7.2 风压高度变化系数

7.2.1

在大气边界层内,风速随离地面高度而增大。当气压场随高度不变时,风速随高度增大的规律,主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度。通常认为在离地面高度为300~500m时,风速不再受地面粗糙度的影响,也即达到所谓”r;梯度风速”,该高度称之梯度风高度。地面粗糙度等级低的地区,其梯度风高度比等级高的地区为低。

原规范将地面粗糙度等级由过去的陆、海两类改成A、B、C三类,但随着我国建设事业的蓬勃发展,城市房屋的高度和密度日益增大,因此,对大城市中心地区,其粗糙程度也有不同程度的提高。考虑到大多数发达国家,诸如美、英、日等国家的规范,以及国际标准ISO 4354和欧洲统一规范EN 1991—2—4都将地面粗糙度等级划分为四类,甚至于五类(日本)。为适应当前发展形势,这次修订也将由三类改成四类,其中A、B两类的有关参数不变,C类指有密集建筑群的城市市区,其粗糙度指数a由0.2改为0.22,梯度风高度HG仍取400m;新增添的D类,指有密集建筑群且有大量高层建筑的大城市市区,其粗糙度指数a取0.3,HG取450m。

根据地面粗糙度指数及梯度风高度,即可得出风压高度变化系数如下:

 

 

                  

          (7.2.1)

 

 

在确定城区的地面粗糙度类别时,若无a的实测可按下述原则近似确定:

1. 以拟建房2km为半径的迎风半圆影响范围内的房屋高度和密集度来区分粗糙度类别,风向原则上应以该地区最大风的风向为准,但也可取其主导风;

2. 以半圆影响范围内建筑物的平均高度万来划分地面粗糙度类别,当,为D类,,为C类,,为B类;

3. 影响范围内不同高度的面域可按下述原则确定,即每座建筑物向外延伸距离为其高度的面域内均为该高度,当不同高度的面域相交时,交叠部分的高度区大者;

4. 平均高度取各面域面积为权数计算。

 

7.2.2

对于山区的建筑物,原规范采用系数对其基本风压进行调整,并对山峰和山坡也是根据山麓的基本风压,按高差的风压高度变化系数予以调整。这些规定缺乏根据,没有得到实际观测资料的验证。

关于山区风荷载考虑地形影响的问题,目前能作为设计依据的,最可靠的方法是直接在建设场地进行与邻近气象站的风速对比观测,但这种做法不一定可行。在国内,华北电力设计院与中国气象科学研究院合作,采用Taylor-Lee的模型,结合华北地区的山峰风速的实测资料,对山顶与山下气象站的风速关系进行研究(见电力勘测1997/1),但其成果仍有一定的局限性。

国外的规范对山区风荷载的规定一般有两种形式:一种也是规定建筑物地面的起算点,建筑物上的风荷载直接按规定的风压高度变化系数计算,这种方法比较陈旧。另一种是按地形条件,对风荷载给出地形系数,或对风压高度变化系数给出修正系数。这次修订采用后一种形式,并参考加拿大、澳大利亚和英国的相应规范,以及欧洲钢结构协会ECCS的规定(房屋与结构的风效应计算建议),对山峰和山坡上的建筑物,给出风压高度变化系数的修正系数。