风压高度变化系数及其在结构抗风设计中的应用

自然界中，风是由太阳对地球大气的加热不均匀引起的，加热不均匀引起压力差（压力梯度）使空气产生运动，从而形成风，大气在运动过程中贴近地球表面的大气会产生内摩擦力（水平阻力），这就是黏性的影响。作用在建筑物上的均为地表风，随着大气高度的增加，一直扩展到几百米高时（通常认为在离地面高度为300～550 m时），这种黏性逐渐消失，风速不再受地面粗糙度的影响，形成“大气边界层”。大气边界层以下的风速随着高度的增加而增加，顶部的风速称为梯度风速［9］，顶部以上的风速不再变化。达到梯度风速的高度称为梯度风高度HG。地球不同地面粗糙度类别，来流特征不同，大气边界层厚度（梯度风高度HG）也不同。地面越粗糙，如大城市的市中心，空气的黏性越大，需要到达一个比较大的高度才达到梯度风速，见图2.3-1［10］。

图2.3-1　不同粗糙度影响下的风剖面

确定风剖面速度有两个参数，地面粗糙度指数α和梯度风高度HG。《建筑结构荷载规范：GB 50009—2012》采用指数律作为风速剖面速度的表达式，见式2.3-1。

风剖面风速与地面粗糙度、离地面高度有关，在已知基本风压w0（标准地面粗糙度B类、标准高度10 m）的情况下，为了求出不同地面粗糙度、离地面高度的风压力wa（z），根据下式定义风压高度变化系数：(www.xing528.com)

式中：za——任意地面粗糙度的任意高度（m）；

　　　z——任意一点的高度（m）；

其他参数见式2.2.2-4。