英国标准BS6399 p060风荷载.docx
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英国标准BS6399p060风荷载
英国标准
建筑荷载
第二部分风荷载
除版权法规定外无BSI批准不得翻版
BS6399-2：
1997
包含修正版1及
勘误表1
于2002年6月
修订并再版
BSI
英国标准
第一部分概述
1.1范围
BS6399此部分规定了建筑物及其组成部分所承受阵风荷载的确定方法；设计过程中可应用相同过程对该荷载进行考虑。
可选择以下两种方法：
a）标准方法：
采用一种简化程序来获得一个标准有效风速，它和标准压力系数同时决定直角设计情况下的风荷载。
注1：
该程序与CP3：
第五章：
第二部分实质上是一致的。
b）直接方法：
由有效风速和压力系数来确定每个方向的风荷载。
可由其它等效方法替代上述两种标准方法。
这种方法如风洞测试只有在满足附件A条件的情况下方可视为等效。
注2：
风洞测试需在以下情况下使用：
当建筑物形态未包括在该标准中给出的数据之内时、或为了实现最优化设计，建筑物形态可根据检测结果做出相应的改变时、或者要求荷载数据比标准中给出更详细时。
由于本标准中未规定建筑物的形状或地点，因此该方面意见应向专家咨询。
BS6399此部分规定的方法不适用由于密度、硬度、固定频率或阻尼等结构因素易受动态励磁影响的建筑物。
因此应采用动力方法或风洞测试对上述结构因素进行估算。
注3动态方法实例见参考[1]到[4]。
注4如果建筑物易受涡流励磁或其它空气弹性变形不稳定性的影响，则风速低于最大值时会出现最大动态反应。
1.2信息参考
本英国标准中参考了其它出版物中提供的信息和指导性内容。
出版物的当前版本中可以查阅到此标准的出版，但是参考应采用最新版本。
1.3定义
本标准中涉及的定义如下：
1.3.1风速
1.3.1.1基本风速
指在任意风向、地形（包括城市、内陆湖及海洋）粗糙度相同并类似于英国空旷地区时，高于平在海拔１０米高度处年风险系数Ｑ超过0.02的每小时平均风速。
1.3.1.2现场风速
指因考虑现场海拔、风向而改变的基本风速。
注：
仅在标准方法中，现场风速包括地形特征的影响。
1.3.1.3有效风速
考虑到有效高度、建筑物尺寸或建筑构件及永久逆风障碍物的因素，将现场的风速改进为聚风速度。
注：
仅在定向方法中，现场风速中省去地形特征的影响。
1.3.2压力
1.3.2.1动压力
潜在压力可从有效风速运动能量中获得。
1.3.2.2压力系数
作用于表面的压力与动压力的比值。
1.3.2.3外压力
由于风的直接作用而引起的作用于建筑物外表面的压力。
1.3.2.4内部压力
建筑物外表面所受外压力通过孔或缝作用于内表面的压力。
1.3.2.5净压力
某表面相互对立面间的压力差。
1.3.3高度
1.3.3.1海拔高度
a）当地形不明确时：
在海平面上高于当地地平面的高度。
b）当地形明确时，以基本地形特征为基础高于海平面的高度。
1.3.3.2建筑高度
指建筑物或部分建筑物在地基以上的高度。
1.3.3.3参考高度
建筑部分的参考高度指高于地面的基准高度，并以该建筑部分的压力系数定义。
1.3.3.4障碍高度
指对逆风方向起到阻碍作用的建筑物、结构等在地面以上的平均高度。
1.3.3.5有效高度
指在阻碍高度允许下，决定于参考高度的有效风速计算中所应用的高度。
1.3.4长度
1.3.4.1建筑物长度
指建筑物或部分建筑物在水平方向的较长尺寸。
1.3.4.2建筑物宽度
指建筑物或部分建筑物在水平方向的较短尺寸。
1.3.4.3侧风宽度
建筑物或建筑物的部分，在垂直于风力方向上的水平延伸。
1.3.4.4延风深度
建筑或者建筑的部分在平行于风力方向水平方向上的延伸。
1.3.4.5对角线尺寸
受荷载面积上的最大对角线尺寸，即在一定面积上两个距离最远的点之间的尺寸。
1.3.4.6比例长度
指一个参考长度，该参考长度是由用来定义压力系数为常数区域的建筑比例得到的。
1.3.5距离
1.3.5.1
风区长度
指从某地到每种地形的逆风边缘的距离，通常用来决定地形粗糙度变化的影响。
1.4主要符号
在BS6399提及的部分，将使用以下符号：
A
范围，地区，面积（2.1.3.5）
As
受风力作用的面积（2.1.3.8）
a
荷载面积最大对角线尺寸（表5）
B
建筑物侧风宽度（表2b）
b
用来定义荷载面积压力系数的比例长度（2.4.1.3，2.5.1.2）
Ca
标准方法中的尺寸影响系数（2.1.3.4）
Cf
摩擦拉力系数（2.1.3.8）
Cp
静压力系数（2.1.3.3）
Cpe
外压力系数（2.1.3.1）
Cpi
内部压力系数（2.1.3.2）
Cr
动态增强系数（1.6.1）
D
建筑延风深度（表2b）
d
圆柱体直径（2.4.6）
G
隐藏式跨处裂缝（表34）
gt
最高阵风系数（3.2.3.3）
H
建筑物高度（表2）、屋脊高度、屋檐高度或埋件或较低楼屋高度
Hd
位移高度（1.7.3）
He
有效高度（1.7.3）
Hr
参考高度（1.7.3）
Ho
障碍高度（1.7.3，表2）、或建筑物平均高度或建筑物逆风永久障碍物高度
h
女儿墙高度（2.5.1.4，表17），独立隐蔽墙高度（2.8.1.4），广告牌高度（2.8.2，表24）
Kb
建筑类型系数（1.6.1）
L
建筑长度（表2）或者自由端之间的组成元素长度（2.7.3）
LD
地形特征顺风斜坡长度（2.2.2.2.5，表8）
Le
地形特征有效斜坡长度（2.2.2.2.4）
LU
地形特征逆风斜坡长度（2.2.2.2.4，表8）
P
静荷载（2.1.3.5）
Pf
摩擦阻力（2.1.3.8）
p
静压力（2.1.3.3）
Pe
外表面压力（2.1.3.1）
Pi
内表面压力（2.1.3.2）
Q
每年超越基本风速的风险（可能性）（2.2.2.4，2.2.2.5）
q
动压力（3.1.2.1）
qe
外压力定向方法的动压力（3.1.2.2）
qi
内压力定向方法的动压力（3.1.2.2）
qs
标准方法的动压力（2.1.2）
r
半径（表17）
Sa
海拔系数（2.2.2.2）
Sb
地形及建筑系数（2.2.3.1）
Sc
风向长度系数（3.2.3.2）
Sd
方向系数（2.2.2.3）
Sh
地形增量（3.2.3.4）
Sp
概率系数（2.2.2.5）
Ss
季节系数（2.2.2.4）
St
紊动性调整系数（3.2.3.2）
s
地形定位系数（2.2.2.2）
Tc
风向调整系数（3.2.3.2）
Tt
紊动性调整系数（3.2.3.2）
Vb
基本风速（2.2.1，表6）
Ve
有效风速
Vs
现场风速（2.2.2）
W
建筑宽度（表2）
ω
凹角楔块宽度（表33）
X
从现场到地形特征顶部的距离（2.2.2.2.5，表8）
Xo
建筑物的分离距离
Z
建筑特征顶部高于逆风基准海拔的高度（2.2.2.2.5，表8）
α
屋面或非垂直墙的倾斜角（3.3.1.4）
β
墙的顶角（3.3.1.2）
△S
高于平均海平面的现场海拔高度（以米为单位）（2.2.2.2）
△T
高于平均海平面的地形特征逆风海拔高度（以米为单位）（2.2.2.3）
k
构件长度的简缩因数（2.7.3）
ψ
地面平均斜度
ψe
地形特征的有效斜度（2.2.2.2.4）
ψD
地形特征顺风斜度切线（表7）
ψU
地形特征逆风斜度切线（表7，2.2.2.2.4）
φ
风力方向在东北方向上的角度（2.2.2.3）
ζ
墙体或框架的硬度比或雨蓬的阻塞比（2.5.9，表24）
θ
风向方向从垂直建筑表面（表2）到环绕圆形建筑外围的角度（2.4.6）
1.5风荷载计算程序
1.5.1风荷载计算程序见表1流程图。
该表给出了标准方法的个各阶段及相关条款号，用粗实线连接表示。
定向方法阶段用双实线表示，它与标准方法步骤类似，其它各输入数据用单实线表示。
1.5.2每个受力区域的风荷载都需要计算，取决于建筑尺寸，详见表2。
a）一个完整结构；
b）部分构造如：
墙或屋面；
c）单独结构组件，包括幕墙单元及其配件。
注：
风荷载计算对于部分竣工的建筑十分重要，主要依据建筑方法和次序。
阶段1：
由建筑的基本几何及结构特性决定动态增强系数。
阶段2：
通过该值，检测动态励磁级别用来决定下列数值：
a）BS6399中提供的方法是否适用于评估；
b）BS6399中提供的方法是否不适用及应采用动态建筑方法（见参考[1]到[4]）或风洞测试（见附件A）进行估算
阶段3：
依据英国图纸决定风速的基本风速的平均时速。
阶段4：
通过对现场海拔、风向及季节的修正，依据基本风速从而得出相当于地面10米以上风的平均时速的现场风速值。
因此，不得采用特殊地面形式进行现场风速的确定，确定程序同样适用于标准方法及定向方法。
注：
基本风速图的偏差及现场海拔高度、风向和季节的调整，请参见附录B。
阶段5：
现场地面形式的评价应根据地形粗糙度及有效高度进行。
有三种地形粗糙度来定义现场地面形式。
有效高度由临近的建筑或永久障碍物构成的掩蔽程度来决定。
阶段6：
经现场地面形式评定后，本阶段提供了标准方法和定向方法两种选择。
标准方法为标准正交荷载情形提供了的守恒值，以及为100米以上建筑及复杂地形提供了简便方法。
定向方法为给定风方提供了更为精确的值，尤其是地形复杂的城填。
提供了评定地形复杂程度的简单规则。
阶段7：
可采用任意一种方法确定有效风速。
有效风速是一种适合于现场地面形式和建筑高度的风阵速度。
在标准方法中，有效风速决定于荷载面积的基准尺寸，在定性方法中，其决定于荷载面积的尺寸。
阶段8：
将有效风速转化为等价动压力。
阶段9：
选择适合于建筑形式的压力系数。
在标准方法中这些系数符合一个系数（通常2或者3）适合于直交荷载情况，在定性方法中，这些系数符合需要考虑的风力方向（通常为12）。
阶段10：
通过动压力，压力系数，动态放大系数来确定风荷载，在标准方法中通过尺寸作用因素来确定静态设计中的特性风荷载。
1.6动态分类
1.6.1动态增强系数
此标准方法使用等价静荷载来表现变动荷载的影响，它只适用于不易受动态励磁影响的建筑。
此标准允许等价静态荷载应用于适度的有一个动态增强系数介入的动态结构的建筑。
此系数值取决于高于地面的实际高度H和表1中得出的建筑类型系数Kb。
动态增强系数Cr由典型建筑表3中给出。
表1建筑类型因数Kb
建筑类型
Kb
裸露焊接钢框
8
螺接钢框及裸露钢筋混凝土框
4
无内墙入口棚和类似轻结构
2
仅在电梯和楼梯旁有结构墙的框架建筑
1
加外框的建筑结构墙围绕在电梯和楼梯旁且有附加的石墙或者石才建筑
和有木制外框的房屋
0.5
注：
Kb和Cr取值自于具有典型频率及典型建筑结构，在典型UK风速下，在没有地形或者地理位置粗糙度的影响下，更精确的因数的值来自于附件C，当建筑不是典型建筑的时候或者地形和地理位置粗糙度的影响要加以计算的时候。
1.6.2适用范围
BS6399此部分不适用于当动态放大系数超过表3中规定的范围。
当建筑超出此范围时，应使用动态方法进行评定。
注：
见参考[1]到[4]关于动态结构分析的更多信息。
1.7现场表面形态
1.7.1概述
现场风速Vs指高于地面10米处标准开阔地表形态。
为得到有效风速值，现场障碍物逆风高度、距离及地形影响应考虑在内。
1.7.2地面粗糙度分类
考虑以下三种地形：
a）海洋：
海洋，内陆水域，当现场逆风低于1公里时，沿风向沿伸大于1公里。
b）乡村：
除海洋和城镇之外的地形
c）城镇：
房顶平均高度H0至少为高于地平面5米，且建筑面积不小于现场逆风1.0公里。
注1永久森林和林地应被视为城镇范围
注2关于地面分类的更详尽解释，请参见附件E
1.7.3参考高度，有效高度和位移高度
1.7.3.1建筑形式的参考高度Hr以适当的压力系数表和定义数字进行定义，可以被看作为建筑高于地平面的最大高度
1.7.3.2有效高度He被看作参考高度Hr
1.7.3.3如果遮挡靠近地面，现场逆风建筑或其它永久障碍物会使逆风产生位移。
位移高度Hd计算公式如下：
a）X0≤2H0时Hd=0.8H0；
b）2Hoc）X0≥6H0时Hd=0
其中：
H0为建筑物屋面顶部或其它逆风现场永久障碍物的平均标高（详见表2c）
X0为逆风间距（详见表2c）
有效高度He由以下参考高度Hr决定：
He=Hr-Hd；或
He=0.4Hr，
选择二者较大的
注1：
在无更准确信息前，障碍高度Ho可通过将典型楼层高度视为3米高，从逆风建筑平均楼层数中估算出来。
注2：
建筑物或其它永久建筑应延伸至少现场逆风100米，并至少占据风力集中方向30区域内8%的面积。
1.7.3.4加速风速出现在比周围楼顶平均高度要高的建筑基层附近。
对于临近于其他高楼的矮楼，则无需采用有效高度规则导出守恒值，而应寻求专家意见。
1.8选择方法
1.8.1所有建筑所承受的风荷载都可以由等价静荷载表示（见1.6），风荷载可从部分2中所描述的标准方法中得出也可由部分3中给出的定向方法中得出。
1.8.2标准方法提供了有效风速值与标准压力系数（2.32.42.5条款）一同使用，用来决定正交荷载情形；该正交荷载情形随风向垂直或水平于建筑表面而变化。
1.8.3由于地形对风向的影响，直接方法给出了不同风向的有效风速值与定向压力系数一同使用。
这种方法给出了对城镇有效风速及受地形影响的现场的最佳评估方式。
1.8.4但由于标准方法给出了有效风速守恒值及压力系数，该方法有时适用于以下两种混合情形：
a）标准有效风速和直接压力系数，或
b）直接有效风速和标准压力系数
组合a）：
适用于当建筑形式确定，但现场尚未确定的情形。
典型例子是可移置建筑或标准批量生产的设计。
组合b）：
适用于当仅要求标准正交荷载情形，并由于地形不同和/或现场在城填，因此应尽量允许多种现场地面形式。
执行混合方法时，应依据3.4要求进行。
第二部分标准方法
2.1标准风荷载
2.1.1风向
2.1.1.1标准方法要求对图2b所示垂直于建筑表面的风向所产生的正交荷载进行估算。
当建筑为双对称形式，如矩形对称双斜面屋面或坡形屋面，图2b中所示的两种正交情形则足够使用；当建筑为单对称形式，则要求三种正交情形，例如：
矩形单斜面屋面：
风向垂直高于屋檐、风向垂直于低屋檐、风向平行于屋檐。
当建筑为不对称形式，需要四种正交情形。
2.1.1.2对于每种正交情形，垂直于建筑表面的风的两侧45。
角范围都要考虑。
当用对称来减少正交荷载数情形数量时，应考虑θ=0°和θ=180°的相对风向以及更为复杂风向情形。
2.1.2动压力
2.1.2.1动压力qs值计算公式如下：
qs=0.613Ve2
（1）
其中
qs为动压力值（Pa3）；
Ve为2.2.3中给出的有效风速值（米/秒）。
2.1.2.2表2给出了不同Ve值下的动压力值qs。
2.1.3风荷载
2.1.3.1外表面的压力
作用在建筑外表面的压力pe计算公式如下：
pe=qsCpeCa
（2）
其中
qs为2.1.2中给出的动压力值；
Cpe为2.4和2.5中给出的建筑表面外压力系数；
Ca为2.1.3.4中定义的外表面压力尺度效应系数。
2.1.3.2内表面压力
作用在建筑内表面的压力pi计算公式如下：
pi=qsCpiCa（3）
其中
qs为2.1.2中给出的动压力；
Cpi为2.6中给出的建筑内表面压力系数；
Ca为2.1.3.4中定义的外压力尺度效应系数。
2.1.3.3表面净压力
作用于表面的净压力p值如下：
a）封闭式建筑
p=pe–pi（4）
其中
pe为2.1.3.1中给出的外压力值
pi为2.1.3.2中给出的内压力值
B）对于独立的天蓬和建筑基础3
p=qsCpCa（5）
其中
qs为2.1.2给出的动压力；
Cp为2.5.9和2.7中给出的雨蓬表面或构件承受的净压力系数；
Ca为2.1.3.4中定义的外表面压力定义的尺度效应因数。
表2——动压力系数qs（pa）
2.1.3.4尺度效应系数
标准方法给出的尺度效应系数Ca说明了非同时作用在建筑外表面的阵风及内压力。
尺度效应系数值见表4，该值由现场表面形态（见1.7）及对角线长度a决定。
对于外压力而言，对角线长度a是荷载分配区域中最长的那条对角线，如图5所示。
对于内压力而言，有效对角线长度见2.6中定义，并取决于内体积。
对于所有的单独建筑构件、幕墙单元及紧固件而言，除非有足够的荷载分配能力来证明对角线长度大于5米，否则其对角线长度a=5m。
2.1.3.5表面荷载
作用于建筑表面或构件的净荷载P的计算公式如下：
P=pA（6）
其中
p为作用在表面的净压力
A为荷载面积
任何楼层的荷载效应如挠矩及剪力都应基于该层以上荷载面积对角线的长度，如图5c）所示。
2.1.3.6总荷载
建筑所受总荷载P指作用在独立表面的荷载总和，该荷载可非同时作用于建筑表面，并允许适度动态反应。
P=0.85（∑Pfront–∑Prear）（1+Cr）（7）
其中
∑Pfront为墙及屋面的迎风面在水平方向所受荷载的总和；
∑Prear为墙及屋面的逆风面在水平方向所受荷载的总和；
Cr为1.6.1中给出的动态增强系数。
注1：
0.85指非同时作用于建筑表面的系数。
注2：
当建筑前后表面尺寸相等时，其所受的内压力效应相同并相反，因此，在计算水平地面上封闭式建筑在水平方向所受的总荷载时，可忽略内压力。
注3：
墙体所受荷载计算公式7：
（∑Pfront-∑Prear）可用∑qsCpCaA替换，其中Cp为表5中给出的净压力系数。
当正交荷载组合在设计中十分重要的情形下，例如：
转角柱所受应力的计算，任何构件承受风荷载的最大应力应被视为每个正交荷载情形所产生的总风应力的80%。
2.1.3.7不对称荷载
除非给出特殊形式建筑或构件[如斜屋面（见2.5.2和2.5.3）、独立式雨蓬（见2.5.9.1）及广告牌（见2.8.2）所受的特殊压力系数或指导，否则应允许不对称荷载情形。
注1：
当作用于建筑的荷载效应有益时，则该部分非对称荷载效应可通过降低设计风荷载的40%来计算。
注2：
作用于建筑的扭转效应可通过将每个表面所受荷载从建筑表面中心水平位移表面宽度的10%来计算。
2.1.3.8摩擦阻力
计算建筑所受总力时，（见2.4.5和2.5.10），应考虑到磨擦力Pf（见公式7a）对风向的影响并通过使用向量和将该磨擦力加入到2.1.3.6中给出的正常压力中。
Pf=qsCfAsCa（7a）
其中
As为风作用区域（见2.4.5和2.5.10）；
Cf为摩擦阻力系数（见表6）。
2.2标准风速
2.2.1基本风速
基本风速Vb随地理情况的变化可直接从图6中得出。
注：
从气象资料中获取基本风速的方法，见附件B。
2.2.2现场风速
2.2.2.1概述
任何特殊方向的现场风速Vs可通过下式计算：
Vs=Vb×Sa×Sb×Ss×Sp（8）
其中：
Vb为2.2.1中给出的基本风速；
Sa为高度系数（见2.2.2.2）；
Sd为方向系数（见2.2.2.3）；
Ss为季节因数（见2.2.2.4）；
Sp为概率因素（见2.2.2.5）；
注:
依据2.1.1.1，可使用以下两种方法对风向两侧±45°范围进行考虑：
a）取公式（8）中最大系数，求出单一守恒值Vs。
b）通过风向范围及最大值的使用间隔地估算出Vs值。
实际上，由选项b）得出的值不会比选项a）低很多，除非现场的位置、位向和地形的组合是非正常的。
2.2.2.2高度因数
2.2.2.2.1高度因数Sa应被用于计算海平面以上现场高度的基本风速Vb。
标准计算方法取决于地形的复杂性，详见图7。
当地形被认为是非复杂地形时，用2.2.2.2.2计算过程得出Sa值。
当地形被认为是复杂地形时，用2.2.2.2.3中的计算过程得出风向产生的最大Sa值，特别是现场最陡逆风彼面的风向。
2.2.2.2.2当地形被认为是非复杂地形时，通过下式计算Sa。
Sa=1+0.001ΔS（9）
式中：
ΔS为现场高度（高于平均海平面的米数）
注:
这种情况下的Sa值是基于现场高度的，补偿余下的地形影响。
2.2.2.2.3当地形被认为是复杂地形时，任选下式之一取Sa最大值。
Sa=1+0.001ΔS（10）
式中:
ΔS为现场高度（高于平均海平面的米数）；或
Sa=1+0.001ΔT+1.2ΨeS（11）
式中:
ΔT复杂地形逆风基部高度（高于平均海平面的米数）。
Ψe地貌的有效斜面。
S地形位置因。
2.2.2.2.4地形的相关尺寸定义见图8。
两个参数：
有效斜面Ψe和有效斜面长度Le根据以
下尺寸定义。
a）浅逆风斜面：
0.05＜ΨU＜0.3：
Ψe=ΨULe=LU;
b）陡逆风斜面：
ΨU≥0.3：
Ψe=0.3Le=Z/0.3
2.2.2.2.5山脉和斜坡的地形位置因素值在图9a和图9b中给出，悬崖和陡坡的值在图10a和图10b中给定。
从这些图形中读取s值时，顶部位置按与逆风长度LU或顺风斜面LD的比例决定如下：
a）顶部逆风（X＜0），水平位置比率为X/LU且用于所有类型的地形；
b）顶部顺风（X＞0），水平位置比率为X/LD用于山脉和斜坡，X/Le用于悬崖和陡坡。
在所有情况下，地平面以上的高度比率为H/Le。
图9a、9b、10a、10b中的数值偏差范围，见附录G。
注:
介于图形8a）中的山脉和斜坡与图形8b）中的悬崖和陡坡之间的情况，当顺风斜面长度LD较逆风斜面长度LU长时，很难决定哪种更合适。
在这种情况下，可从图形9a、9b、10a、10b中得出s值，并使用最小值。
2.2.2.3定向系数
定向系数Sd可用来调整基本风速，因而产生在任意方向都可能超过基本风速值的风速。
表3中给出以30°为间隔的所有风向的对应值。
（这里，风向是按传统习惯定义的：
东风的风向为φ=90°，从东边吹向现场）。
如果建筑物的朝向未知或被忽略，则取Sd=1.00为所有方向的定向系数值。
注:
当定向系数同其他方向变化系数一起使用时，表3中给出的值可在所考虑的特殊方向进行插值，或选择风向范围内列表中的最大值。
表3－定向系数Sd值
风向φ
定向系数Sd
0°北
0.78
30°
0.73
60°
0.73
90°东
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