速度压:
$$q_z = 0.613 K_z K_{zt}K_d V^2 I^2$$
设计风压:
$$p = q_z G C_p - q_i G C_{pi}$$
$K_z$: 高度方向速度压系数
$K_{zt}=1.0$(地形系数)
$K_d=0.85$(方向系数)
$G=0.85$(阵风系数)
$C_p=0.8/−0.5$(风压系数)
输入建筑形状、露出分类和基本风速,通过ASCE 7-16简易法实时计算速度压qz、设计风压和基底剪力。用于耐风结构CAE前处理。
速度压:
$$q_z = 0.613 K_z K_{zt}K_d V^2 I^2$$
设计风压:
$$p = q_z G C_p - q_i G C_{pi}$$
$K_z$: 高度方向速度压系数
$K_{zt}=1.0$(地形系数)
$K_d=0.85$(方向系数)
$G=0.85$(阵风系数)
$C_p=0.8/−0.5$(风压系数)
高层办公楼的结构设计:本工具计算的设计风压直接用于建筑外幕墙玻璃强度计算、主要柱梁的截面设计。建筑越高,顶部的速度压$K_z$越大,上面几层承受的风荷载越严苛。
厂房和仓库屋顶设计:平屋顶的大型建筑特别容易受风的吸力(负压)影响。通过本工具可以确认负风压(吸吮力),保证屋顶板和固定件不会被拉扯脱离。
建筑审批的结构计算书:大多数国家和地区都要求提交符合规范的风荷载计算书才能审批。本工具基于国际规范ASCE 7-16的计算逻辑,可作为基础数据。
CAE(结构分析)的输入条件:做FEM(有限元法)详细分析之前,先用本工具算出整栋建筑的风压分布和基底剪力,然后把这些数据导入CAE软件作为荷载条件。
首先,不要混淆"基本风速"和"最大瞬间风速"。基本风速是地面10米高处,50年一遇的平均风速(10分钟平均),而电视新闻里说的"最大瞬间风速60m/s"是短时突风,直接用这个数值会严重高估。比如基本风速36m/s的地区,那个突风的动态效应已经通过工具里的阵风系数G等来体现了,不能简单相加。
其次,建筑形状的"简化"要小心。这个工具假设是长方体,对于形状复杂的建筑(如有大中庭、屋顶不规则)风压系数Cp会变化很大。工具给出的是"第一近似"值,复杂部分要用风洞试验或CFD(计算流体力学)单独验证。
最后,别忽视内部压力。工具简化了内部速度压qi的处理,但实际中建筑"开口率"很关键。一扇窗户玻璃破碎,瞬间建筑内部产生正压,屋顶可能像爆炸一样被吹飞。ASCE 7-16严格按照开口面积比例来确定内风压系数Cpi,工具只是感觉体验,正式设计务必查规范确认。
以15层办公楼(高55m、宽40m、进深30m)、基本风速V=32m/s(东京市中心)为例。高度55m处速度压qH≈1.62kPa(动压系数0.5×空气密度1.225×32²)。采用风压系数Cp=0.8(迎风面)、Cp=-0.4(背风面),得迎风面p_W=1.30kPa、背风面p_L=0.65kPa。投影面积1,650m²对应总基底剪力V_b≈3,142kN,用于RC墙厚度或柱断面积验证