.风荷载 §3-1风的相关知识 §3-2风压 §3-3风压高度变化系数 §3-4风荷载体型系数 §3-5结构抗风计算的几个重要概念 §3-6顺风向结构风效应 §3-7横风向结构风效应 §3-8结构总风效应
2 第三章.风荷载 §3-1 风的相关知识 §3-2 风压 §3-3 风压高度变化系数 §3-4 风荷载体型系数 §3-5 结构抗风计算的几个重要概念 §3-6 顺风向结构风效应 §3-7 横风向结构风效应 §3-8 结构总风效应
§3.1风的相关知识 一、风的形成 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处辐射程度和大气升 温的不均衡性，在地球上的不同地区产生大气压力差，空气从气压大的地 方向气压小的地方流动就形成了风。 由于地球是一个球体，太阳光辐射到地球上的能量随纬度不同而有差 异，赤道和低纬度地区受热量较多，而极地和高纬度地区受热量较少。在 受热量较多的赤道附近地区，气温高，空气密度小，则气压小，大气因加 热膨胀由表面向高空上升。受热量较少的极地附近地区，气温低，空气密 度大，则气压大，大气因冷却收缩由高空向地表下沉。因此，在低空受指 向低纬气压梯度力的作用，空气从高纬地区流向低纬地区；在高空气压梯 度指向高纬，空气则从低纬流向高纬地区，这样就形成了如图3.1所示 的全球性南北向环流。 北极 图3.1大气热力学环流模型 赤道
3 §3.1 风的相关知识 一、风的形成 风是空气相对于地面的运动。由于太阳对地球各处辐射程度和大气升 温的不均衡性，在地球上的不同地区产生大气压力差，空气从气压大的地 方向气压小的地方流动就形成了风。 由于地球是一个球体，太阳光辐射到地球上的能量随纬度不同而有差 异，赤道和低纬度地区受热量较多，而极地和高纬度地区受热量较少。在 受热量较多的赤道附近地区，气温高，空气密度小，则气压小，大气因加 热膨胀由表面向高空上升。受热量较少的极地附近地区，气温低，空气密 度大，则气压大，大气因冷却收缩由高空向地表下沉。因此，在低空受指 向低纬气压梯度力的作用，空气从高纬地区流向低纬地区；在高空气压梯 度指向高纬，空气则从低纬流向高纬地区，这样就形成了如图 3.1 所示 的全球性南北向环流。 图3.1 大气热力学环流模型
§3.1风的相关知识 二、两类性质的大风 1.台风 台风是发生在热带海洋上空的一种气旋。在一个高水温的暖热带洋面上空， 若有一个弱的热带气旋性系统产生或移来，在合适的环境下，因摩擦作用使气流 产生向弱涡旋内部流动的分量，把高温洋面上蒸发进入大气的大量水汽带到涡旋 内部，把高温高湿空气辐合到弱涡旋中心，产生上升和对流运动，释放潜热以加 热涡旋中心上空的气柱，形成暖心。由于涡旋中心变暖，空气变轻，中心气压下 降，低涡变强。当低涡变强，反过来又使低空暖湿空气向内辐合更强，更多的水 汽向中心集中，对流更旺盛，中心变得更暖，中心气压更为下降，如此循环，直 至增强为台风。 2.季风 由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围 的、风向随季节有规律改变的风，称为季风。形成季风最根本的原因，是由于地 球表面性不同，热力反映有所差异引起的
4 §3.1 风的相关知识 二、两类性质的大风 1. 台风 台风是发生在热带海洋上空的一种气旋。在一个高水温的暖热带洋面上空， 若有一个弱的热带气旋性系统产生或移来，在合适的环境下，因摩擦作用使气流 产生向弱涡旋内部流动的分量，把高温洋面上蒸发进入大气的大量水汽带到涡旋 内部，把高温高湿空气辐合到弱涡旋中心，产生上升和对流运动，释放潜热以加 热涡旋中心上空的气柱，形成暖心。由于涡旋中心变暖，空气变轻，中心气压下 降，低涡变强。当低涡变强，反过来又使低空暖湿空气向内辐合更强，更多的水 汽向中心集中，对流更旺盛，中心变得更暖，中心气压更为下降，如此循环，直 至增强为台风。 2. 季风 由于大陆和海洋在一年之中增热和冷却程度不同，在大陆和海洋之间大范围 的、风向随季节有规律改变的风，称为季风。形成季风最根本的原因，是由于地 球表面性质不同，热力反映有所差异引起的
§3.1风的相关知识 三、我国风气候总况 (1)台湾、海南和南海诸岛由于地处海洋，常年受台风的直接影响，是我 国最大的风区。 (2)东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆的大风区。风速梯度由沿 海指向内陆。台风登陆后，受地面摩擦的影响，风速削弱很快。统计表明，在 离海岸100km处，风速约减小一半。 (3)东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒 潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风速。黑龙 江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速 不大。 (4)青藏高原地势高，平均海拔在4~5km,属较大风区。 (5)长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮 风到此也是强弩之末。 (6)云高順处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地 形闭塞，形成了我国的 a区o
5 §3.1 风的相关知识 三、我国风气候总况 (1) 台湾、海南和南海诸岛由于地处海洋，常年受台风的直接影响，是我 国最大的风区。 (2) 东南沿海地区由于受台风影响，是我国大陆的大风区。风速梯度由沿 海指向内陆。台风登陆后，受地面摩擦的影响，风速削弱很快。统计表明，在 离海岸100km处，风速约减小一半。 (3) 东北、华北和西北地区是我国的次大风区，风速梯度由北向南，与寒 潮入侵路线一致。华北地区夏季受季风影响，风速有可能超过寒潮风速。黑龙 江西北部处于我国纬度最北地区，它不在蒙古高压的正前方，因此那里的风速 不大。 (4) 青藏高原地势高，平均海拔在4～5 km，属较大风区。 (5) 长江中下游、黄河中下游是小风区，一般台风到此已大为减弱，寒潮 风到此也是强弩之末。 (6) 云贵高原处于东亚大气环流的死角，空气经常处于静止状态，加之地 形闭塞，形成了我国的最小风区
§3.1风的相关知识 四、风级 为了区分风的大小，根据风对地面（或海面）物体的影响程度，常将风划为 13个等级。风速越大，风级越大。由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此 就按照风所引起的现象来划分等级。风的13个等级见表3-1。 表3-1蒲福风力等级表 海面状况浪高m 距地10m高处相当风速 风力 等级 名称 海岸渔船征象 陆地地面物征象 高 km/h mile/h m/s 0 静风 静、烟直上 <1 <10 0-0.2 1 软风 0.1 0.1 普通渔船略觉摇动 烟能表示风向，但风向标不能转动 1~5 13 0.3~1.5 轻风 0.2 0.3 渔船张帆时，可随风移行每小时 2km~3km 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动 611 46 1.63.3 3 微风 0.6 1.0 渔船渐觉簸动，随风移行每小时5一 树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 12~19 7~10 3.45.4 4 和风 1.0 1.5 鱼船满帆时船身倾于一侧 能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动 20-28 11~16 5.57.9 清劲风 2.0 2.5 鱼船缩帆（即收去帆的一部分） 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 29~38 17-21 8.010.7 6 强风 3.0 4.0 鱼船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难 39~49 22-27 10.813.8 > 疾风 4.0 5.5 鱼船停息港中，在海上下锚 全树摇动，迎风步行感觉不便 5061 28~33 13.917.1 大风 5.5 7.5 近港渔船皆停留不出 微枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大 62-74 30~40 17.2-20.7 9 烈风 7.0 10.0 气船航行困难 烟囱顶部及平瓦移动，小屋有损 75~88 41~47 20.824.4 10 狂风 9.0 12.5 气船航行颇危险 陆上少见，有时可使树木拔起或将建筑物吹 89102 48~55 24.5-28.4 11 暴风 11.5 16.0 气船遇之极危险 陆上很少，有时必有重大损毁 103~117 5663 28.5~32.6 12 飓风 14 海浪滔天 陆上绝少，其捣毁力极大 118-133 64~71 32.7≈36.9
6 §3.1 风的相关知识 四、风级 为了区分风的大小，根据风对地面(或海面)物体的影响程度，常将风划为 13个等级。风速越大，风级越大。由于早期人们还没有仪器来测定风速，因此 就按照风所引起的现象来划分等级。风的13个等级见表3-1。 表3-1 蒲福风力等级表 风力 等级 名称 海面状况浪高/m 海岸渔船征象 陆地地面物征象 距地10m高处相当风速 一 般 最 高 km/h mile/h m/s 0 静风 - - 静 静、烟直上 <1 <10 0～0.2 1 软风 0.1 0.1 普通渔船略觉摇动 烟能表示风向，但风向标不能转动 1～5 1～3 0.3～1.5 2 轻风 0.2 0.3 渔船张帆时，可随风移行每小时 2km～3km 人面感觉有风，树叶有微响，风向标能转动 6～11 4～6 1.6～3.3 3 微风 0.6 1.0 渔船渐觉簸动，随风移行每小时5～ 6km 树叶及微枝摇动不息，旌旗展开 12～19 7～10 3.4～5.4 4 和风 1.0 1.5 渔船满帆时船身倾于一侧 能吹起地面的灰尘和纸张，树的小枝摇动 20～28 11～16 5.5～7.9 5 清劲风 2.0 2.5 渔船缩帆(即收去帆的一部分) 有叶的小树摇摆，内陆的水面有小波 29～38 17～21 8.0～10.7 6 强风 3.0 4.0 渔船加倍缩帆，捕鱼须注意风险 大树枝摇动，电线呼呼有声，举伞困难 39～49 22～27 10.8～13.8 7 疾风 4.0 5.5 渔船停息港中，在海上下锚 全树摇动，迎风步行感觉不便 50～61 28～33 13.9～17.1 8 大风 5.5 7.5 近港渔船皆停留不出 微枝折毁，人向前行，感觉阻力甚大 62～74 30～40 17.2～20.7 9 烈风 7.0 10.0 汽船航行困难 烟囱顶部及平瓦移动，小屋有损 75～88 41～47 20.8～24.4 10 狂风 9.0 12.5 汽船航行颇危险 陆上少见，有时可使树木拔起或将建筑物吹 毁 89～102 48～55 24.5～28.4 11 暴风 11.5 16.0 汽船遇之极危险 陆上很少，有时必有重大损毁 103～117 56～63 28.5～32.6 12 飓风 14 - 海浪滔天 陆上绝少，其捣毁力极大 118～133 64～71 32.7～36.9