风荷载的影响因素及中国基本风压规定

式中，w0为基本风压；μz为风压高度变异系数；μs为风体形状系数；βz为风振系数。 #

我国的地理位置和气候条件造成强风：夏季东南沿海多台风，内陆多雷暴和冰雹强风；冬季北方多寒潮和强风。其中沿海地区的台风往往是设计工程结构的主要控制荷载。台风引起的风灾较多，影响范围较大。雷暴和强风在小范围内都可能造成风灾。 #

基本风压我国规定的基本风压w0是以一般开阔平坦地面上，距地面10m高度，每10分钟平均的最大风速为依据。根据结构类别考虑重现期（一般结构重现期为30年，高层建筑及高层结构重现期为50年，特别重要结构重现期为100年），通过统计得到最大风速v（即年最大风速分布的96.67%百分位数，由w0=ρv2/2确定。式中，ρ为气团密度；v为风速）。根据统计学认为风荷载体型系数，距地面10m高度，每10分钟平均的年最大风压统计分布可视为极值I型。

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基本风压在各地存在差异，我国的分布情况是：台湾、海南岛等沿海岛屿、东南沿海为风压最大的地区，主要受台风影响；东北、华北、西北地区北部为风压次大地区，主要与较强的冷空气活动有关；青藏高原为风压相对较大的地区，主要受海拔较高影响；其他内陆地区风压相对较低。

风速随时间变化（图1）。在一定的时间间隔Δt内，风速分解为两部分：一部分为平均风速的稳定部分；另一部分为脉动风速部分。为了确定变化风速的代表值作为基本风压，一般以规定时间间隔内的风速稳定部分作为取值标准。

平均时间间隔是风速记录规定的确定最大平均风速的时间间隔（图1），规定的时间间隔越短，最大平均风速就越大，也就是基本风压越大。世界各国采用的平均时间间隔标准并不一致，例如中国取10分钟，苏联取2分钟，英国根据建筑或构件大小分别取3秒、5秒、15秒，日本取瞬时。美国则以1609.3米（1英里）作为确定平均风速的标准，相当于对不同的风速取不同的平均时间间隔。因此，不同国家对于基本风压值的标准也不同。 #

风压高度变异系数是由某一高度的已知风压（如10米高度的基本风压）计算出另一任意高度的风压系数。风压高度变异系数随距地面高度的增加而增大，其变化规律与地面粗糙度、风速剖面有直接关系。在设计工程结构时，应在不同高度采用相应高度的风压值。 #

地面粗糙度是指地面因障碍物而产生的粗糙程度，影响风速。当风（气流）靠近地面移动时，受到树木、房屋等障碍物的摩擦，消耗一部分动能，使风速逐渐降低。这种影响一般用地面粗糙度来衡量。地面粗糙度越大，同一高度的风速降低越明显。一般地面粗糙度从小到大可分为水面、沙漠、开阔平原、灌木丛、村庄、城镇、丘陵、森林、大城市等。

风速廓线 风速随高度变化的曲线（图2）。风速通常随距地面高度的增加而增大，增大的程度主要与地面粗糙度、温度梯度有关。达到一定高度后，地面的摩擦作用可以忽略不计，这个高度称为梯度风高。梯度风高随地面粗糙度的变化而变化风荷载体型系数，一般在300～500米左右。梯度风高内的风速廓线一般可以用指数曲线表示，式中vz为高度z处的风速；v1为已知的高度z1处的风速；α为指数，α值范围为1/3～1/10。对于开阔的平原地区，α值约为1/7。

风荷载形状系数又称气动系数，是风在工程结构表面形成的压力（或吸力）与根据来风速计算的理论风压之比。它反映工程结构和建筑物表面稳定风压的分布情况，并随建筑物的形状、规模、围护遮挡条件、气流方向等而变化。对于大型工程结构和建筑物，可能并非所有的迎风面都同时受到最大风压。对于建筑物，由风荷载形状系数得到的反映是：迎风面为压力；背风面和顺风面为吸力；顶面根据坡度角度不同，可能是压力，也可能是吸力。

风振是风的脉动部分作用于高层结构引起的动力效应。一般结构对风的动力效应不敏感，所以只考虑静力效应即可。但对于高大结构（如塔、烟囱、水塔）和高层建筑，除了静力效应外，还必须考虑动力效应。动力效应与结构的自振周期、结构振型、结构阻尼以及结构高度等因素有关。脉动风压在各状态下可假设为随机过程，根据随机振动理论的基本原理推导而得。为方便起见，常将动力效应与静力效应一起考虑，以等效静力放大系数的形式表示，即风振系数。 #