如何计算标准风荷载？

标准风荷载是指建筑物在使用期内可能出现的最大单位荷载值。

计算公式为：Wk=Bz×Us×Uz×Wo

式中：Wo为建筑物所在地基本风压；

Uz为风压高度变化系数；

Us为风荷载体型系数；

Bz为Z高度处的风振系数。

由计算公式知：标准风荷载由建筑物所在地区基本风荷载、风压高度变化系数、建筑体形系数、建筑Z高度处风振系数等要素构成。标准风荷载随建筑所在地地面粗糙度、建筑层次、建筑形状与部位不同而不同。任一因素发生变化，标准风荷载随之发生变化，并不是恒定值。

1.1　基本风压

基本风压是由风压和热压作用而形成的空气动力荷载，即空气发生水平流动时，在一定速度作用下，施加于建筑物与外门窗的单位面积压力。当风正对于建筑物或门窗时产生正风压，背对于建筑物或门窗时产生负风压。目前对基本风荷载的确定，国际上没有统一规定。各国依据各自国家地理位置，气象特点予以制定，大体上可分为两种风压制，即平均风速风压制和瞬时风速风压制。我国现行风压标准是以平均风速风压制进行计算的，即以一般空旷平坦地面，离地10m高，统计的50年一遇10分钟平均最大风速计算。GB5009-2001《建筑结构荷载规范》7.1.2条款规定：“基本风压应按本规范附录中附表给出50年一遇风压采用，但不得小于0.3kN/m2。”见表2-7。“对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关结构设计规范具体规定：对于高层建筑，其基本风压乘以系数1.1后采用。对于特别重要和有特殊要求高层建筑，其基本风压乘以系数1.2后采用”。

表2-7　全国城市基本风压值表

续表

1.2　风压高度变化系数

指建筑所在地地面粗糙度及建筑高度形成的阻力等因素，对自然界来风影响程度的有关系数。地面粗糙度越小，建筑高度越高，风压高度变化系数Uz越大，即随地面粗糙度增大而减少，随建筑高度增大而增大。可依据地面粗糙度类别与建筑在Z（m）高度位置，分别按下列公式计算：

UzA=1.379（Z/10）0.24（Z≤300m）

UzB=1.000（Z/10）0.32（Z≤350m）

UzC=0.713（Z/10）0.4（Z≤400m）

UzD=0.318（Z/10）0.6（Z≤500m）

式中：Z为建筑物的高度，A、B、C、D分别为地面粗糙度类别，按以下原则确定：

A类为近海海面、海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类为空旷田野、乡村、丛林、丘陵及房屋比较稀少的中小城镇和大城市郊区；

C类为多层和高层建筑且房屋比较密集大城市市区；

D类为城市中心中高层建筑集中地区。(www.xing528.com)

地面粗糙度也可按表2-8定量描述表确定：

表2-8　地面粗糙度类别定量描述表

▲H：建筑物高度。
▲▲此处仅描述了A类的海岸地区。

一般规定：20m高度以下建筑物取20m高度Uz值计算，20m以上高度建筑物按建筑物具体高度计算。除以上计算方法外，也可依据GB5009-2001《建筑结构荷载规范》提供的风压高度变化系数Uz表确定，见表2-9。

表2-9　风压高度变化系数Uz

1.3　风荷载体型系数

与建筑物体形、尺度及风向有关的系数，指自然风在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来风速度压的比值，描述的是建筑物表面在稳定风压作用下静态压力的分布规律。建筑外表形状不同，对来风形成的反作用力亦不同。由于自然风是没有固定风向的，对于建筑外墙与门窗而言，既可能承受正压作用，也可能承受负压作用。即使来风作用于一个方向，建筑一面墙与门窗承受正压，对面墙与门窗即承受负压。在门窗风荷载计算时，一般取对门窗荷载影响最大值，即负压值。由于转角窗在负压状态时为凹面受力，转角部位拼接杆件与其他杆件相比，承受的外作用力远大于其他杆件，故形状系数取值较高。同时当门窗外表面受到付压时，封闭式建筑内表面有一个方向相同付压（对门窗而言为付压，对室内空间而言，称之为正压），与其相叠加。GB5009-2001《建筑结构荷载规范》规定：对于建筑外墙面，取-1.0，外墙角边取-1.8，封闭式建筑内表面取-0.2。在标准风荷载计算时，应以外表面付风压系数加上内墙表面付压系数。因此墙面外门窗标准风荷载计算体型系数以-1.2为准，墙角外门窗转角杆件标准荷载的体型系数以-2.0为准，比较适宜。

还应强调：由于背向来风施加给转角外窗两则玻璃荷载，主要集中、传递给转角杆件，对其他杆件影响不大，因此转角窗其余主要受力杆件风荷载计算，仍以墙面门窗体形系数计算的标准荷载为准。

1.4　Z高度处的风振系数

自然界来风受建筑所在地地面粗糙度与建筑高度等因素影响程度有关的系数。地面粗糙度越大、建筑高度越低，Z高度处风振系数Bz越大，随地面粗糙度增大而提高、随建筑高度增高而减少。

计算建筑风荷载标准值时，可采用阵风风压系数Bo。依据GB5009-2001《建筑结构荷载规范》，由表2-10确定。

表2-10　阵风系数表Bo

续表

由上述两表提供的数值可知：风压高度系数与阵风系数均不是恒定值，而是两组与地面粗糙度及建筑高度有关的值域。业内有关文献将风压高度系数按1.5、阵风系数按2.25的固定值计算，无疑是欠妥当的。

全国不同风压地区、不同地面粗糙度与建筑高度风荷载标准值，见表2-11。

表2-11　全国不同风压地区、不同地面粗糙度与建筑地高度风荷载标准值表

应予说明两点：一是依据JGJ113-2003《建筑玻璃应用技术规程》4.1.2条款规定：“按本规程式（4.1.1）计算的风荷载标准值小于0.75kPa时，应按0.75kPa采用，高层建筑玻璃风荷载标准值亦按计算值加大10%采用”。可见门窗标准风荷载值与玻璃标准风荷载值计算是有区别的。在基本风压0.3kN/m2的C、D类地区，玻璃标准风荷载要求相应高一些。但在一些文献中将两个风荷载标准值计算混为一谈，玻璃风荷载标准值计算值小于0.75kPa时，也按0.75kPa采用，显然是不适宜的。

二是根据GB/T7106-2002《建筑外窗抗风压性能分级及检测方法》规定，P3值与工程的风荷载标准值Wk相对比，应大于或等于Wk。业内某些文献谈到设计风荷载值问题，即在风荷载标准值的基础上再乘一个1.4的分项系数。笔者反复研究《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），认为：1.4作为永久荷载的分项系数YG，在玻璃幕墙构件、连接件和锚固件承载力效应组合计算时应予以考虑。而在门窗风荷载计算时，一般情况下可不予采用。