8 风荷载

8 风荷载

8.1 风荷载标准值及基本风压

8.1.1 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下列规定确定：

  1. 计算主要受力结构时，应按下式计算：

$$w_{k}=β_{z}μ_{s}μ_{z}w_{0}\tag{8.1.1-1}$$

式中 wk —— 风荷载标准值（kN/㎡）；
βz —— 高度z处的风振系数；
μs —— 风荷载体型系数；
μz —— 风压高度变化系数；
w0 —— 基本风压（kN/㎡）。

  1. 计算围护结构时，应按下式计算：

$$w_{k}=β_{gz}μ_{sl}μ_{z}w_{0}\tag{8.1.1-2}$$

式中 βgz —— 高度z处的阵风系数；
μsl —— 风荷载局部体型系数。

8.1.2 基本风压应采用按本规范规定的方法确定的50年重现期的风压，但不得小于0.3kN/㎡。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压的取值应适当提高，并应符合有关结构设计规范的规定。

8.1.3 全国各城市的基本风压值应按本规范附录E中表E.5重现期R为50年的值采用。当城市或建设地点的基本风压值在本规范表E.5没有给出时，基本风压值应按本规范附录E规定的方法，根据基本风压的定义和当地年最大风速资料，通过统计分析确定，分析时应考虑样本数量的影响。当地没有风速资料时，可根据附近地区规定的基本风压或长期资料，通过气象和地形条件的对比分析确定；也可比照本规范附录E中附图E.6.3全国基本风压分布图近似确定。

8.1.4 风荷载的组合值系数、频遇值系数和准永久值系数可分别取0.6、0.4和0.0。

8.1.5 0.5、0.2和0的规定采用。

8.2 风压高度变化系数

8.2.1 对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。地面粗糙度可分为A、B、C、D四类：A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；C类指有密集建筑群的城市市区；D类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

表8.2.1 风压高度变化系数μ
离地面或海平面高度(m) 地面粗糙度类别
A B C D
5 1.09 1.00 0.65 0.51
10 1.28 1.00 0.65 0.51
15 1.42 1.13 0.65 0.51
20 1.52 1.23 0.74 0.51
30 1.67 1.39 0.88 0.51
40 1.79 1.52 1.00 0.60
50 1.89 1.62 1.10 0.69
60 1.97 1.71 1.20 0.77
70 2.05 1.79 1.28 0.84
80 2.12 1.87 1.36 0.91
90 2.18 1.93 1.43 0.98
100 2.23 2.00 1.50 1.04
150 2.46 2.25 1.79 1.33
200 2.64 2.46 2.03 1.58
250 2.78 2.63 2.24 1.81
300 2.91 2.77 2.43 2.02
350 2.91 2.91 2.60 2.22
400 2.91 2.91 2.76 2.40
450 2.91 2.91 2.91 2.58
500 2.91 2.91 2.91 2.74
≥550 2.91 2.91 2.91 2.91

8.2.2 对于山区的建筑物，风压高度变化系数除可按平坦地面的粗糙度类别由本规范表8.2.1确定外，还应考虑地形条件的修正，修正系数η应按下列规定采用：

  1. 对于山峰和山坡，修正系数应按下列规定采用：

    2. 1）顶部B处的修正系数可按下式计算：

$$η_{B}=[1+k\tanα(1-\frac{z}{2.5H })]^{2}\tag{8.2.2}$$

式中 tanα —— 山峰或山坡在迎风面一侧的坡度；当tanα大于0.3时，取0.3；
k —— 系数，对山峰取2.2，对山坡取1.4；
H —— 山顶或山坡全高（m）；
z —— 建筑物计算位置离建筑物地面的高度（m）；当z>2.5H时，取z=2.5H。

2）其他部位的修正系数，可按图8.2.2所示，取A、C处的修正系数ηA、ηC为1，AB间和BC间的修正系数按η的线性插值确定。

Picture

图8.2.2 山峰和山坡的示意

  1. 对于山间盆地、谷地等闭塞地形，η可在0.75~0.85选取。
  2. 对于与风向一致的谷口、山口，η可在1.20~1.50选取。

8.2.3 对于远海海面和海岛的建筑物或构筑物，风压高度变化系数除可按A类粗糙度类别由本规范表8.2.1确定外，还应考虑表8.2.3中给出的修正系数。

表8.2.3 远海海面和海岛的修正系数η
距海岸距离（km） η
<40 1.0
40~60 1.0~1.1
60~100 1.1~1.2

8.3 风荷载体型系数

8.3.1 房屋和构筑物的风荷载体型系数，可按下列规定采用：

  1. 房屋和构筑物与表8.3.1中的体型类同时，可按表8.3.1的规定采用；
  2. 房屋和构筑物与表8.3.1中的体型不同时，可按有关资料采用；当无资料时，宜由风洞试验确定；
  3. 对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。
表8.3.1 风荷载体型系数
项次 类别 体型及体型系数μs 备注
1 封闭式落地双坡屋面 Picture 中间值按线性插值法计算
2 封闭式双坡屋面 Picture 1 中间值按线性插值法计算；
2 μs的绝对值不小于 0.1
3 封闭式落地拱形屋面 Picture 中间值按线性插值法计算
4 封闭式拱形屋面 Picture 1 中间值按线性插值法计算；
2 μs的绝对值不小于 0.1
5 封闭式单坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
6 封闭式高低双坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
7 封闭式带天窗双坡屋面 Picture 带天窗的拱形屋面可按照本图采用
8 封闭式双跨双坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
9 封闭式不等高不等跨的双跨双坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
10 封闭式不等高不等跨的三跨双坡屋面 Picture 1 迎风坡面的μs按第2项采用；
2 中跨上部迎风墙面的μsl按下式采用：
μsl=0.6(1-2
h1/h)
当h1=h，取μsl=-0.6
11 封闭式带天窗带坡的双坡屋面 Picture -
12 封闭式带天窗带双坡的双坡屋面 Picture -
13 封闭式不等高不等跨且中跨带天窗的三跨双坡屋面 Picture 1 迎风坡面的μs按第2项采用；
2 中跨上部迎风墙面的μsl按下式采用：
μsl=0.6(1-2
h1/h)
当h1=h，取μsl=-0.6
14 封闭式带天窗的双跨双坡 Picture 迎风面第2跨的天窗面的μs下列规定采用：
1 当a≤4h时，取μs＝0.2;
2 当a>4h时，取μs＝0.6
15 封闭式带女儿墙的双坡屋面 Picture 当屋面坡度不大于15°时，屋面上的体型系数可按无女儿墙的屋面采用
16 封闭式带雨篷的双坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
17 封闭式对立两个带雨篷的双坡屋面 Picture 1 本图适用于s为8m～20m范围内；
2 迎风坡面的μs按第2项采用
18 封闭式带下沉天窗的双坡屋面或拱形屋面 Picture -
19 封闭式带下沉天窗的双跨双坡或拱形屋面 Picture -
20 封闭式带天窗挡风板的坡屋面 Picture -
21 封闭式带天窗挡风板的双跨坡屋面 Picture -
22 封闭式锯齿形屋面 Picture 1 迎风坡面的μs按第2项采用；
2 齿面增多或减少时，可均匀地在（1）、（2）、（3）三个区段内调节
23 封闭式复杂多跨屋面 Picture 天窗面的μs按下列规定采用：
1 当a≤4h时，取μs＝0.2;
2 当a>4h时，取μs＝0.6
24 靠山封闭式双坡屋面 Picture -
25 靠山封闭式带天窗的双坡屋面 Picture -
26 单面开敞式双坡屋面 Picture 迎风坡面的μs按第2项采用
27 双面开敞及四面开敞式双坡屋面 Picture 1 中间值按线性插值法计算；
2 本图屋面对风作用敏感，风压时正时负，设计时应考虑μs值变号的情况；
3 纵向风荷载对屋面所引起的总水平力，当a≥30°时，为0.05Awh；当a< 30° 时，为0.10Awh；其中，A为屋面的水平投影面积，wh为屋面高度h处的风压；
4 当室内堆放物品或房屋处于山坡时，屋面吸力应增大，可按第26项（a）采用
28 前后纵墙半开敞双坡屋面 Picture 1 迎风坡面的μs按第2项采用；
2 本图适用于墙的上部集中开敞面积≥10％且< 50％的房屋；
3 当开敞面积达50％时，背风墙面的系数改为-1.1
29 单坡及双坡顶盖 Picture 1 中间值按线性插值法计算；
2 （b）项体型系数按第27项采用；
3 （b）、（c）应考虑第27项注2和注3
30 封闭式房屋和构筑物 Picture -
31 高度超过45m的矩形截面高层建筑 Picture -
32 各种截面的杆件 Picture -
33 桁架 Picture -
34 独立墙壁及围墙 Picture -
35 塔架 Picture 中间值按线性插值法计算
36 旋转壳顶 Picture -
37 圆截面构筑物（包括烟囱、塔桅等） Picture 1（a）项局部计算用表中的值适用于μzw0d²大于0.015的表面光滑情况，其中w0以kN/㎡计，d以m计。
2（b）项整体计算用表中的中间值按线性插值法计算；Δ为表面凸出高度
38 架空管道 Picture 1 本图适用于μzw0d²≥0.015的情况；
2 （b）项前后双管的μs值为前后两管之和，其中前管为0.6；
3 （c）项密排多管的μs值为各管之总和
39 拉索 Picture -

8.3.2 当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互间距较近时，宜考虑风力相互干扰的群体效应；一般可将单独建筑物的体型系数μs，乘以相互干扰系数。相互干扰系数可按下列规定确定：

  1. 对矩形平面高层建筑，当单个施扰建筑与受扰建筑高度相近时，根据施扰建筑的位置，对顺风向风荷载可在1.00～1.10范围内选取，对横风向风荷载可在1.00～1.20范围内选取；
  2. 其他情况可比照类似条件的风洞试验资料确定，必要时宜通过风洞试验确定。

8.3.3 计算围护构件及其连接的风荷载时，可按下列规定采用局部体型系数μsl：

  1. 封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面可按表8.3.3的规定采用；
  2. 檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突出构件，取-2.0;
  3. 其他房屋和构筑物可按本规范第8.3.1条规定体型系数的1.25倍取值。
表8.3.3 封闭式矩形平面房屋的局部体型系数
项次 类别 体型及局部体型系数 备注
1 封闭式矩形平面房屋的墙面 Picture E应取2H和迎风宽度B中较小者
2 封闭式矩形平面房屋的双坡屋面 Picture 1 E应取2H和迎风宽度B中较小者；
2 中间值可按线性插值法计算(应对相同符号项插值)；
3 同时给出两个值的区域应分别考虑正负风压的作用；
4 风沿纵轴吹来时，靠近山墙的屋面可参照表中α≤5时的Ra和Rb取值
3 封闭式矩形平面房屋的单坡屋面 Picture 1 E应取2H和迎风宽度B中的较小者；
2 中间值可按线性插值法计算；
3 迎风坡面可参考第2项取值

8.3.4 计算非直接承受风荷载的围护构件风荷载时，局部体型系数μs可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：

  1. 当从属面积不大于1㎡时，折减系数取1.0；
  2. 当从属面积大于或等于25㎡时，对墙面折减系数取0.8，对局部体型系数绝对值大于1.0的屋面区域折减系数取0.6，对其他屋面区域折减系数取1.0；
  3. 当从属面积大于1㎡小于25㎡时，墙面和绝对值大于1.0的屋面局部体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：

$$μ_{sl}(A)=μ_{sl}(1)+[μ_{sl}(25)-μ_{sl}(1)]logA/1.4\tag{8.3.4}$$

8.3.5 计算围护构件风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：

  1. 封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取—0.2或0.2；
  2. 仅一面墙有主导洞口的建筑物，按下列规定采用：

    3. 1）当开洞率大于0.02且小于或等于0.10时，取0.4μsl；

    2）当开洞率大于0.10且小于或等于0.30时，取0.6μsl；

    3）当开洞率大于0.30时，取0.8μsl。

  3. 其他情况，应按开放式建筑物的μsl取值。
注： 1 主导洞口的开洞率是指单个主导洞口面积与该墙面全部面积之比；
2 从应取主导洞口对应位置的值。

8.3.6 建筑结构的风洞试验，其试验设备、试验方法和数据处理应符合相关规范的规定。

8.4 顺风向风振和风振系数

8.4.1 对于高度大于30m且高宽比大于1.5的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25s的各种高耸结构，应考虑风压脉动对结构产生顺风向风振的影响。顺风向风振响应计算应按结构随机振动理论进行。对于符合本规范第8.4.3条规定的结构，可采用风振系数法计算其顺风向风荷载。

注： 1 结构的自振周期应按结构动力学计算；近似的基本自振周期T1可按附录F计算；
2 高层建筑顺风向风振加速度可按本规范附录J计算。

8.4.2 对于风敏感的或跨度大于36m的柔性屋盖结构，应考虑风压脉动对结构产生风振的影响。屋盖结构的风振响应，宜依据风洞试验结果按随机振动理论计算确定。

8.4.3 对于一般竖向悬臂型结构，例如高层建筑和构架、塔架、烟囱等高耸结构，均可仅考虑结构第一振型的影响，结构的顺风向风荷载可按公式（8.1.1—1）计算。z高度处的风振系数βz可按下式计算：

$$β_{z}=1+2g I_{10}B_{z}\sqrt{1+R^{2}} \tag{8.4.3}$$

式中 g —— 峰值因子，可取2.5；
I10 —— 10m高度名义湍流强度，对应A、B、C和D类地面粗糙度，可分别取0.12、0.14、0.23和0.39；
R —— 脉动风荷载的共振分量因子；
Bz —— 脉动风荷载的背景分量因子。

8.4.4 脉动风荷载的共振分量因子可按下列公式计算：

$$R=\sqrt{\frac{π}{6ξ_{1}} \frac{x_{1}^{2} }{(1+x_{1}^{2})^{\frac{4}{3}}}}\tag{8.4.4-1}$$

$$x_{1} =\frac{30f_{1} }{\sqrt{k_{W}w_{0} } } ,x_{1}> 5\tag{8.4.4-2}$$

式中 f1 —— 结构第1阶自振频率（Hz）；
kW —— 地面粗糙度修正系数，对A类、B类、C类和D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、0.54和0.26；
ξ1 —— 结构阻尼比，对钢结构可取0.01，对有填充墙的钢结构房屋可取0.02，对钢筋混凝土及砌体结构可取0.05，对其他结构可根据工程经验确定。

8.4.5 脉动风荷载的背景分量因子可按下列规定确定：

  1. 对体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸结构，可按下式计算：

$$B_{z} =kH^{a_{1}}ρ_{x}ρ_{z}\frac{φ_{1}(z) }{{μ_{z} }}\tag{8.4.5}$$

式中 φ1(z) —— 结构第1阶振型系数；
H —— 结构总高度（m），对A、B、C和D类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m；
ρx —— 脉动风荷载水平方向相关系数；
ρz —— 脉动风荷载竖直方向相关系数；
k、a1 —— 系数，按表8.4.5-1取值。

表8.4.5-1 系数k和a1
粗糙度类别 A B C D
高层建筑 k 0.944 0.670 0.295 0.112
a1 0.155 0.187 0.261 0.346
高耸结构 k 1.276 0.910 0.404 0.155
a1 0.186 0.218 0.292 0.376

  1. 对迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或接近直线变化，而质量沿高度按连续规律变化的高耸结构，式（8.4.5）计算的背景分量因子Bz应乘以修正系数θB和θV。θB为构筑物在z高度处的迎风面宽度B（z）与底部宽度B（0）的比值；θV可按表8.4.5-2确定。

表8.4.5-2 修正系数θV
B(H)/B(0) 1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 ≤0.1
θV 1.00 1.10 1.20 1.32 1.50 1.75 2.08 2.53 3.30 5.60

8.4.6 脉动风荷载的空间相关系数可按下列规定确定：

  1. 竖直方向的相关系数可按下式计算：

$$ρ_{z} =\frac{10\sqrt{H+60e^{\frac{-H}{60} } -60} }{H} \tag{8.4.6-1}$$

式中 H —— 结构总高度（m）；对A、B、C和D类地面粗糙度，H的取值分别不应大于300m、350m、450m和550m。

  1. 水平方向相关系数可按下式计算：

$$ρ_{x} =\frac{10\sqrt{B+50e^{\frac{-B}{50} } -50} }{B} \tag{8.4.6-2}$$

式中 B —— 结构迎风面宽度（m），B≤2H。

  1. 对迎风面宽度较小的高耸结构，水平方向相关系数可取ρx=1。

8.4.7 振型系数应根据结构动力计算确定。对外形、质量、刚度沿高度按连续规律变化的竖向悬臂型高耸结构及沿高度比较均匀的高层建筑，振型系数φ1（z）也可根据相对高度z/H按本规范附录G确定。

8.5 横风向和扭转风振

8.5.1 对于横风向风振作用效应明显的高层建筑以及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。

8.5.2 横风向风振的等效风荷载可按下列规定采用：

  1. 对于平面或立面体型较复杂的高层建筑和高耸结构，横风向风振的等效风荷载wLk宜通过风洞试验确定，也可比照有关资料确定；
  2. 对于圆形截面高层建筑及构筑物，其由跨临界强风共振（旋涡脱落）引起的横风向风振等效风荷载wLk可按本规范附录H.1确定；
  3. 对于矩形截面及凹角或削角矩形截面的高层建筑，其横风向风振等效风荷载wLk可按本规范附录H.2确定。
注： 高层建筑横风向风振加速度可按本规范附录J计算。

8.5.3 对圆形截面的结构，应按下列规定对不同雷诺数Re的情况进行横风向风振（旋涡脱落）的校核：

  1. 当Re < 3x105且结构顶部风速vH大于vcr时，可发生亚临界的微风共振。此时，可在构造上采取防振措施，或控制结构的临界风速vcr不小于15m/s。
  2. 当Re≥3.5x106且结构顶部风速vH的1.2倍大于vcr时，可发生跨临界的强风共振，此时应考虑横风向风振的等效风荷载。
  3. 当雷诺数为3x105≤Re < 3.5x106时，则发生超临界范围的风振，可不作处理。
  4. 雷诺数Re可按下列公式确定：

$$R_{e} =69000vD\tag{8.5.3-1}$$

式中 v —— 计算所用风速，可取临界风速值vcr；
式中 D —— 结构截面的直径（m），当结构的截面沿高度缩小时（倾斜度不大于0.02），可近似取2/3结构高度处的直径。

  1. 临界风速vcr和结构顶部风速vH可按下列公式确定：

$$v_{cr} =\frac{D}{T_{i}S_{t}} \tag{8.5.3-2}$$ $$v_{H} =\sqrt{\frac{2000 μ_{H}w_{0} }{ρ}} \tag{8.5.3-3}$$

式中 Ti —— 结构第i振型的自振周期，验算亚临界微风共振时取基本自振周期T1；
St —— 斯脱罗哈数，对圆截面结构取0.2；
μH —— 结构顶部风压高度变化系数；
w0 —— 基本风压（kN/㎡）；
ρ —— 空气密度（kg/m3）。

8.5.4 对于扭转风振作用效应明显的高层建筑及高耸结构，宜考虑扭转风振的影响。

8.5.5 扭转风振等效风荷载可按下列规定采用：

  1. 对于体型较复杂以及质量或刚度有显著偏心的高层建筑，扭转风振等效风荷载wTk宜通过风洞试验确定，也可比照有关资料确定；
  2. 对于质量和刚度较对称的矩形截面高层建筑，其扭转风振等效风荷载wTk可按本规范附录H.3确定。

8.5.6 顺风向风荷载、横风向风振及扭转风振等效风荷载宜按表8.5.6考虑风荷载组合工况。表8.5.6中的单位高度风力FDk、FLk及扭矩TTk标准值应按下列公式计算：

$$F_{Dk} =(w_{k1}-w_{k2})B \tag{8.5.6-1}$$ $$F_{Lk} =w_{Lk}B \tag{8.5.6-2}$$ $$T_{Tk} =w_{Tk}B^{2} \tag{8.5.6-3}$$

式中 FDk —— 顺风向单位高度风力标准值（kN/m）；
FLk —— 横风向单位高度风力标准值（kN/m）；
TTk —— 单位高度风致扭矩标准值（kN·m/m）；
wk1、wk2 —— 迎风面、背风面风荷载标准值（kN/㎡）；
wLk、wTk —— 横风向风振和扭转风振等效风荷载标准值（kN/㎡）;
B —— 迎风面宽度（m）。

表8.5.6 风荷载组合工况
工况 顺风向风荷载 横风向风振等效风荷载 扭转风振等效风荷载
1 FDk - -
2 0.6FDk FLk -
3 - - TTk

8.6 阵风系数

8.6.1 计算围护结构（包括门窗）风荷载时的阵风系数应按表8.6.1确定。

表8.6.1 阵风系数β
离地面高度(m) 地面粗糙度类别
A B C D
5 1.65 1.70 2.05 2.40
10 1.60 1.70 2.05 2.40
15 1.57 1.66 2.05 2.40
20 1.55 1.63 1.99 2.40
30 1.53 1.59 1.90 2.40
40 1.51 1.57 1.85 2.29
50 1.49 1.55 1.81 2.20
60 1.48 1.54 1.78 2.14
70 1.48 1.52 1.75 2.09
80 1.47 1.51 1.73 2.04
90 1.46 1.50 1.71 2.01
100 1.46 1.50 1.69 1.98
150 1.43 1.47 1.63 1.87
200 1.42 1.45 1.59 1.79
250 1.41 1.43 1.57 1.74
300 1.40 1.42 1.54 1.70
350 1.40 1.41 1.53 1.67
400 1.40 1.41 1.51 1.64
450 1.40 1.41 1.50 1.62
500 1.40 1.41 1.50 1.60
550 1.40 1.41 1.50 2.59

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