高度换算平均风速梯度风剖面教程文件

1、高度换算平均风速梯度风剖面2.1 基本风速和基本风压基本风速和基本风压 对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进对于某一规定高度处，并在一定条件下记录的数据进行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基行统计分析进而得到的该地最大平均风速，这就是基本风速。本风速。 标准条件标准条件 标准高度标准高度10米高 标准的地面粗糙度类别标准的地面粗糙度类别空旷平坦地面，空旷平坦地面， 重现期重现期 平均风概率分布类型平均风概率分布类型 平均风时距平均风时距 .重现期重现期在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是在长期的气象观察中发现，大于该值的极大风速并不是经常出现，而需间隔一定的时期

2、后再出现，这个间隔时经常出现，而需间隔一定的时期后再出现，这个间隔时期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而期，称为重现期。重现期不同，设计风速也不同。因而重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，重现期是在概率意义上体现了结构的安全度，重现期为重现期为T0的基本风速，则在任一年中只超越该风速一的基本风速，则在任一年中只超越该风速一次的概率为次的概率为1/ T0 ，不超过设计最大风速的概率或保证，不超过设计最大风速的概率或保证率应为：率应为： 011PT 平均风概率分布类型平均风概率分布类型 我国荷载规范也规定：基本风速采用极我国荷载规范也规定：基本风速采用极值值型的概率分布函数。型的概

3、率分布函数。 ( ) ()/F xexpexpx根据概率论 ( )0.5772E x6x由风速资料 11( )niixE xxn2112()1niixxxn可求得参数 和 对应于极值I型分布的设计最大风速，即基本风速 另外对应于极值I型分布的设计最大风速也可表示为ln(ln)xxFxxx从而，保证率和保证系数的关系式如下：60.57722ln( lnF ) 平均风时距标准平均风时距标准一般而言，时距越长，平均风速也越小一般而言，时距越长，平均风速也越小 。我国规范就规定以我国规范就规定以10分钟为取值标准。分钟为取值标准。原因：原因： 对于整体建筑物而言，一般质量比较大，因而它的阻对于整体建筑

4、物而言，一般质量比较大，因而它的阻力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时力也较大，故风压对于建筑物产生不利的影响，历时就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短就需要长些，才能反映出动力性能，因此不能取较短时距甚至于瞬时极大风速作为标准。时距甚至于瞬时极大风速作为标准。 一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不一般建筑物总有一定的侧向长度，而最大瞬时风速不可能同时作用在全部长度上。可能同时作用在全部长度上。 10分钟至分钟至1小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短小时的平均风速基本上是一个稳定值，太短了，则易突出峰值的作用，包括了脉动的最大部分，了，则易突出峰值的作用，包括了

5、脉动的最大部分，风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速风速值也不稳定，真实性较差；若取的过长，则风速的变化将大大平滑。的变化将大大平滑。 最大风速的样本最大风速的样本采用年最大风速作为统计样本原因采用年最大风速作为统计样本原因 ：（1）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场）一年之中，只有一次风速是最大的，它应在统计场中占有重要地位。中占有重要地位。（2）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大）对于建筑物，应该承受任何日期、任何月份的极大风速，因此应该考虑年最大风速。风速，因此应该考虑年最大风速。 （3）最大风速还有它的自然周期，每年重复一次。如果）最大风速还有它的自然周期

6、，每年重复一次。如果取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然取几年中一个极值，就不能反映这种最大风速的自然出现周期。出现周期。 基本风压定义基本风压定义 当地空旷平坦地面上当地空旷平坦地面上10m高度处高度处10min平均的平均的风速观察数据，经概率统计得出风速观察数据，经概率统计得出50年一遇最大年一遇最大值确定的风速，相应的风压。值确定的风速，相应的风压。 当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可当城市或建设地点的基本风压无法确定时，可根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定根据当地年最大风速资料，通过统计分析确定基本风压值。所选取的年最大风速数据，一般基本风压值。所选取的年最大风速

7、数据，一般应有应有30年以上的资料。年以上的资料。 例例 根据某沿海城市根据某沿海城市19891998年年10年的记录，用年最年的记录，用年最大平均风速计算基本风压。大平均风速计算基本风压。19891998年年最大平年年最大平均风速数据见表均风速数据见表. 年份1989199019911992199319941995199619971998年最大风速（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非标准情况的换算关系非标准情况的换算关系(1)高度换算高度换算 l 平均风速梯度平均风速梯度(风剖面风剖面) 平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也平均风速沿高度的变化规律，常称为平均风速梯度，也常称为风剖面常称为风剖面l 梯度风高度梯度风高度(大气边界层高度大气边界层高度) 离地约离地约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响，气流能够以梯度风速自由流动，出现这种速度的影响，气流能够

9、以梯度风速自由流动，出现这种速度的高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。高度叫梯度风高度或大气边界层高度（边界层厚度）。 指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律指数函数来描述平均风速沿高度变化的规律 为地面的粗糙度系数。为地面的粗糙度系数。 ( )()abbv zzzv200()10awwa米高风压：米高风压： (2)(2)地貌换算地貌换算我国荷载规范将地貌分成四类我国荷载规范将地貌分成四类 ( )Gzm粗糙度类别描 述A近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区300012B田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区350016C有密集建筑群的城市市区400022D有密集建筑群

10、的且房屋较高的城市市区450030地貌的近似确定有下述原则：地貌的近似确定有下述原则： (1) 以拟建房屋为中心，以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半圆为半径的迎风半圆影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可影响范围内的房屋高度和密度来区分类别，风向可以该地区的主导风向为准。以该地区的主导风向为准。 (2) 以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类以半圆影响范围内建筑物平均高度来划分类别，当别，当H9m为为B类，类，9mH18m为为C类，类，H18m为为D类。类。 非标准地貌的换算非标准地貌的换算 不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风不同的地貌，有不同的梯度风高度，在梯度风高度以上，由

11、于不受地表影响，不同地貌的梯高度以上，由于不受地表影响，不同地貌的梯度风速度均相等。度风速度均相等。 10m高风压换算值：高风压换算值： 210,0103.12 ()GwwZZG梯度风高度梯度风高度（3）时距换算）时距换算 根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风速根据国内外学者所得到的各种不同时距间平均风速的比值，统计所得的比值如表的比值，统计所得的比值如表 时距1h10min5min2min1min0.5min20s10s5s瞬时比值0.9411.071.161.201.261.281.351.391.50（4）不同重现期的换算）不同重现期的换算 重现期不同，保证率也就不同重现期不同，保

12、证率也就不同 日本以重现期为日本以重现期为100年的风速为基准，换算表达式年的风速为基准，换算表达式如下：如下： NoImage( )0.550.098lnln(100)1v TTkvT欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为欧洲钢结构协会规定的换算系数是以重现期为50年年的风速为基准，换算表达式如下：的风速为基准，换算表达式如下：111 0.13ln ln(1)1.507kT我国以重现期为我国以重现期为50年的风速为基准，换算表达式如下年的风速为基准，换算表达式如下：NoImageNoImage463. 0lg363. 00TT2.2 结构上的静力风荷载结构上的静力风荷载 1、风荷载体型系数

13、、风荷载体型系数 各测点获得的面上的风各测点获得的面上的风压分布都不是均匀的。压分布都不是均匀的。实际工程中，一般采实际工程中，一般采用面上的平均风压系用面上的平均风压系数数 。 0212pPPv1npiiisAANoImage风速计算的风压结构表面的实际风压压力系数 高度处静压远前方上游参考测点测得的风压0PP陆家嘴金融贸易区风洞试验陆家嘴金融贸易区风洞试验2 2、风洞试验、风洞试验（1）风洞类别）风洞类别 按实验段气流的马赫数按实验段气流的马赫数Ma(风速风速v/音速音速a)l 低速风洞低速风洞Ma0.4l 亚音速风洞亚音速风洞Ma=0.4-0.8l 跨音速风洞跨音速风洞Ma=0.8-1.

14、4l 超音速风洞超音速风洞Ma=1.4-5.0l 高超音速风洞高超音速风洞Ma=5.0-14（2）低速风洞形式）低速风洞形式l 直流式直流式l 回流式回流式（3）低速风洞的主要部件）低速风洞的主要部件l 实验段实验段流场品质：气流稳定、速度均匀流场品质：气流稳定、速度均匀 紊流度、噪声、静压强度低紊流度、噪声、静压强度低l 调压缝调压缝使实验段中压强与环境大气压相同使实验段中压强与环境大气压相同l 扩压段扩压段使气流减速，减小气流能量损失使气流减速，减小气流能量损失l 拐角和导流片拐角和导流片减小气流经拐角时所产生的分离减小气流经拐角时所产生的分离 改善流场性能改善流场性能l 稳定段、整流网稳

15、定段、整流网使上游紊乱的不均匀气流稳定下来，使上游紊乱的不均匀气流稳定下来， 使速度更均匀使速度更均匀l 收缩段收缩段使稳定气流均匀加速使稳定气流均匀加速l 动力段动力段主要包括电机、风扇、导向片等主要包括电机、风扇、导向片等（4）参数量测）参数量测 静压测量静压测量静压管静压管 压强测量压强测量压强传感器压强传感器 气流速度量测气流速度量测皮托静压管（风速管）皮托静压管（风速管）3、群体建筑的体形系数、群体建筑的体形系数 相互扰风洞实验结果相互扰风洞实验结果 两相邻建筑两相邻建筑 三相邻建筑三相邻建筑 群体建筑的体形系数群体建筑的体形系数3、风压高度变化系数、风压高度变化系数 任一地面粗糙度类别的风压如下：任一地面粗糙度类别的风压如下： 2( )()aababazw zwz风压高度变化系数定义为任