1、第四章第四章 風荷載風荷載內容提要內容提要 第一節第一節 風的有關知識風的有關知識 第二節第二節 風壓風壓 第三節第三節 結構抗風計算的幾個重要概念結構抗風計算的幾個重要概念 第四節第四節 順風向結構風效應順風向結構風效應 第五節第五節 橫風向結構風效應橫風向結構風效應 第一節第一節 風的有關知識風的有關知識 赤道和低緯度地區：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓赤道和低緯度地區：受熱量較多，氣溫高，空氣密度小、氣壓小小, ,且大氣因加熱膨脹，且大氣因加熱膨脹，由表面向高空上升由表面向高空上升 極地和高緯度地區：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、極地和高緯度地區：受熱量較少，氣溫低，空氣密度大、

2、 氣壓氣壓大大 ，且大氣因冷卻收縮由，且大氣因冷卻收縮由高空向地表上升高空向地表上升一、風的形成一、風的形成- 空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成空氣從氣壓大的地方向氣壓小的地方流動而形成 地表上存在氣壓差或壓力梯度地表上存在氣壓差或壓力梯度北極北極赤道赤道大氣熱力學環流模型大氣熱力學環流模型二、兩類性質的大風二、兩類性質的大風1 1、臺風、臺風弱的熱帶氣旋性渦旋弱的熱帶氣旋性渦旋輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內部輻合氣流將大量暖濕空氣帶到渦旋內部 形成形成暖心暖心（渦旋內部空氣密度減小，下部海面氣壓下降）（渦旋內部空氣密度減小，下部海面氣壓下降） 低渦增強低渦增強 輻合加強輻合加強

3、。（循環）。（循環）臺風臺風(typoon)(typoon)臺風名字臺風名字熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級熱帶氣旋按中心附近地面最大風速劃分為四個等級 名稱名稱 屬性屬性 臺風 （Typhoon） 最大風速出現326 米/秒，也即 12 級以上（64 海里/小時或以上） 強熱帶風暴 (Severe tropical storm) 最大風速出現 245-326 米/秒，也即風力 10-11 級（48-63 海里/小時） 熱帶風暴 (Tropical storm) 最大風速出現17 2-24 4米/秒， 也即風力8-9級 （34-47海里/小時） 熱帶低壓 (Tropical dep

4、ression) 最大風速出現17 2 米/秒， 也即風力為 6-7 級 （22-33海里/小時） 發布的信息發布的信息 屬性屬性 消消 息息 遠離或尚未影響到預報責任區時， 根據需要可以發布遠離或尚未影響到預報責任區時， 根據需要可以發布“消息消息”， 報道編號熱， 報道編號熱帶氣旋的情況，警報解除時也可用帶氣旋的情況，警報解除時也可用 “消息消息”方式方式 發布發布 警警 報報 預計未來預計未來 48 小時內將影響本責任區的沿海地區或登臨時發布警報小時內將影響本責任區的沿海地區或登臨時發布警報 緊急警報緊急警報 預計未來預計未來 24 小時內將影響本責任區的沿海地區或登臨時發布緊急警報小時

5、內將影響本責任區的沿海地區或登臨時發布緊急警報 （影響是以沿海開始出現（影響是以沿海開始出現 8 級風或暴雨為標準。 ）級風或暴雨為標準。 ） 2 2、季風、季風(season wind)(season wind) 冬季冬季: :大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低大陸溫度低、氣壓高；相鄰海洋溫度比大陸高、氣壓低 風從大陸吹向海洋風從大陸吹向海洋 夏季夏季: :大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低大陸溫度高、氣壓低；相鄰海洋溫度比大陸低 、氣壓高、氣壓高 風從海洋吹向大陸風從海洋吹向大陸三、風級三、風級（根據（根據風對地面或海洋物體影響程度風對地面或海洋物體影響程度） 1313

6、個等級（個等級（0 0級級 1212級）級）（P37P37，表，表4-14-1） 0 0級級 1 1級級 2 2級級 3 3級級 4 4級級 5 5級級 6 6級級 7 7級級 8 8級級 9 9級級 1010級級 1111級級1212級級靜風靜風 軟風軟風 輕風輕風 微風微風 和風和風 清勁風清勁風 強風強風 疾風疾風 大風大風 烈風烈風 狂風狂風 暴風暴風颶風颶風第二節第二節 風風 壓壓1 1、風壓與風速的關系、風壓與風速的關系建筑物建筑物小股氣流小股氣流流向流向高壓氣幕高壓氣幕壓力線壓力線w= v2/2dlw1dA(w1+dw1)dA風壓的形成風壓的形成風風壓壓221vw推推導導 合合力

7、力 dtdvdAdlMadAdw1 dtdvdldw1 vdvdw1 (因為因為vdtdl ) cvw2121 邊界條件：邊界條件： 當當0v時時，mww 1（氣氣流流沖沖擊擊結結構構物物后后其其截截面面中中心心點點產產生生的的最最大大氣氣流流壓壓強強） 當當v時時，bww 1（氣氣流流原原先先壓壓力力強強度度） mbwvw221 gvvwwwmb22122 =0.012018kN/m3（空空氣氣單單位位體體積積的的重重力力） ，g=9.8m/s2 風風壓壓：16302vw (kN/m2) 2 2、基本風壓、基本風壓w w0 0 按規定的按規定的地貌地貌、高度高度、時距時距等量測的風速所確定的

8、風壓等量測的風速所確定的風壓 地貌（地面粗糙度）地貌（地面粗糙度） 空曠平坦地貌空曠平坦地貌 高度高度 1010米高為標準高度米高為標準高度 公稱風速時距公稱風速時距 =10min=10min 最大風速的樣本時間最大風速的樣本時間 一年一年 基本風速的重現期基本風速的重現期T T0 0 基本風速出現一次所需要的時間基本風速出現一次所需要的時間公公稱稱風風速速 odttvv10, 即即一一定定時時間間間間隔隔內內的的平平均均風風速速 每年不超過基本風壓的概率或保證率每年不超過基本風壓的概率或保證率p p0 0=1-1/=1-1/T T0 0（圖中影形面積）（圖中影形面積） GB50009-200

9、1GB50009-2001規定：規定： 以當地以當地比較空曠平坦地面比較空曠平坦地面上上離地離地10m10m高統計所得的高統計所得的5050年一遇年一遇10min10min內最大風速內最大風速v v0 0為標準，按為標準，按w w 0 0= = v v0 02 2/1600/1600確定。確定。最大風速最大風速 -隨機變量隨機變量年最大風速年最大風速p基本風速基本風速面積面積 p0=1-1/T0年平均最大風速年平均最大風速年最大風速概率密度分布年最大風速概率密度分布第三節第三節 結構抗風計算的幾個重要概念結構抗風計算的幾個重要概念 PL 截面截面風速風速 B PM PD 流經任意截面物體所產生

10、的力流經任意截面物體所產生的力 結構上的風力結構上的風力順風向力順風向力P PD D 、 橫風向力橫風向力 P PL L 、扭力矩、扭力矩 P PM M 結構的風效應結構的風效應 由風力產生的結構由風力產生的結構位移位移、速度速度、加速度加速度響應、響應、扭轉扭轉響應響應一、結構的風力和風效應一、結構的風力和風效應v二、順風向平均風與脈動風二、順風向平均風與脈動風 順風向風速時程曲線順風向風速時程曲線 平均風平均風 忽略其對結構的動力影響忽略其對結構的動力影響 等效為靜力作用等效為靜力作用（風的長周期風的長周期 結構的自振周期）結構的自振周期） 脈動風脈動風 引起結構動力響應引起結構動力響應（

11、風的短周期風的短周期接近接近結構自振周期）結構自振周期） 順風向的風效應：平均風效應、脈動風效應順風向的風效應：平均風效應、脈動風效應脈動風速脈動風速v vf f 短周期成分，周期一般只有幾秒鐘短周期成分，周期一般只有幾秒鐘 平平均均風風速速 v長長周周期期成成分分，周周期期一一般般在在 1 10 0m mi in n 以以上上 vf v(t) t一、順風向平均風效應一、順風向平均風效應1 1、風載體型系數（、風載體型系數（ s s） 氣流未被房屋干擾前的流速氣流未被房屋干擾前的流速v v0 0，壓力，壓力p p0 0 房屋表面某點的流速房屋表面某點的流速v v，壓力，壓力p p 伯努里方程：

12、伯努里方程： p p0 0+ + v v0 02 2/2= /2= p p+ + v v2 2/2/2 w w = = p p - - p p0 0 = = (1-(1-v v2 2/ /v v0 02 2) ) v v0 02 2/2/2 = = s sw w0 0 s s= = 1-1-v v2 2/ /v v0 02 2 風載體型系數風載體型系數，即風作用于建筑物上所引起的實際，即風作用于建筑物上所引起的實際壓力（或吸力）與來流風的速度壓的比值壓力（或吸力）與來流風的速度壓的比值, ,w /w /w w0 0= = s s。 主要與建筑物的體型和尺度有關主要與建筑物的體型和尺度有關，也與

13、周圍環境和地面粗糙度有關，也與周圍環境和地面粗糙度有關 描述建筑物表面描述建筑物表面在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律在穩定風壓作用下的靜態壓力的分布規律。 風載體型系數風載體型系數 s s一般采用一般采用相似原理相似原理，在邊界層風洞內對擬建的建筑在邊界層風洞內對擬建的建筑物模型進行試驗確定物模型進行試驗確定。規范規范GB50009-2001GB50009-2001表表.1給出了給出了3838項不同類型的建筑物和各項不同類型的建筑物和各類結構體型及其體型系數類結構體型及其體型系數 房屋和構筑物與表中的體型類同時，可房屋和構筑物與表中的體型類同時，可按表規定取用按表規定取用；

14、 房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可房屋和構筑物與表中的體型類不同時，可參考有關資料采用參考有關資料采用； 房屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，房屋和構筑物與表中的體型類不同且無參考資料可借鑒時，宜由宜由風洞試驗確定風洞試驗確定； 對重要且體型復雜的房屋和構筑物，對重要且體型復雜的房屋和構筑物，應由風洞試驗確定應由風洞試驗確定。 風洞試驗風洞試驗-在風洞中建筑物能實現大氣邊界層范圍內風的平均風在風洞中建筑物能實現大氣邊界層范圍內風的平均風剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風速隨高度的變化剖面、紊流和自然流動，即要求能模擬風速隨高度的變化 大氣大氣紊流縱向分量紊流縱向分量 -建

15、筑物長度尺寸具有相同的相似常數建筑物長度尺寸具有相同的相似常數 建筑物的風洞尺寸：寬建筑物的風洞尺寸：寬2 2 4m4m、高、高2 2 3m3m，長，長5 5 30m30m 模擬風剖面模擬風剖面-要求模型與原形的環境風速梯度、紊流強度和紊流要求模型與原形的環境風速梯度、紊流強度和紊流頻譜在幾何上和運動上都相似頻譜在幾何上和運動上都相似 風洞試驗：委托風工程專家和專門的實驗人員風洞試驗：委托風工程專家和專門的實驗人員 費用較高（國外應用較普遍、國內應用較少）費用較高（國外應用較普遍、國內應用較少） 風洞試驗模型分類風洞試驗模型分類（1 1）剛性壓力模型）剛性壓力模型-主要量測建筑物表面的風壓力（

16、吸力）主要量測建筑物表面的風壓力（吸力） 建筑模型材料：采用有機玻璃建筑模型材料：采用有機玻璃 建筑模型比例：約建筑模型比例：約1 1：300300 1 1：500500 建筑模型本身、周圍結構模型以及地形都應與實物幾何相似，建筑模型本身、周圍結構模型以及地形都應與實物幾何相似，與風流動有明顯關系的特征（建筑外形、突出部分等）都應正確與風流動有明顯關系的特征（建筑外形、突出部分等）都應正確模擬。模擬。 風洞試驗得到結構的平均壓力、波動壓力、體型系數風洞試驗得到結構的平均壓力、波動壓力、體型系數 。 風洞試驗一次需持續風洞試驗一次需持續60s60s左右，相應實際時間左右，相應實際時間1h1h（2

17、 2）氣動彈性模型）氣動彈性模型 對高寬比大于對高寬比大于5 5，需要考慮舒適度的高柔建筑時采用，需要考慮舒適度的高柔建筑時采用 精確地考慮結構的柔性和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺精確地考慮結構的柔性和自振頻率、阻尼的影響。要求模擬幾何尺寸、建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。寸、建筑物的慣性矩、剛度和阻尼特性。（3 3）剛性高頻力平衡模型）剛性高頻力平衡模型 模型尺寸較小，模型尺寸較小，1 1：500500量級量級 將一個輕質材料的模型固定在高頻反應的力平衡系統上，可得到風將一個輕質材料的模型固定在高頻反應的力平衡系統上，可得到風產生的動力效應。產生的動力效應。 模擬結構剛度或高頻力平衡

18、系統模擬結構剛度或高頻力平衡系統 模擬結構剛度的基座桿模擬結構剛度的基座桿 長約長約150mm150mm的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組的矩形鋼棒與一組很薄的鋼棒組合，可測傾覆力矩和扭矩等合，可測傾覆力矩和扭矩等 150300600 s-0.60+0.8風載體型系數風載體型系數 s s【例【例1 1】 封閉式雙坡屋面封閉式雙坡屋面【例【例2 2】封閉式房屋和構筑物】封閉式房屋和構筑物( (正多邊形正多邊形) )+0.8-0.5-0.5 s+0.8-0.5-0.7-0.7注：中間值按插入法計算注：中間值按插入法計算+0.8-0.5-0.7 -0.7？ 當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，

19、由于旋渦的相當建筑群，尤其是高層建筑群，房屋相互間距較近時，由于旋渦的相互干擾，房屋某些部位的局部風壓會顯著增大，設計時應予以考慮。互干擾，房屋某些部位的局部風壓會顯著增大，設計時應予以考慮。規范規范GB50009GB50009規定：將單獨建筑物的體型系數規定：將單獨建筑物的體型系數 s s 乘以相互干擾系乘以相互干擾系數數( (可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出可參考類似條件的試驗資料確定；必要時宜通過風洞試驗得出) )以以考慮風力相互干擾的群體效應考慮風力相互干擾的群體效應。 ？ 風力作用在高層建筑表面，其壓力分布很不均勻，在角隅、檐口、邊風力作用在高層建筑表面，其壓力

20、分布很不均勻，在角隅、檐口、邊棱處和在附屬結構的部位（陽臺、雨篷等外挑構件），局部風壓會超棱處和在附屬結構的部位（陽臺、雨篷等外挑構件），局部風壓會超過按表所得的平均風壓過按表所得的平均風壓規范規范GB50009GB50009規定：對負壓區可根據不同部位分別取體型系數為規定：對負壓區可根據不同部位分別取體型系數為- -1.0 1.0 -2.2-2.2？對封閉式建筑物，考慮到建筑物內實際存在的個別孔口和縫隙，以及對封閉式建筑物，考慮到建筑物內實際存在的個別孔口和縫隙，以及機械通風等因素，室內可能存在正負不同的氣壓。機械通風等因素，室內可能存在正負不同的氣壓。規范規范GB50009GB50009規

21、定：對封閉式建筑物的內表面壓力系數，按外表規定：對封閉式建筑物的內表面壓力系數，按外表面風壓的正負情況取面風壓的正負情況取-0.2-0.2或或0.20.22 2、風壓高度變化系數、風壓高度變化系數 z z 地面的粗糙度、溫度垂直梯度地面的粗糙度、溫度垂直梯度 在大氣邊界層內，在大氣邊界層內，風速隨離地面高度而增大風速隨離地面高度而增大當氣壓場隨高度不變時，風速隨高度增大的規律，當氣壓場隨高度不變時，風速隨高度增大的規律，主要取決于地面主要取決于地面粗糙度和溫度垂直梯度粗糙度和溫度垂直梯度 通常認為在離地面高度為通常認為在離地面高度為300m 300m 500m 500m時，風速不再受地面粗糙度

22、時，風速不再受地面粗糙度的影響，達到的影響，達到“梯度風速梯度風速”，該高度稱為，該高度稱為梯度風高度梯度風高度H HG G 地面粗糙度等級低的地區，其梯度高度比等級高的地區為低地面粗糙度等級低的地區，其梯度高度比等級高的地區為低。 GB50009-2001GB50009-2001地面的粗糙度類別地面的粗糙度類別 A A類類近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區 B B類類田野、鄉村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區田野、鄉村、叢林、丘陵、房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區 C C類類有密集建筑群的城市市區有密集建筑群的城市市區 D D類類有密集建筑群且房屋

23、較高的城市市區有密集建筑群且房屋較高的城市市區 地面粗糙度類別地面粗糙度類別 粗糙度指數粗糙度指數 梯度風高度梯度風高度HG 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 z A類類 0.12 300m 1.379(z/10)0.24 B類類 0.16 350m 1.000(z/10)0.32 C類類 0.22 400m 0.616(z/10)0.44 D類類 0.30 450m 0.318(z/10)0.60 風壓高度變化系數風壓高度變化系數 z z (z)= (z)=任意高度處的風壓任意高度處的風壓w wa a(z)/(z)/基本風壓基本風壓w w0 0 根據離地面或海平面高度、地面粗糙度類別由根據離

24、地面或海平面高度、地面粗糙度類別由GB500092001GB500092001表表.1確定。確定。 【思考題】【思考題】規范規范GB50009GB50009對遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高對遠海海面和海島的建筑物或構筑物，風壓高度變化系數度變化系數 z z如何確定？如何確定？風壓高度變化系數風壓高度變化系數 地面粗糙度類別地面粗糙度類別 離地面或海平離地面或海平面高度（面高度（m） A B C D 5 1.17 1.00 0.74 0.62 10 1.38 1.00 0.74 0.62 15 1.52 1.14 0.74 0.62 20 1.63 1.25 0.84 0

25、.62 30 1.80 1.42 1.00 0.62 40 1.92 1.56 1.13 0.73 50 2.03 1.67 1.25 0.84 60 2.12 1.77 1.35 0.93 70 2.20 1.86 1.45 1.02 80 2.27 1.95 1.54 1.11 90 2.34 2.02 1.62 1.19 100 2.40 2.09 1.70 1.27 150 2.64 2.38 2.03 1.61 200 2.83 2.61 2.30 1.92 250 2.99 2.80 2.54 2.19 300 3.12 2.97 2.75 2.68 350 3.12 3.12 2

26、.94 2.68 400 3.12 3.12 3.12 2.91 450 3.12 3.12 3.12 3.12 地面粗糙度近似確定原則（無實測粗糙度指數地面粗糙度近似確定原則（無實測粗糙度指數 ） 以擬建房以擬建房2km2km為半徑的迎風半圓范圍內的房屋高度和密集度來區分粗為半徑的迎風半圓范圍內的房屋高度和密集度來區分粗糙度類別糙度類別，風向原則上應以該地區最大風的風向為準，但也可取其主風向原則上應以該地區最大風的風向為準，但也可取其主導風；導風； 以半圓影響范圍內建筑物的平均高度以半圓影響范圍內建筑物的平均高度h h平均平均來劃分地面粗糙度類別來劃分地面粗糙度類別，當，當h h平均平均 1

27、8m18m，為，為D D類，類，9m9m h h平均平均 18m18m為為C C類，類， h h平均平均 9m 9m，為，為B B類。類。 影響范圍內不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延影響范圍內不同高度的面域可按下述原則確定，即每座建筑物向外延伸距離為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面域相交時，交伸距離為其高度的面域內均為該高度，當不同高度的面域相交時，交疊部分的高度取大者；疊部分的高度取大者； 平均高度平均高度h h平均平均取各面域面積為權數計算。取各面域面積為權數計算。3 3、平均風下結構的靜力風載、平均風下結構的靜力風載 w wz z= = s s z z(z) (

28、z) w w0 0 二、順風向脈動風效應二、順風向脈動風效應 脈動風脈動風隨機動力作用隨機動力作用按按隨機振動理論隨機振動理論進行分析進行分析- -自學自學 1 1、主要承重結構、主要承重結構 順風向總風效應順風向總風效應= = 順風向平均風效應順風向平均風效應+ + 順風向脈動風效應順風向脈動風效應 w w(z)=(z)=w w(z)+(z)+w wd d(z)=(z)=(1+(1+w wd d(z)/(z)/w w(z)(z)w w(z)=(z)= z z s s z z(z) (z) w w0 0 z z 高度高度z z處的風振系數處的風振系數，且，且 z z=1+=1+z z/ / P

29、59P59，式（，式（4-654-65） 脈動增大系數，與脈動增大系數，與w w0 0T T1 12 2、房屋結構類型；、房屋結構類型； 脈動影響系數，與地面粗糙度類型、脈動影響系數，與地面粗糙度類型、H/BH/B、房屋總高、房屋總高H H； z z振型系數，由結構動力計算確定（一般取第一振型）振型系數，由結構動力計算確定（一般取第一振型）。 GB50009GB50009規定規定： 基本自振周期基本自振周期T T1 10.25s0.25s的工程結構（房屋、屋蓋及各種高聳結構）的工程結構（房屋、屋蓋及各種高聳結構） 高度高度H H 30m 30m且高寬比且高寬比H H/ /B B 1.5 1.5

30、的高柔房屋的高柔房屋考慮風壓脈動對結構發生順風向風振的影響考慮風壓脈動對結構發生順風向風振的影響2 2、圍護結構、圍護結構 對于圍護結構，由于其剛度一般較大，在結構效應中可不必考慮其對于圍護結構，由于其剛度一般較大，在結構效應中可不必考慮其共振分量，可僅在平均風的基礎上，近似考慮脈動風瞬間的增大因共振分量，可僅在平均風的基礎上，近似考慮脈動風瞬間的增大因素，通過素，通過陣風系數陣風系數 gzgz 來計算風效應。來計算風效應。即即 w w(z)= (z)= gzgz s s z z(z) (z) w w0 0 gzgz陣風系數陣風系數，按下式確定，按下式確定 gzgz= =k k ( 1+2 (

31、 1+2 f f ) ) k k 地面粗糙度調整系數地面粗糙度調整系數, , k k =0.92 =0.92（ A A類）類）; ; k k =0.89 =0.89（ B B類）類）; ; k k =0.85 =0.85（ C C類）類）; ; k=k=0.800.80（ D D類）；類）； f f 脈動系數，脈動系數，根據國內實測數據，并參考國外規范資料取根據國內實測數據，并參考國外規范資料取 f f=0.5=0.5 35 35 1.8(1.8( -0.16)-0.16)(z/10)(z/10)- - 地面粗糙度，地面粗糙度， =0.12 =0.12 （ A A類）；類）； =0.16 =0

32、.16 （ B B類）；類）； =0.22 =0.22 （ C C類）；類）； = =0.30 0.30 （ D D類）。類）。注意：注意： 對低矮房屋圍護結構風荷載對低矮房屋圍護結構風荷載規范規范暫時未作具體規定，但容許設計者參暫時未作具體規定，但容許設計者參照國外對低矮房屋的邊界層風洞試驗資料或有關規范的規定進行設計。照國外對低矮房屋的邊界層風洞試驗資料或有關規范的規定進行設計。第五節第五節 橫風向結構風效應橫風向結構風效應 一、橫風向風振一、橫風向風振（對細柔性結構應考慮）（對細柔性結構應考慮） 橫風向風振橫風向風振由不穩定的空氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落、弛振、顫振、由不穩定的空

33、氣動力特性形成的，其中包括旋渦脫落、弛振、顫振、擾振等空氣動力現象。擾振等空氣動力現象。 與與結構截面形狀結構截面形狀和和雷諾數雷諾數R Re e有關有關 vBlvlvFlvFvRe690002粘性力慣性力雷諾數sm251045. 1,-空氣動力粘性系數粘性力粘性力= =粘性應力粘性應力 面積面積F F = =（粘性系數（粘性系數 速度梯度速度梯度dvdv/dy/dy）面積面積F F慣性力慣性力= =單位面積上的壓力單位面積上的壓力 v v2 2/2 /2 面積面積F F 橫向風振的產生橫向風振的產生( (圓截面柱體結構圓截面柱體結構) )沿上風面沿上風面ABAB速度逐漸增大（速度逐漸增大（v

34、 v ），），B B點壓力達到最小值點壓力達到最小值; ;沿下風面沿下風面BCBC速度逐漸降低（速度逐漸降低（ v v ），壓力重新增大。），壓力重新增大。氣流在氣流在BCBC中間某點中間某點S S處速度停滯（處速度停滯（ v v =0 =0），生成），生成旋渦旋渦，并在外流，并在外流的影響下以一定周期脫落（的影響下以一定周期脫落（脫落頻率脫落頻率f fs s）-Karman Karman 渦街渦街當氣流旋渦當氣流旋渦脫落頻率脫落頻率f fs s與結構與結構橫向自振頻率橫向自振頻率接近時，結構發生接近時，結構發生共振，即發生共振，即發生橫向風振橫向風振 。雷諾數雷諾數 Re= 圓筒式結構三個臨

35、界范圍圓筒式結構三個臨界范圍跨臨界范圍跨臨界范圍： R Re e 3.5 3.5 10 106 6 強風共振強風共振超臨界范圍超臨界范圍： 3.03.0 10105 5 R Re e 3.5 3.5 10 106 6 呈隨機性呈隨機性亞臨界范圍亞臨界范圍： 3.03.0 10102 2 R Re e 3.0 3.0 10 105 5 微風共振微風共振3.5 106跨臨界跨臨界3.0 105超臨界超臨界3.0 102亞臨界亞臨界二、結構橫向風力和風效應二、結構橫向風力和風效應1 1、結構橫向風力、結構橫向風力 PL= L( v2/2)B L L - -橫風向風力系數，與橫風向風力系數，與雷諾數雷

36、諾數R Re e有關有關 跨臨界范圍、亞臨界范圍的結構橫風向作用具有周期性，結構橫跨臨界范圍、亞臨界范圍的結構橫風向作用具有周期性，結構橫向風作用力向風作用力 P PL L(z,t)= (z,t)= ( v v2 2(z)/2)B(z) (z)/2)B(z) L Lsinsin s st t 風旋渦脫落圓頻率風旋渦脫落圓頻率 s s=2=2 f fs s= 2= 2 S St t v v(z)/B(z) (z)/B(z) P62 (4-68)P62 (4-68) St- St-斯脫羅哈數，對圓形截面結構取斯脫羅哈數，對圓形截面結構取0.20.2 結構橫風向共振現象結構橫風向共振現象 橫風向風作

37、用力頻率（橫風向風作用力頻率（ f fs s ）與結構橫向自振基本頻率（）與結構橫向自振基本頻率（ f f1 1）接）接近時，結構橫向產生共振反應近時，結構橫向產生共振反應 鎖住（鎖住（look-inlook-in）區域）區域 風旋渦脫落頻率風旋渦脫落頻率f fs s保持常數（保持常數（= =結構橫向自振頻率結構橫向自振頻率f f1 1）的風速區域）的風速區域 跨臨界范圍（確定性振動）跨臨界范圍（確定性振動） 鎖住區域鎖住區域: P: PL L(z)sin(z)sin 1 1t t 其它區域：其它區域： P PL L(z)sin(z)sin s s(z)t(z)t 亞臨界范圍（確定性振動）亞臨界范圍（確定性振動） P PL L(z)sin(z)sin s s(z)t(z)t 超臨界范圍（隨機振動）超臨界范圍（隨機振動） P PL L(z)(z)f f (t)(t) PL(z)sin s(z)t 跨臨界范圍跨臨界范圍 PL(z)sin st z （確定性振動）（確定性振動） s = 1 鎖住區域鎖住區域 y PL(z)sin s(z)t x 超臨界范圍超臨界范圍 v （隨機振動）（隨機振動） PL f(t) 亞臨界范圍亞臨界范圍 （確定性振動）（確定性振動）PL(z)sin s(z)t結