2014/12/3
第8讲 顺风向风荷载标准值
本讲要点
1、顺风向风荷载标准值 2、风荷载体型系数 3、风振系数 4、阵风系数 5、算例
为了您的美好前途，请认真听讲，谢谢！
1
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
1. 顺风向风荷载标准值wk
(1)计算主要受力构件
= wk为风荷载标准值(kN/m2)；βz为高度z处的风振系数；μs为风荷 载体型系数；μz为风压高度变化系数；w0为基本风压(kN/m2)
(2)计算围护结构
=
βgz为高度z处的阵风系数；μsl为风荷载局部体型系数
围护结构 (envelop enclosure) 是指围合建筑空间四周的墙体、 门、窗等
土木工程系
黄林
第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
风 风
正压区 正 压 区 土木工程系 负 压 区 黄林 负压区 正压区
宽/高 =2的 矩形 断面 静压 分布 图
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
风载体型系数：风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起 的平均压力(或吸力)与来流风的速度压的比值。 正负号定义：压力为正，吸力为负
(1). 单体风荷载体型系数
μs
+0.8
α
-0.5
μs
-0.5 +0.8
α ≤15° 30° ≥60° 0 +0.8 μs -0.6
-0.7
α
-0.5 -0.4
-0.4 -0.5
+0.8
-0.5
土木工程系-0.7 黄林
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(1). 单体风荷载体型系数
主梁横向静风荷载FH
= CH为主梁(主梁)的阻力系数 “工”形、“ II ”形或箱形 截面主梁
= . − . ≤ ≤
桥墩横向静风荷载FH
= An为桥墩的顺风向投影面积 横截面 t 桥墩高宽比 1 4 10 20 40 ≤1/4 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 t/b B 2/3 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2 0.8 1.0 1.2 1.3 1.4
. ≤
B为主梁截面全宽；H为主梁投影高度
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(2). 群体风荷载体型系数
群体建筑存在风力相互干扰，某些局部风压会显著增大 群体风荷载体型系数=单体风荷载体型系数×相互干扰系数 矩形平面高层建筑的相互干扰系数取 1.0~1.1；其它情况需风 洞试验确定
38 .7 95
23.245
15 .4 70
31
2 .0
46.5 60
44 54.3
0
38.795
46.5 60
95 38.7
7.6 95
-0.
08
7.69 5
-23.405
0 -31.18
-31
-23.405
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(3).风荷载局部体型系数μsl
对檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突构件，取-2.0; 对封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面，查规范； 对其他房屋和构筑物，取相应单体风荷载体型系数的1.25倍
3. 风振系数βz
(1). 刚性结构
结构基本自振周期T1≤0.25s的结构、高度小
于30m或高宽比小 于1.5的房屋，不用考虑风振影响。 βz=1.0
土木工程系
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-15 .63 0
-23. 405
-7.85
5
.18 0
7.6 95
-0 .0 8
470 15. 245 23. 31.020
桥梁结构的 相互干扰效 应通常由风 洞试验确定
46.560
15.4 70
7. 69 5
-0.08
-7.855
0 63 5. -1
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(2). 柔性屋盖
风敏感的或跨度大于36m的柔性屋盖结构，宜按随机振动理论 计算
(3). 柔性结构
对高度大于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： (a) 除(b)外按结构随机振动理论计算； (b)一般竖向悬臂型结构，如高层建筑和构件、塔架、烟囱等高 耸结构，仅考虑结构第一振型的影响。
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
一般竖向悬臂型结构的风振系数计算： =
g : 峰值因子(可取2.5) I10: 10m高度名义湍流强度，对应A、B、C、D类地面粗糙度，可 分别取0.12、0.14、0.23、0.39 Bz: 脉动风荷载的背景分量因子 R: 脉动风荷载的共振分量因子
+
+
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的共振分量因子R按下式计算 = +
⁄
=
,
>
f1 : 结构第1阶自振频率(Hz)
w0 : 基本风压(kN/m2)
kw: 地面粗糙度修正系数，对A、B、C、D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、 0.54、0.26 ζ1: 结构阻尼比，对钢结构取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
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的背景分量因子Bz的确定： (a) 体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸结构 ( ) =
φ1(z): 结构第1阶振型系数, 查规范(附录G)
H: 结构总高度(m) = +
⁄
−
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，查规范
与地表类型有关，含高层建筑和高耸结构
B为结构迎风面宽度(m), B≤2H 迎风面宽度较小 ρx=1.0 = +
⁄
−
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的背景分量因子Bz的确定： (b) 迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或近似直线变化，而 质量沿高度按连续规律变化的高耸结构 ( ) =
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为修正系数
B(H)/B(0) 1 0.9 0.8 1.20 0.7 1.32 0.6 1.50 0.5 0.4 0.3 0.2 ≤0.1 5.60
θv
1.00 1.10
1.75 2.08 2.53 3.30
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
4.
阵风系数βgz
= g : 峰值因子(可取2.5) I10: 10m高度名义湍流强度，对应A、B、C、D类地面粗糙度，可 分别取0.12、0.14、0.23、0.39 计算围护结构(包括门窗)风荷载时按下表确定振风系数 离地面高度 (m) 5 10 15 20 地面粗糙度类别 A 1.65 1.60 1.57 1.55 B 1.70 1.70 1.66 1.63 C 2.05 2.05 2.05 1.99 D 2.40 2.40 2.40 2.40 +
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
=
已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑, 平面沿高度保持不变, 质量和刚度沿 竖向均匀分布。H=100m, B=33m, 地面粗糙度为A类, 基本风压w0=0.44kN/ m2。结构的基本自振周期T1=2.5s。求风产生的建筑底部弯矩标准值。 解：(1)为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m高， 取其中点位置的风荷载作为该区段的平均风荷载。 (2)体型系数μs +0.8 高度超过45m的矩形截面高层建筑的体型系数μs D/B ≤1 -0.6 1.2 -0.5 -0.7 规范 表8.3.1第31项 = . = . + . 2 -0.4 ≥4 -0.3 +0.8
μs1 μs2
本高层建筑的体型系数μs
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(3). 本建筑风压高度变化系数μz 按A类地表查风压高度变化系数 离地面高度(m) A类地表粗糙度 (4). 风振系数βz 本建筑高度H=100m>30m且H/B=100/33>1.5，基本自振周期T1=2.5s>0.25s 为一般竖向悬臂型结构，可仅考虑结构第一振型的影响。 = + + 脉动风荷载的共振分量因子R按下式计算 = = +
⁄
10 1.28
30 1.67
50 1.89
70 2.05
90 2.18
,
>
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz = = .5
⁄
A类地表kw=1.28 .2 × .4 = × . = . > . + . = .
⁄
共振分量因子R
= = .
+
×
脉动风荷载水平方向相关系数ρx = +
⁄
钢筋砼结构 +
⁄
−
=
−
= .
脉动风荷载竖直方向相关系数ρz = +
⁄
−
=
+
⁄
−
= .
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz 对A类地表，高层建筑，查规范(表8.4.5-1) 背景分量因子Bz = = . ( ) = . ×
.
k=0.944 × .
a1=0.155 ×
× .
规范 表G.0.3 10 1.28 0.02 0.019 30 1.67 0.17 0.127 50 1.89 0.38 0.250 70 2.05 0.67 0.406 90 2.18 0.86 0.490
按迎风面宽度较大的高层建筑查结构第1阶振型系数φ1(z) 离地面高度(m) 风压高度变化系数μz 结构第1阶振型系数φ1(z) 背景分量因子Bz
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz g : 峰值因子(可取2.5) 离地面高度(m) 背景分量因子Bz 风振系数βz (5). 顺风向风荷载标准值wk = . 风振系数βz 风压高度变化系数μz 顺风向风荷载标准值wk(kN/m2) = . / 10 1.019 1.28 0.631 30 1
.124 1.67 0.909 50 1.244 1.89 1.138 70 1.396 2.05 1.385 90 1.478 2.18 1.559 离地面高度(m) = + 10 0.019 1.019 30 0.127 1.124 + 50 0.250 1.244 = . 70 0.406 1.396 90 0.490 1.478 I10: 10m高度名义湍流强度，A类地面粗糙度取0.12
=
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(5). 顺风向风荷载标准值wk 离地面高度(m) 顺风向风荷载标准值wk(kN/m2) =( . × + . × . × )× × = . × × = . ∙ = . × ∙ 10 0.631 + . 30 0.909 × 50 1.138 + .
1.559 1.385 1.138 0.909 0.631
70 1.385 × +
90 1.559
(6). 风荷载产生的建筑底部弯矩标准值Qk
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5×20m=100m
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作业
1. 教材P65第3题
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本讲要点
1、顺风向风荷载标准值 2、风荷载体型系数 3、风振系数 4、阵风系数 5、算例
为了您的美好前途，请认真听讲，谢谢！
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3.2 顺风向风荷载标准值
1. 顺风向风荷载标准值wk
(1)计算主要受力构件
= wk为风荷载标准值(kN/m2)；βz为高度z处的风振系数；μs为风荷 载体型系数；μz为风压高度变化系数；w0为基本风压(kN/m2)
(2)计算围护结构
=
βgz为高度z处的阵风系数；μsl为风荷载局部体型系数
围护结构 (envelop enclosure) 是指围合建筑空间四周的墙体、 门、窗等
土木工程系
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
风 风
正压区 正 压 区 土木工程系 负 压 区 黄林 负压区 正压区
宽/高 =2的 矩形 断面 静压 分布 图
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
风载体型系数：风作用在建筑物表面一定面积范围内所引起 的平均压力(或吸力)与来流风的速度压的比值。 正负号定义：压力为正，吸力为负
(1). 单体风荷载体型系数
μs
+0.8
α
-0.5
μs
-0.5 +0.8
α ≤15° 30° ≥60° 0 +0.8 μs -0.6
-0.7
α
-0.5 -0.4
-0.4 -0.5
+0.8
-0.5
土木工程系-0.7 黄林
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(1). 单体风荷载体型系数
主梁横向静风荷载FH
= CH为主梁(主梁)的阻力系数 “工”形、“ II ”形或箱形 截面主梁
= . − . ≤ ≤
桥墩横向静风荷载FH
= An为桥墩的顺风向投影面积 横截面 t 桥墩高宽比 1 4 10 20 40 ≤1/4 1.3 1.5 1.7 1.9 2.1 t/b B 2/3 1.3 1.5 1.8 2.0 2.2 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2.0 2 0.8 1.0 1.2 1.3 1.4
. ≤
B为主梁截面全宽；H为主梁投影高度
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(2). 群体风荷载体型系数
群体建筑存在风力相互干扰，某些局部风压会显著增大 群体风荷载体型系数=单体风荷载体型系数×相互干扰系数 矩形平面高层建筑的相互干扰系数取 1.0~1.1；其它情况需风 洞试验确定
38 .7 95
23.245
15 .4 70
31
2 .0
46.5 60
44 54.3
0
38.795
46.5 60
95 38.7
7.6 95
-0.
08
7.69 5
-23.405
0 -31.18
-31
-23.405
土木工程系
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
2. 风荷载体型系数
(3).风荷载局部体型系数μsl
对檐口、雨篷、遮阳板、边棱处的装饰条等突构件，取-2.0; 对封闭式矩形平面房屋的墙面及屋面，查规范； 对其他房屋和构筑物，取相应单体风荷载体型系数的1.25倍
3. 风振系数βz
(1). 刚性结构
结构基本自振周期T1≤0.25s的结构、高度小
于30m或高宽比小 于1.5的房屋，不用考虑风振影响。 βz=1.0
土木工程系
黄林
-15 .63 0
-23. 405
-7.85
5
.18 0
7.6 95
-0 .0 8
470 15. 245 23. 31.020
桥梁结构的 相互干扰效 应通常由风 洞试验确定
46.560
15.4 70
7. 69 5
-0.08
-7.855
0 63 5. -1
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(2). 柔性屋盖
风敏感的或跨度大于36m的柔性屋盖结构，宜按随机振动理论 计算
(3). 柔性结构
对高度大于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： (a) 除(b)外按结构随机振动理论计算； (b)一般竖向悬臂型结构，如高层建筑和构件、塔架、烟囱等高 耸结构，仅考虑结构第一振型的影响。
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
一般竖向悬臂型结构的风振系数计算： =
g : 峰值因子(可取2.5) I10: 10m高度名义湍流强度，对应A、B、C、D类地面粗糙度，可 分别取0.12、0.14、0.23、0.39 Bz: 脉动风荷载的背景分量因子 R: 脉动风荷载的共振分量因子
+
+
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的共振分量因子R按下式计算 = +
⁄
=
,
>
f1 : 结构第1阶自振频率(Hz)
w0 : 基本风压(kN/m2)
kw: 地面粗糙度修正系数，对A、B、C、D类地面粗糙度分别取1.28、1.0、 0.54、0.26 ζ1: 结构阻尼比，对钢结构取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
土木工程系
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的背景分量因子Bz的确定： (a) 体型和质量沿高度均匀分布的高层建筑和高耸结构 ( ) =
φ1(z): 结构第1阶振型系数, 查规范(附录G)
H: 结构总高度(m) = +
⁄
−
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，查规范
与地表类型有关，含高层建筑和高耸结构
B为结构迎风面宽度(m), B≤2H 迎风面宽度较小 ρx=1.0 = +
⁄
−
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3.2 顺风向风荷载标准值
3. 风振系数βz
(3). 柔性结构
脉动风荷载的背景分量因子Bz的确定： (b) 迎风面和侧风面的宽度沿高度按直线或近似直线变化，而 质量沿高度按连续规律变化的高耸结构 ( ) =
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为修正系数
B(H)/B(0) 1 0.9 0.8 1.20 0.7 1.32 0.6 1.50 0.5 0.4 0.3 0.2 ≤0.1 5.60
θv
1.00 1.10
1.75 2.08 2.53 3.30
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3.2 顺风向风荷载标准值
4.
阵风系数βgz
= g : 峰值因子(可取2.5) I10: 10m高度名义湍流强度，对应A、B、C、D类地面粗糙度，可 分别取0.12、0.14、0.23、0.39 计算围护结构(包括门窗)风荷载时按下表确定振风系数 离地面高度 (m) 5 10 15 20 地面粗糙度类别 A 1.65 1.60 1.57 1.55 B 1.70 1.70 1.66 1.63 C 2.05 2.05 2.05 1.99 D 2.40 2.40 2.40 2.40 +
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
=
已知一矩形平面钢筋混凝土高层建筑, 平面沿高度保持不变, 质量和刚度沿 竖向均匀分布。H=100m, B=33m, 地面粗糙度为A类, 基本风压w0=0.44kN/ m2。结构的基本自振周期T1=2.5s。求风产生的建筑底部弯矩标准值。 解：(1)为简化计算，将建筑沿高度划分为5个计算区段，每个区段20m高， 取其中点位置的风荷载作为该区段的平均风荷载。 (2)体型系数μs +0.8 高度超过45m的矩形截面高层建筑的体型系数μs D/B ≤1 -0.6 1.2 -0.5 -0.7 规范 表8.3.1第31项 = . = . + . 2 -0.4 ≥4 -0.3 +0.8
μs1 μs2
本高层建筑的体型系数μs
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(3). 本建筑风压高度变化系数μz 按A类地表查风压高度变化系数 离地面高度(m) A类地表粗糙度 (4). 风振系数βz 本建筑高度H=100m>30m且H/B=100/33>1.5，基本自振周期T1=2.5s>0.25s 为一般竖向悬臂型结构，可仅考虑结构第一振型的影响。 = + + 脉动风荷载的共振分量因子R按下式计算 = = +
⁄
10 1.28
30 1.67
50 1.89
70 2.05
90 2.18
,
>
土木工程系
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3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz = = .5
⁄
A类地表kw=1.28 .2 × .4 = × . = . > . + . = .
⁄
共振分量因子R
= = .
+
×
脉动风荷载水平方向相关系数ρx = +
⁄
钢筋砼结构 +
⁄
−
=
−
= .
脉动风荷载竖直方向相关系数ρz = +
⁄
−
=
+
⁄
−
= .
土木工程系
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz 对A类地表，高层建筑，查规范(表8.4.5-1) 背景分量因子Bz = = . ( ) = . ×
.
k=0.944 × .
a1=0.155 ×
× .
规范 表G.0.3 10 1.28 0.02 0.019 30 1.67 0.17 0.127 50 1.89 0.38 0.250 70 2.05 0.67 0.406 90 2.18 0.86 0.490
按迎风面宽度较大的高层建筑查结构第1阶振型系数φ1(z) 离地面高度(m) 风压高度变化系数μz 结构第1阶振型系数φ1(z) 背景分量因子Bz
土木工程系
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(4). 风振系数βz g : 峰值因子(可取2.5) 离地面高度(m) 背景分量因子Bz 风振系数βz (5). 顺风向风荷载标准值wk = . 风振系数βz 风压高度变化系数μz 顺风向风荷载标准值wk(kN/m2) = . / 10 1.019 1.28 0.631 30 1
.124 1.67 0.909 50 1.244 1.89 1.138 70 1.396 2.05 1.385 90 1.478 2.18 1.559 离地面高度(m) = + 10 0.019 1.019 30 0.127 1.124 + 50 0.250 1.244 = . 70 0.406 1.396 90 0.490 1.478 I10: 10m高度名义湍流强度，A类地面粗糙度取0.12
=
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第8讲 顺风向风荷载标准值
3.2 顺风向风荷载标准值
5. 算例
(5). 顺风向风荷载标准值wk 离地面高度(m) 顺风向风荷载标准值wk(kN/m2) =( . × + . × . × )× × = . × × = . ∙ = . × ∙ 10 0.631 + . 30 0.909 × 50 1.138 + .
1.559 1.385 1.138 0.909 0.631
70 1.385 × +
90 1.559
(6). 风荷载产生的建筑底部弯矩标准值Qk
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5×20m=100m
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第8讲 顺风向风荷载标准值
作业
1. 教材P65第3题
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