1、高度換算平均風速梯度風剖面2.1 基本風速和基本風壓基本風速和基本風壓 對于某一規定高度處，并在一定條件下記錄的數據進對于某一規定高度處，并在一定條件下記錄的數據進行統計分析進而得到的該地最大平均風速，這就是基行統計分析進而得到的該地最大平均風速，這就是基本風速。本風速。 標準條件標準條件 標準高度標準高度10米高 標準的地面粗糙度類別標準的地面粗糙度類別空曠平坦地面，空曠平坦地面， 重現期重現期 平均風概率分布類型平均風概率分布類型 平均風時距平均風時距 .重現期重現期在長期的氣象觀察中發現，大于該值的極大風速并不是在長期的氣象觀察中發現，大于該值的極大風速并不是經常出現，而需間隔一定的時期

2、后再出現，這個間隔時經常出現，而需間隔一定的時期后再出現，這個間隔時期，稱為重現期。重現期不同，設計風速也不同。因而期，稱為重現期。重現期不同，設計風速也不同。因而重現期是在概率意義上體現了結構的安全度，重現期是在概率意義上體現了結構的安全度，重現期為重現期為T0的基本風速，則在任一年中只超越該風速一的基本風速，則在任一年中只超越該風速一次的概率為次的概率為1/ T0 ，不超過設計最大風速的概率或保證，不超過設計最大風速的概率或保證率應為：率應為： 011PT 平均風概率分布類型平均風概率分布類型 我國荷載規范也規定：基本風速采用極我國荷載規范也規定：基本風速采用極值值型的概率分布函數。型的概

3、率分布函數。 ( ) ()/F xexpexpx根據概率論 ( )0.5772E x6x由風速資料 11( )niixE xxn2112()1niixxxn可求得參數 和 對應于極值I型分布的設計最大風速，即基本風速 另外對應于極值I型分布的設計最大風速也可表示為ln(ln)xxFxxx從而，保證率和保證系數的關系式如下：60.57722ln( lnF ) 平均風時距標準平均風時距標準一般而言，時距越長，平均風速也越小一般而言，時距越長，平均風速也越小 。我國規范就規定以我國規范就規定以10分鐘為取值標準。分鐘為取值標準。原因：原因： 對于整體建筑物而言，一般質量比較大，因而它的阻對于整體建筑

4、物而言，一般質量比較大，因而它的阻力也較大，故風壓對于建筑物產生不利的影響，歷時力也較大，故風壓對于建筑物產生不利的影響，歷時就需要長些，才能反映出動力性能，因此不能取較短就需要長些，才能反映出動力性能，因此不能取較短時距甚至于瞬時極大風速作為標準。時距甚至于瞬時極大風速作為標準。 一般建筑物總有一定的側向長度，而最大瞬時風速不一般建筑物總有一定的側向長度，而最大瞬時風速不可能同時作用在全部長度上。可能同時作用在全部長度上。 10分鐘至分鐘至1小時的平均風速基本上是一個穩定值，太短小時的平均風速基本上是一個穩定值，太短了，則易突出峰值的作用，包括了脈動的最大部分，了，則易突出峰值的作用，包括了

5、脈動的最大部分，風速值也不穩定，真實性較差；若取的過長，則風速風速值也不穩定，真實性較差；若取的過長，則風速的變化將大大平滑。的變化將大大平滑。 最大風速的樣本最大風速的樣本采用年最大風速作為統計樣本原因采用年最大風速作為統計樣本原因 ：（1）一年之中，只有一次風速是最大的，它應在統計場）一年之中，只有一次風速是最大的，它應在統計場中占有重要地位。中占有重要地位。（2）對于建筑物，應該承受任何日期、任何月份的極大）對于建筑物，應該承受任何日期、任何月份的極大風速，因此應該考慮年最大風速。風速，因此應該考慮年最大風速。 （3）最大風速還有它的自然周期，每年重復一次。如果）最大風速還有它的自然周期

6、，每年重復一次。如果取幾年中一個極值，就不能反映這種最大風速的自然取幾年中一個極值，就不能反映這種最大風速的自然出現周期。出現周期。 基本風壓定義基本風壓定義 當地空曠平坦地面上當地空曠平坦地面上10m高度處高度處10min平均的平均的風速觀察數據，經概率統計得出風速觀察數據，經概率統計得出50年一遇最大年一遇最大值確定的風速，相應的風壓。值確定的風速，相應的風壓。 當城市或建設地點的基本風壓無法確定時，可當城市或建設地點的基本風壓無法確定時，可根據當地年最大風速資料，通過統計分析確定根據當地年最大風速資料，通過統計分析確定基本風壓值。所選取的年最大風速數據，一般基本風壓值。所選取的年最大風速

7、數據，一般應有應有30年以上的資料。年以上的資料。 例例 根據某沿海城市根據某沿海城市19891998年年10年的記錄，用年最年的記錄，用年最大平均風速計算基本風壓。大平均風速計算基本風壓。19891998年年最大平年年最大平均風速數據見表均風速數據見表. 年份1989199019911992199319941995199619971998年最大風速（m/s）15.022.715.314.012.317.018.316.319.014.0解：解：平均值、根方差：平均值、根方差：101116.39(/ )10iixxm s102112(16.39)3.02(/ )9iixxm s60.57722

8、ln( ln0.98)2.59 0116.392.59 3.0224.21(/ )xvxxm s2220024.210.37(/)16001600vwkN m非標準情況的換算關系非標準情況的換算關系(1)高度換算高度換算 l 平均風速梯度平均風速梯度(風剖面風剖面) 平均風速沿高度的變化規律，常稱為平均風速梯度，也平均風速沿高度的變化規律，常稱為平均風速梯度，也常稱為風剖面常稱為風剖面l 梯度風高度梯度風高度(大氣邊界層高度大氣邊界層高度) 離地約離地約300500米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的米以上的地方，可以忽略地面粗糙度的影響，氣流能夠以梯度風速自由流動，出現這種速度的影響，氣流能夠

9、以梯度風速自由流動，出現這種速度的高度叫梯度風高度或大氣邊界層高度（邊界層厚度）。高度叫梯度風高度或大氣邊界層高度（邊界層厚度）。 指數函數來描述平均風速沿高度變化的規律指數函數來描述平均風速沿高度變化的規律 為地面的粗糙度系數。為地面的粗糙度系數。 ( )()abbv zzzv200()10awwa米高風壓：米高風壓： (2)(2)地貌換算地貌換算我國荷載規范將地貌分成四類我國荷載規范將地貌分成四類 ( )Gzm粗糙度類別描 述A近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區300012B田野、鄉村、叢林、丘陵及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區350016C有密集建筑群的城市市區400022D有密集建筑群

10、的且房屋較高的城市市區450030地貌的近似確定有下述原則：地貌的近似確定有下述原則： (1) 以擬建房屋為中心，以擬建房屋為中心，2km為半徑的迎風半圓為半徑的迎風半圓影響范圍內的房屋高度和密度來區分類別，風向可影響范圍內的房屋高度和密度來區分類別，風向可以該地區的主導風向為準。以該地區的主導風向為準。 (2) 以半圓影響范圍內建筑物平均高度來劃分類以半圓影響范圍內建筑物平均高度來劃分類別，當別，當H9m為為B類，類，9mH18m為為C類，類，H18m為為D類。類。 非標準地貌的換算非標準地貌的換算 不同的地貌，有不同的梯度風高度，在梯度風不同的地貌，有不同的梯度風高度，在梯度風高度以上，由

11、于不受地表影響，不同地貌的梯高度以上，由于不受地表影響，不同地貌的梯度風速度均相等。度風速度均相等。 10m高風壓換算值：高風壓換算值： 210,0103.12 ()GwwZZG梯度風高度梯度風高度（3）時距換算）時距換算 根據國內外學者所得到的各種不同時距間平均風速根據國內外學者所得到的各種不同時距間平均風速的比值，統計所得的比值如表的比值，統計所得的比值如表 時距1h10min5min2min1min0.5min20s10s5s瞬時比值0.9411.071.161.201.261.281.351.391.50（4）不同重現期的換算）不同重現期的換算 重現期不同，保證率也就不同重現期不同，保

12、證率也就不同 日本以重現期為日本以重現期為100年的風速為基準，換算表達式年的風速為基準，換算表達式如下：如下： NoImage( )0.550.098lnln(100)1v TTkvT歐洲鋼結構協會規定的換算系數是以重現期為歐洲鋼結構協會規定的換算系數是以重現期為50年年的風速為基準，換算表達式如下：的風速為基準，換算表達式如下：111 0.13ln ln(1)1.507kT我國以重現期為我國以重現期為50年的風速為基準，換算表達式如下年的風速為基準，換算表達式如下：NoImageNoImage463. 0lg363. 00TT2.2 結構上的靜力風荷載結構上的靜力風荷載 1、風荷載體型系數

13、、風荷載體型系數 各測點獲得的面上的風各測點獲得的面上的風壓分布都不是均勻的。壓分布都不是均勻的。實際工程中，一般采實際工程中，一般采用面上的平均風壓系用面上的平均風壓系數數 。 0212pPPv1npiiisAANoImage風速計算的風壓結構表面的實際風壓壓力系數 高度處靜壓遠前方上游參考測點測得的風壓0PP陸家嘴金融貿易區風洞試驗陸家嘴金融貿易區風洞試驗2 2、風洞試驗、風洞試驗（1）風洞類別）風洞類別 按實驗段氣流的馬赫數按實驗段氣流的馬赫數Ma(風速風速v/音速音速a)l 低速風洞低速風洞Ma0.4l 亞音速風洞亞音速風洞Ma=0.4-0.8l 跨音速風洞跨音速風洞Ma=0.8-1.

14、4l 超音速風洞超音速風洞Ma=1.4-5.0l 高超音速風洞高超音速風洞Ma=5.0-14（2）低速風洞形式）低速風洞形式l 直流式直流式l 回流式回流式（3）低速風洞的主要部件）低速風洞的主要部件l 實驗段實驗段流場品質：氣流穩定、速度均勻流場品質：氣流穩定、速度均勻 紊流度、噪聲、靜壓強度低紊流度、噪聲、靜壓強度低l 調壓縫調壓縫使實驗段中壓強與環境大氣壓相同使實驗段中壓強與環境大氣壓相同l 擴壓段擴壓段使氣流減速，減小氣流能量損失使氣流減速，減小氣流能量損失l 拐角和導流片拐角和導流片減小氣流經拐角時所產生的分離減小氣流經拐角時所產生的分離 改善流場性能改善流場性能l 穩定段、整流網穩

15、定段、整流網使上游紊亂的不均勻氣流穩定下來，使上游紊亂的不均勻氣流穩定下來， 使速度更均勻使速度更均勻l 收縮段收縮段使穩定氣流均勻加速使穩定氣流均勻加速l 動力段動力段主要包括電機、風扇、導向片等主要包括電機、風扇、導向片等（4）參數量測）參數量測 靜壓測量靜壓測量靜壓管靜壓管 壓強測量壓強測量壓強傳感器壓強傳感器 氣流速度量測氣流速度量測皮托靜壓管（風速管）皮托靜壓管（風速管）3、群體建筑的體形系數、群體建筑的體形系數 相互擾風洞實驗結果相互擾風洞實驗結果 兩相鄰建筑兩相鄰建筑 三相鄰建筑三相鄰建筑 群體建筑的體形系數群體建筑的體形系數3、風壓高度變化系數、風壓高度變化系數 任一地面粗糙度類別的風壓如下：任一地面粗糙度類別的風壓如下： 2( )()aababazw zwz風壓高度變化系數定義為任