1.7 定义风荷载体型系数 (适用于中国标准工程计算)

此文章用于解释风荷载体型系数的设定。

基本说明

使用的建筑标准不同，风荷载设定方式也不一样。有些建筑标准对结构的外表面和内表面分别使用不一样的风压系数，有些建筑标准则采用净风压系数。净风压系数 = 外表面风压系数 - 内表面风压系数。系数为正则风压指向表面（正压），负值则说明风压指向表面外（负压）。结构的内测内表面（Internal interior）和内侧外表面（Internal exterior）的风压系数也不一样。在下图中屋面的楼阁房间和屋檐下的系数为不同的值。屋檐下的风压系数和墙体的外表面一致。净压力的计算如图中例子所示。如果净压作用指向外表面，则净压力为正。因为上升风压作用远离外表面，所以净压力为负。

对于平面结构，两面的风荷载会对其产生负的作用力（如下图所示）。

注意

如果没有定义结构的内压力区域，那么在设定风荷载时则假设平行结构的下方等气流没有阻隔。

注释

建筑可以设定为密闭的，也可以设定为半开放的。如果有开口，那么建筑内压力则会因外风压的改变而产生变化。如果开口足够大，那么建筑可以视为全开放的。这种情况气流可以随意穿透建筑，那么屋面下的墙体则会阻挡气流，并对内风压的分布造成影响。开口相对于风向的朝向会对建筑内压系数造成影响。如果下图所示的蓝色箭头指风向，那么在第一种情况中开口则是000,（与主风向成0度）。在第二种情况中开口面试090（与主风向成90度）。开口面的方向角度以顺时针方向测量。第三种情况为180.

提示

由于气流可能形成层状或者乱流，每个面上存在最大和最小风压系数。

是否设定风压系数的最大和最小值视乎所用的建筑标准。

设定步骤

设定风压系数前应选择屋面和天花板并展开结构
根据项目结构在建筑标准中查找适用的风压体型系数。在此例子中建筑是密闭的并无天花板。我们将使用下图显示的墙体上和屋面净风压系数（下图取自于GB50018-2002）。
我们假设内侧内表面风压系数是0 （因为是建筑是密闭的）。此例子的屋面是不对称的，第一种情况中60度的坡面为迎风面。对于迎风面的外表面我们设定风压系数为0.8，因为内侧内表面风压系数为0，所以净风压系数为0.8。60度迎风面的内侧外表面应与应风墙的压力系数一致，为0.8. 这意味着屋檐的净风压系数等于0. 对15度背风面，外表面风压系数为0.6，内侧外表面为-0.5，内侧内表面为0.
当风向倒转后，60坡面为背风面。那么风压系数则应该按照表中背风面来取值。在此例子中背风面屋面的风压系数从表中查得为-0.6。60度坡面下的屋檐取值为-0.5（与背风面墙体的取值一致）。对于迎风的15度坡面的外表面取值-0.6，内侧外表面为+0.8，内侧内表面为0.
在此情况中，风朝向平行于屋面。60度坡面的风压系数应与侧风面墙体的取值相同。对15度侧风面，是外表面取值-0.7，内侧外表面取值-0.7，内侧内表面0.0. 对于15度的侧风坡面，我们也可以对内侧外表面设定最大值+0.8和最小值-0.7，这样设定意味着同时考虑了此屋面在迎风，背风和侧风面的情况。

按照开口方向调整建筑内压力

当我们计算风荷载净压力系数时，实际上对于封闭式并存在可渗透墙体的建筑来讲，内压力系数会在-0.3和+0.6之间改变，同样，对于完全封闭并存在未打开窗户的建筑，内压力则会在-0.2到0之间改变。设计师需要自行计算得到合适的最大最小值。对于存在开口的建筑，内压力系数等于建筑开口墙的外部风压系数。当计算内压力系数由于开口引起的加成系数时，可用以下公式计算：内压力系数加成=存在开口的建筑内压力系数 - 原内压力系数。正风向，背风向以及侧风向的加成系数需要分开计算。

注意

如果原内压力系数定义为0，那么内压力加成系数则等于建筑开口墙体的外压力系数，如下图所示。