§3.2风压 一、风速与风压的关系 风的强度常用风速表示。当风以一定的速度向前运动遇到建筑物、构筑 物、桥梁等阻碍物时，将对这些阻碍物产生压力，即风压。 风荷载是工程结构的主要侧向荷载之一，它不仅对结构物产生水平风压 作用，还会引起多种类型的振动效应。确定作用于工程结构上的风荷载时， 必须依据当地风速资料确定基本风压。风的流动速度随离地面高度不同而变 化，还与地貌环境等多种因素有关。 为了设计上的方便，可按规定的量测高度、地貌环境等标准条件确定风 速。对于非标准条件下的情况由此进行换算。在规定条件下确定的风速称为 基本风速，它是结构抗风设计必须具有的基本数据。 风速和风压之间的关系，可由流体力学中的伯努利方程得到。自由气流 的风速产生的单位面积上的风压力为： (3-1) 2g 式中， W。一单位面积上的风压力(kN/m2); p一空气密度(kg/m3); 空气单位体积重力(kN/m3): g一重力加速度(m/s2): vo一风速(m/s)。 7
7 §3.2 风压 2 2 00 0 1 2 2 Wv v g γ = = ρ (3-1)
§3.2风压 在标准大气压情况下，Y=0.012018kN/m3,g=9.80m/s2,可得： 0.0120182 W (KN/m 2×9:80 1630 在不同的地理位置，大气条件是不同的，Y和g值也不相同。资料缺乏 时，空气密度可假设海拔高度为0m,取p=1.25(kg/m)；重力加速度g不仅 随高度变化，而且与纬度有关；空气重度Y是气压、气温和温度的函数，因 此，各地的g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、 测量高度进行统一规定。 根据统一规定，《建筑结构荷载规范》(GB50009一2012)给出了全国各 城市50年一遇的风压值，见课本表2-1。当城市或建设地区的基本风压值在表 中未列出时，也可按《建筑结构荷载规范》(GB50009一2012)中全国基本风 压分布图（附图2）查得。在进行桥梁结构设计时，可按《公路桥涵设计通用规 范》6JTGD60-2004)中全国基本风压分布图查得基本风压值
8 §3.2 风压 在标准大气压情况下， γ=0.012018kN/m3 ，g =9.80m/s2，可得： 在不同的地理位置，大气条件是不同的， γ和 g值也不相同。资料缺乏 时，空气密度可假设海拔高度为0m，取 ρ=1.25(kg/m3)；重力加速度 g不仅 随高度变化，而且与纬度有关；空气重度 γ是气压、气温和温度的函数，因 此，各地的γ/g的值均不相同。为了比较不同地区风压的大小，必须对地貌、 测量高度进行统一规定。 根据统一规定，《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)给出了全国各 城市50年一遇的风压值，见课本表2-1。当城市或建设地区的基本风压值在表 中未列出时，也可按《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2012)中全国基本风 压分布图(附图2)查得。在进行桥梁结构设计时，可按《公路桥涵设计通用规 范》（ JTG D60-2004 ）中全国基本风压分布图查得基本风压值。 2 22 2 0 0 0 0 0.012018 ( /) 2 2 9.80 1630 v W v v KN m g γ = = = ×
§3.2风压 基本风压 按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所确定的风压称为基本风压。 1.标准高度的影响：风速随高度而变化。离地表越近，由于地表摩擦耗 能越大，因而平均风速越小。 2.标准地貌的规定：同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙 程度高，风能消耗多，风速则低。 3.公称风速的时距：公称的风速实际是一定时间间隔内（称为时距）的平 均风速。风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准 。风速记录表明，1O0min的平均风速已趋于稳定。时距太短，易突出风的脉动 峰值作用；时距太长，势必把较多的小风平均进去，致使最大风速值偏低。 4.最大风速的样本时间：由于气候的重复性，风有着它的自然周期，每年 季节性地重复一次。因此，年最大风速最有代表性。 5.基本风速的重现期：取年最大风速为样本，可获得各年的最大风速。每 年的最大风速值是不同的。工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中几十年 时间范围内，可能遭遇到的最大风速。该最大风速不是经常出现，而是间隔一 段时间后再出现，这个间隔时间称为重现期。 9
9 §3.2 风压 二、 基本风压 按规定的地貌、高度、时距等测量的风速所确定的风压称为基本风压。 1. 标准高度的影响：风速随高度而变化。离地表越近，由于地表摩擦耗 能越大，因而平均风速越小。 2. 标准地貌的规定：同一高度处的风速与地貌粗糙程度有关。地面粗糙 程度高，风能消耗多，风速则低。 3. 公称风速的时距：公称的风速实际是一定时间间隔内(称为时距)的平 均风速。风速随时间不断变化，常取某一规定时间内的平均风速作为计算标准 。风速记录表明，10min的平均风速已趋于稳定。时距太短，易突出风的脉动 峰值作用；时距太长，势必把较多的小风平均进去，致使最大风速值偏低。 4. 最大风速的样本时间:由于气候的重复性，风有着它的自然周期，每年 季节性地重复一次。因此，年最大风速最有代表性。 5. 基本风速的重现期:取年最大风速为样本，可获得各年的最大风速。每 年的最大风速值是不同的。工程设计时，一般应考虑结构在使用过程中几十年 时间范围内，可能遭遇到的最大风速。该最大风速不是经常出现，而是间隔一 段时间后再出现，这个间隔时间称为重现期
§3.2风压 三、非标准条件 1.不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测风速高度不足10m 标准高度时，应由气象台站根据不同高度风速的对比观测资料，并考虑风 速大小的影响，给出非标准高度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏 观测资料时，实测风速高度换算系数也可按表3-2取值。 表3-2实测风速高度换算系数 实测风速高度/m 4 6 8 10 12 14 16 18 20 高度换算系数 1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895 10
10 §3.2 风压 三、非标准条件下的风速或风压的换算 1. 不同高度换算 即使在同一地区，高度不同，风速也会不同。当实测风速高度不足10m 标准高度时，应由气象台站根据不同高度风速的对比观测资料，并考虑风 速大小的影响，给出非标准高度风速与10m标准高度风速的换算系数。缺乏 观测资料时，实测风速高度换算系数也可按表3-2取值。 实测风速高度/m 4 6 8 10 12 14 16 18 20 高度换算系数 1.158 1.085 1.036 1.000 0.971 0.948 0.928 0.910 0.895 表3-2 实测风速高度换算系数
§3.2风压 2.不同时距换算 时距不同，所求得的平均风速也不同。有时天气变化剧烈，气象合站 瞬时风速记录时距小于10min,因此在某些情况下需要进行不同时距之间的 平均风速换算。实测结果表明，各种不同时距间平均风速的比值受到多种 因素影响，具有很大的变异性。不同时距与10min时距风速换算系数可近似 按表3-3取值。 表3-3不同时距与10min时距风速换算系数 实测风速时距 60min 10min 5min 2min Imin 0.5min 20s 10s 5s 瞬时 时距换算系数 0.940 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50 应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比值，其中最重要的有： (1)平均风速值。实测表明，10min平均风速越小，该比值越大。 (2)天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风最大，台风次之 而寒潮大风（冷空气）则最小。 11
11 §3.2 风压 应该指出，表中所列出的是平均比值。实际上有许多因素影响该比值，其中最重要的有： (1) 平均风速值。实测表明，10min 平均风速越小，该比值越大。 (2) 天气变化情况。一般天气变化越剧烈，该比值越大。如雷暴大风最大，台风次之 ，而寒潮大风(冷空气)则最小。 2.不同时距换算 时距不同，所求得的平均风速也不同。有时天气变化剧烈，气象台站 瞬时风速记录时距小于10min，因此在某些情况下需要进行不同时距之间的 平均风速换算。实测结果表明，各种不同时距间平均风速的比值受到多种 因素影响，具有很大的变异性。不同时距与10min时距风速换算系数可近似 按表3-3取值。 实测风速时距 60min 10min 5min 2min 1min 0.5min 20s 10s 5s 瞬时 时距换算系数 0.940 1.00 1.07 1.16 1.20 1.26 1.28 1.35 1.39 1.50 表3-3 不同时距与10 min时距风速换算系数