幕墙结构设计原理和方法文档格式.docx
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当计算围护结构时应按下式公式计算：
WK=βgzμsμZW0
（2）
式中：
βgz—高度Z处的阵风系数（JGJ102和JGJ133规定取为2.25）。
μS—风荷载体型系数（JGJ102和JGJ133规定取为±
1.5）；
风荷载的组合值、频遇值和准永久值系数可分别取0.6、0.4和0。
一.基本风压:
GB50009规定的基本风压是根据全国气象台站历年来的最大风速纪录，按基本风速的标准要求，将不同风速仪高度和时距的年最大风速，统一换算为离地10m高、自记10min平均年最大风速（m/s）。
根据该风速数据（选取最大风速数据，一般应有25年以上的资料；
当无法满足时，至少不少于10年的风速资料）经统计分析确定重现期为50年的最大风速，作为当地的基本风速V0。
再按伯努力公式：
W0=1/2ρv02确定基本风速。
ρ=γ/g，γ为空气重力密度，g为重力加速度，以ρ=γ/g代入W0=γ/2g*v02。
以往国内的风速记录大多数根据风压板的观测结果，刻度所反映的风速，实际上是统一根据标准的空气密度ρ=1.25Kg/m3按上述公式反算而得，因此在按该风速确定风压时，可统一按W0=V02/1600（KN/m2）计算。
当前各气象站已积累了根据风杯式自记风速仪记录的10min平均最大风速数据，因此在这次数据处理时基本上是以自记的数据为依据。
所以在确定风压时，必须考虑各台站观测当时的空气密度，当缺乏资料时也可参考有关规定采用。
GB50009将基本风压的重现期由以往的30年改为50年，这样在标准上将与国外大部份国家取得一致，经修改后各地的风压并不是在原有的基础上提高10%，而是根据新的风速观测数据进行统计分析后重新确定的。
对于风荷载比较敏感的高层建筑和高耸建筑，仍要求将基本风压提高10%，这相当于将重现期提高到100年左右。
对于围护结构，其重要性与主体结构相比要低些，仍可取50年一遇的基本风压。
基本风压应按GB50009规范附录D4附表D.4给出的50年一遇的风压（其中136个城市基本风压见本教材表2）或全国基本风压分布图（见GB50009附图D5.3）采用，但不得低于0.3KN/m2。
全国136个城市基本风压值与基本雪压值表2
序号
城市名
基本风压W0（Pa）
基本雪压S0（Pa）
北京
450
400
天津
500
上海
550
200
重庆
石家庄
350
300
6
邢台
7
张家口
250
8
承德
9
秦皇岛
10
唐山
11
保定
12
沧州
13
大同
14
太原
15
阳泉
16
临汾
17
包头
18
呼和浩特
19
通辽
20
阜新
600
21
朝阳
22
锦州
23
鞍山
24
沈阳
本溪
26
营口
27
丹东
28
大连
650
29
四平
30
长春
31
吉林
32
通化
800
33
齐刘哈尔
34
鹤岗
35
绥化
36
佳木斯
37
哈尔滨
38
牡丹江
39
德州
40
烟台
41
威海
42
济南
43
泰安
44
潍坊
45
青岛
46
衮州
47
莱阳
48
徐州
49
淮阴
南京
51
南通
52
常州
53
杭州
54
舟山
850
55
金华
56
衢州
57
宁波
58
温州
59
蚌埠
60
六安
61
合肥
62
安庆
63
黄山
64
赣州
65
九江
66
景德镇
67
南昌
68
樟树
69
邵武
70
南平
71
福州
700
72
龙岩
73
厦门
74
延安
75
宝鸡
76
西安
77
汉中
78
安康
150
79
洒泉
80
张掖
81
兰州
82
平凉
83
天水
84
银川
85
格尔本
86
西宁
87
玉树
88
伊宁
1000
89
乌鲁木齐
90
库尔勒
91
哈密
92
安阳
93
新乡
94
三门峡
95
洛阳
96
郑州
97
许昌
98
开封
99
南阳
驻马店
101
商邱
102
枣阳
103
恩施
104
宜昌
105
天门
106
武汉
107
黄石
108
岳阳
109
吉首
110
常德
111
衡阳
112
郴州
113
长沙
114
韶关
115
梅县
116
广州
117
汕头
118
深圳
750
119
堪江
120
桂林
121
柳州
122
梧州
123
南宁
124
北海
125
海口
126
三亚
127
绵阳
128
成都
129
内江
130
涪陵
131
遵义
132
贵阳
133
大理
134
昆明
135
丽江
136
玉溪
2．风压高度变化系数：
在大气边界层内，风速随离地面高度变化而增大。
当气压场随高度不变时，速度随高度增大的规律，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“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ISO4354和欧洲统一规范EN1991-2-4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类指有密度建筑群的城市市区，其粗糙度指数α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α取0.3，HG取450m。
根据地面粗糙度指数及梯度风高度，即可得出风压变化系数如下：
μzA=1.379（Z/10）0.24（3a）
μzB=1.000（Z/10）0.32（3b）
μzC=0.616（Z/10）0.44（3c）
μzD=0.318（Z/10）0.60（3d）
在确定城区的粗糙度类别时,若无α的实测资料,可按下述原则近似确定：
（一）以拟建房屋为中心，2km为半径的迎风半园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，但也可取其主导风向；
（二）以半园影响范围内建筑物的平均高度h来划分地面粗糙度类别：
当h≥18m，为D类，
9m＜h≤18m，为C类，h＜9m，为B类；
（三）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，交叠部分的高度取大者；
（四）平均高度h取各面域面积为权数计算。
当直接以高度Z来描述风压高度变化系数时：
由（Z/10）0.24=0.575Z0.24则μZA=1.379×
0.575Z0.24=0.794Z0.24（4a）
由（Z/10）0.32=0.479Z0.32则uZB=0.479Z0.32（4b）
由（Z/10）0.44=0.363Z0.44则uZC=0.616×
0.363Z0.44=0.224Z0.44（4c）
由（2/10）0.60=0.251Z0.60则uZD=0.318×
0.251Z0.60=0.08Z0.60（4d）
表3风压高度变化系数μZ
离地面或海平面高度（m）
地面粗糙度类别
A
B
C
D
≥450
1.17
1.38
1.52
1.63
1.80
1.92
2.03
2.12
2.20
2.27
2.34
2.40
2.64
2.83
2.99
3.12
1.00
1.14
1.25
1.42
1.56
1.67
1.77
1.86
1.95
2.02
2.09
2.38
2.61
2.80
2.97
0.74
0.84
1.13
1.35
1.45
1.54
1.62
1.70
2.30
2.54
2.75
2.94
0.62
0.73
0.93
1.02
1.11
1.19
1.27
1.61
2.19
2.45
2.68
2.91
例1．求A类地区高度45m处风压高度变化系数。
解：
uZA=1.379*（45/10）0.24=1.988或uZA=0.794*450.24=1.98
例2．求B类地区高度75m处风压高度变化系数
解：
uZB=（75/10）0.32=1.906或uZB=0.479*750.32=1.907
例3．求C类地区高度125m处风压高度变化系数
uZC=0.616*（125/10）0.44=1.87或uZA=0.224*1250.44=1.87
例4．求D类地区高度150m处风压高度变化系数
uZD=0.318*（150/10）0.6=1.615或uZD=0.08*1500.6=1.617
三．风荷载体型系数。
风荷载体型系数是指风作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风的速度压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压的作用下的静压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。
由于涉及的是固体和流体相互作用的流体力学问题，对于不规则形状的固体，问题尤为复杂；
无法得出理论上的结果。
一般均应由试验确定，鉴于真型的实侧方法对结构设计的不现实性，目前只能采用相似原理，在边界层风洞内对拟建的建筑物模型进行测试。
GB50009表7.3.1列出38项不同类型的建筑物和各类结构体型及其体型系数，这些都是根据国内外的试验资料和外国规范中的建议性规定整理而成。
当建筑物与表中列出的体型数同时，可按该表的规定采用；
当建筑物与表中的体型不同时，可参考有关资料采用；
当建筑物与表中的体型不同且无有关资料可以借鉴时，宜由风洞试验确定；
对于重要且体型复杂的建筑物应由风洞试验确定。
当建筑群，尤其是高层建筑群，房屋相互间距较近时，由于旋涡的相互干扰，房屋某些部位的局部风压会显著增大，设计时应予注意，对比较重要的高层建筑，在风洞试验中要考虑周围建筑物的干扰因素。
验算围护构件及连接的强度时，可按下列规定采用局部风荷载体型系数。
1．外表面
1）正压区按GB50009表7.3.1采用
2）负压区—对墙面取-1.0
—对墙角边取-1.8
—对屋面局部部位（周边和屋面坡度大于10度的屋脊部位）取-2.2
—对檐口、雨蓬、遮阳板等突出构件，取-2.0
注：
对墙角边和屋面局部部位的作用宽度为房屋宽度的0.1或房屋平均高度的0.4。
取其小者，但不小于1.5m
2．内表面
对封闭式建筑物按外表面风压的正负情况取-0.2或0.2
四．阵风系数
计算围护结构的风荷载时，阵风系数按下述公式确定：
βgz=K（1+2μf）（5a）
式中：
K—地面粗糙度调整系数。
对A、B、C、D四种类型分别取0.92、0.89、0.85、0.80；
μf—脉动系数。
μf=0.5×
351.8（α-0.16）（Z/10）-α（5b）
α—地面粗糙度指数对应于A、B、C、D四类地貌，分别取0.12、0.16、0.22和0.30。
将K、α系数代入后，各类地区阵风系数计算公式为：
βgzA=0.92*（1+2μfA）μfA=0.387（Z/10）-0.12（5c）
βgzB=0.89*（1+2μfB）μfB=0.5（Z/10）-0.16（5d）
βgzC=0.85*（1+2μfC）μfC=0.734（Z/10）-0.22（5e）
βgzD=0.80*（1+2μfD）μfD=1.2248（Z/10）-0.3（5f）
根据上海风速实测资料证明了以上取值的可行性。
80~81年通过在四次台风过程中对上海电视塔20m~186m七个高度处瞬时风速和十分钟平均最大风速的观测数据得出阵风系数的近似计算公式：
βgz=e[0.7/√（z/10）]（5g）
由此式可算出,在10m、20m、50m、100m及150m处阵风系数为2.01、1.74、1.51、1.38和1.33。
上海金茂大厦根据历年0~500m各高程风速资料进行风洞试验得出的设计风荷载和按GB50009计算结果相吻合。
上海金茂大厦设计风荷载与按GB50009计算结果对照表表4N/m2
层数
标高（m）
地面粗糙度类别
μz
βgz
Wk
风洞试验结果
125.55
B
2.2471
1.4837
550×
2.2471×
1.4837×
1.5=2750
2500
C
1.8753
1.5652
1.8753×
1.5652×
1.5=2422
D
1.4512
1.7174
1.4512×
1.7174×
1.5=2056
213.80
2.6644
1.4352
2.6644×
1.4352×
1.5=3155
3000
2.3702
1.4862
2.3702×
1.4862×
1.5=2906
1.9772
1.5820
1.9772×
1.5820×
1.5=2581
316.10
3.0196
1.4022
3.0196×
1.4022×
1.5=3493
3500
2.8152
1.4337
2.8152×
1.4337×
1.5=3330
2.5254
1.4954
2.5254×
1.4954×
1.5=3115
340.00
3.0908
1.3962
3.0908×
1.3962×
1.5=3560
4000
2.9069
1.4245
2.9069×
1.4245×
1.5=3416
2.6382
1.4804
2.6382×
1.4804×
1.5=3222
阵风系数βgz表5
离地面高度
m
A
1.69
1.88
3.21
1.78
2.10
2.76
1.60
1.72
1.99
1.58
2.39
1.64
1.83
2.21
1.51
1.73
2.01
1.49
1.94
70
1.48
1.66
1.89
1.47
1.53
1.85
1.81
100
1.46
1.43
167
1.44
1.50
1.40
1.55
1.39
1.41
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