风荷载信息及风荷载计算方法

风荷载信息包括水平风荷载和特殊风荷载相关的参数，如图3-18所示。若在总信息中选择了不计算风荷载，可不必考虑本页参数的取值。

图3-18 风荷载信息

相关参数的含义及取值原则如下：

1.地面粗糙度类别

《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）8.2.1条：对于平坦或稍有起伏的地形，风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按表8.2.1确定。地面粗糙类别分A、B、C、D四类，用于计算风压高度变化系数等。

2.修正后的基本风压

修正后的基本风压即《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）公式（8.1.1-1）的风压值w₀，一般按照《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）给出的50年一遇的风压采用。对于部分风荷载敏感建筑，应考虑地点和环境的影响进行修正，沿海地区和强风地带应在规范规定的基础上将基本风压放大1.1～1.2倍。《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程（2012年版）》（CECS 102：2002）中规定，基本风压要按现行国家标准《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）的规定值乘以1.05采用。设计人员应自行依据相关规范、规程对基本风压进行修正，程序以设计人员填入的修正后的风压值进行风荷载计算，不再另行修正。

3.X、Y向结构基本周期

“结构基本周期”用于脉动风荷载的共振分量因子计算，见《建筑结构荷载规范》（GB50009—2012）公式（8.4.4-1）和公式（8.4.4-2）。

建议：1）对于比较规则的结构，可以采用近似方法计算基本周期：框架结构T₁=（0.08～0.10）n；框剪结构、框筒结构T₁=（0.06～0.08）n；剪力墙结构、筒中筒结构T₁=（0.05-0.06）n，其中n为结构层数，程序默认按照此方法自动计算出结构的基本周期。

2）设计人员也可以在SATWE计算完成后的WZQ.OUT文件中查看X向和Y向的基本周期，得到了准确的结构自振周期，再回到此处将新的周期值填入，然后重新计算，从而得到更为准确的风荷载。

例如，某13层剪力墙结构，如果按近似方法计算X、Y向周期T₁=0.05×13s=0.65s，计算后查看计算结果WZQ.OUT文件，可知X向周期0.6526s，Y向0.4947s，要准确计算风荷载可以把X、Y向周期回填到“风荷载信息”，如图3-19所示。

图3-19 13层剪力墙结构X、Y向结构基本周期

4.风荷载作用下结构的阻尼比

此参数作用有如下两点：

1）用于脉动风荷载的共振分量因子计算，见《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）公式（8.4.4-1）。程序默认混凝土结构及砌体结构阻尼比为0.05，有填充墙钢结构阻尼比为0.02，无填充墙钢结构阻尼比为0.01。

2）《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）3.7.6条规定：房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求。进行“舒适度验算”时，混凝土结构阻尼比取0.02，混合结构根据房屋高度和结构类型取0.01～0.02。

5.水平风体型分段数、各段体型系数

现代多高层结构立面变化较大时，不同区段内的体型系数可能不一样，因此需要分段定义体型系数。计算水平风荷载时，程序不区分迎风面和背风面，直接按照最大外轮廓计算风荷载的总值，此处应填入迎风面体型系数与背风面体型系数绝对值之和。

《高层建筑混凝土结构技术规程》附录B对于一些常见体型给出了风荷载体型系数。

注意：1）程序限定体型系数最多可分三段取值。

2）程序计算风荷载时自动扣除地下室高度，因此分段时只需考虑上部结构，不用将地下室单独分段。

6.特殊风体型系数

“特殊风荷载定义”菜单中使用“自动生成”菜单自动生成全楼特殊风荷载时，需要用到此处定义的信息（详见本章第四节）。

“特殊风荷载”的计算公式与“水平风荷载”相同，区别在于程序自动区分迎风面、背风面和侧风面，分别计算其风荷载，是更为精细的计算方式。应在此处分别填写各区段迎风面、背风面和侧风面的体型系数。

“挡风系数”考虑了楼层外侧轮廓并非全部为受风面积，存在部分镂空的情况。当该系数为1.0时，表示外侧轮廓全部为受风面积，小于1.0时表示有效受风面积占全部外侧轮廓的比例。程序计算风荷载时按有效受风面积生成风荷载，可用于无填充墙的敞开式结构。

7.设缝多塔背风面体型系数

计算带变形缝的结构时（图3-20），如果设计人员将该结构以变形缝为界定义成多塔后，程序在计算各塔的风荷载时，对设缝处仍将作为迎风面，计算的风荷载将偏大。

(www.xing528.com)

图3-20 变形缝结构平面图

为扣除设缝处遮挡面的风荷载，可以指定各塔的遮挡面，此时程序在计算风荷载时，将采用此处输入的“背风面体型系数”对遮挡面的风荷载进行扣减。如果设计人员将此参数填为0，则相当于不考虑挡风面的影响。

注意：遮挡面的指定需要在“多塔结构补充定义”中进行（详见本章第五节）。

8.承载力设计时风荷载效应放大系数

《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2010）4.2.2条规定：对风荷载比较敏感的高层建筑，承载力设计时应按基本风压的1.1倍采用。

设计人员只需按照正常使用极限状态确定风压值，程序在进行风荷载承载力设计时，将直接对风荷载作用下的构件内力进行放大，不改变结构位移。自动对风荷载效应进行放大，相当于对承载力设计时的风压值进行了提高，这样一次计算就可同时得到全部结果。

例如，计算某建筑物的承载力。设计时风荷载效应放大系数分别取1和1.1，计算结果文本文件WWNL∗.OUT中输出的内力标准值结果如图3-21所示。

注意：结构对风荷载是否敏感，主要与高层建筑的体型、结构体系和自振特性有关。一般情况下，对于房屋高度大于60m的高层建筑，承载力设计时风荷载计算可按基本风压的1.1倍采用，对于房屋高度不超过60m的高层建筑，风荷载取值是否提高，可由设计人员根据实际情况确定。

9.用于舒适度验算的风压、阻尼比

高层建筑物在风荷载作用下将产生振动，过大的振动加速度将使在高楼内居住的人们感觉不舒适，甚至不能忍受。因此《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3—2010）3.7.6条规定：房屋高度不小于150m的高层混凝土建筑结构应满足风振舒适度要求，明确了“舒适度验算”时阻尼比的取值，对混凝土结构取0.02，对混合结构根据房屋高度和结构类型取0.01～0.02。结构顶点风振加速度限值a_lim见表3-1。

图3-21 风荷载放大后的内力

表3-1 结构顶点风振加速度限值alim

SATWE根据《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99—1998）5.5.1第四条和《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）J.1、J.2公式对风振舒适度进行验算：

顺风向顶点最大加速度：[《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99—1998）式（5.5.1-4）]

横风向顶点最大加速度：[《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ 99—1998）

式（5.5.1-5）]

顺风向顶点最大加速度：[《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）J.1]横风向顶点最大加速度：；[《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）J.2]

例如，某高度291.05m的超高层框筒结构（图3-22），其舒适度验算结果在计算结果文件WMASS.OUT文件中输出。

10.考虑顺风向风振影响

参考国外规范及我国建筑工程抗风设计和理论研究的实践情况，当结构基本自振周期T₁≥0.25s时，高度超过30m且高宽比大于1.5的高柔房屋，由风引起的结构振动比较明显，而且随着结构自振周期的增长，风振也随之增强。因此在设计中应考虑风振的影响。此项打钩时，程序自动按照《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）公式（8.4.3）计算风振系数，否则不考虑风振系数。

图3-22 291.05m框筒结构舒适度验算结果

11.横风向风振和扭转风振

《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）8.5.1条规定：对于横风向风振作用效应明显的高层建筑及细长圆形截面构筑物，宜考虑横风向风振的影响。勾选此项后，程序按照《建筑结构荷载规范》（GB 50009—2012）附录H关于矩形平面高层建筑的规定，针对每个顺风向荷载工况，相应增加横风向和扭转工况。计算结果在各层标准内力文件WWNL∗.OUT中输出X、Y方向风荷载作用下的横风向风振和扭转风振的标准内力，如图3-23所示。

注意：判断高层建筑是否需要考虑横风向风振的影响这一问题比较复杂，一般要考虑建筑的高度、高宽比、结构自振频率及阻尼比等多种因素，并要借鉴工程经验及有关资料来判断。一般而言，建筑高度超过150m或高宽比大于5的高层建筑可能出现较为明显的横风向风振效应，并且效应随着建筑高度或建筑高宽比增加而增加。高度超过30m且高宽比大于4的细长圆形截面构筑物也需要考虑横风向风振。

图3-23 横风向风振和扭转风振的标准内力