基本風壓

基本風壓又稱參考風壓、標準風壓。空曠平坦地面或海面以上規定標準高度處的規定時距和重現期的年平均最大風壓。結構物抗風設計的基準風壓，可由現場實測風速資料或氣象站風速觀測資料經統計分析得到，即可由基本風速按以下公式求得：W=1/2ρV²，式中W為風壓； V為風速； ρ為空氣密度。

基本介紹

• 中文名：基本風壓
• 外文名：Basic wind pressure
• 依據法律：《建築荷載規範》
• 又稱：參考風壓、標準風壓等
• 計算公式：W=1/2ρV2   
• 間接反映：當地風速基準值

計算

基本風壓與風剖面、重現期、離地高度等因素有關，對於不同設計安全度的荷載規範，其基本風壓亦有較大差別，如橋規與房屋風荷載規範中基本風壓明顯不同。

由基本風壓計算離地面10m高度處風速，最根本的方法要經過兩次換算：首先，由規範基本風壓及其風剖面換算至大氣邊界層梯度高度處風速，再由該風速按工程場地處風剖面換算得出離地10m高度處風速。注意，規範規定某一地區風壓，給定的風剖面指數與梯度高度同該地區內工程場地相關參數可能有較大不同。

基本風壓的計算

定義條件

1.標準高度的規定：

風速隨高度而變化。離地面愈近，由於地表摩擦能量消耗較大，因而風速較小；離地面愈高，能量消耗逐漸減少，因而風速也愈來愈大。因此必須規定一標準高度以便於換算和比較。不同國家有不同的規定，對不同建築物也有不同的規定。由於我國氣象台記錄風速儀安裝高度大都在8-12m之間，因此我國現行荷載規範對房屋建築類統一取10m為標準高度，並定義標準高度處的最大風速為基本風速。目前世界上規定10m為標準高度的國家占大多數，有美國、前蘇聯、加拿大、澳大利亞、丹麥、法國等國，日本為15m，巴西、挪威為20m。

2.標準地貌的規定：

同一高度的風速還與地貌或地面粗糙度有關。例如大城市市中心，建築密集，地表愈粗糙，風能消耗愈大，因而風速或風壓也愈小。例如海岸附近，平均風速最高，而大城市中心最低。由於粗糙度不同，影響著平均風速或風壓的取值，因此有必要為平均風速規定一個共同的標準。GBJ9-87將全國粗糙度等級由TJ9-74的陸海兩類改成A、B、C三類，但隨著我國城市房屋的高度和密度日益增大，因此對大城市中心地區，其粗糙度程度也有不同程度的提高。大多數已開發國家，諸如美、英、日等國家的規範以及國際標準ISO4354和歐洲統一規範EN1991-2-4都將地面粗糙度等級劃分四類甚至五類日本。美國ANSI/ASCE7-88將地面分為A、B、C、D四類，A類是高樓密集的中心城區；B類是城區，郊區，有樹木的地區，或有密集單個家庭或兩個家庭居住房屋分布的地區；C類是稀疏分布高度小於的低矮障礙物的空曠地區；D類是平坦，沒有障礙物的地區，以及颶風區以外的海面，也包括泥地，鹽地或未破壞的冰面。為適應當前發展形勢，我國《建築結構荷載規範》將地貌按地面粗糙度分為A、B、C、D四類。A類是指近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠等，其粗糙度指數取0.12；B類指空曠田野、鄉村、從林、丘陵及房屋比較稀疏的中小城鎮和大城市郊區，其粗糙度指數取0.16；C類指有密集建築群的城市市區，其粗糙度指數取0.22；D類是指有密集建築物且有大量高層建築的大城市市區，其粗糙度指數取0.3。粗糙度指數主要根據近年利用高塔和氣球的風速觀測資料經統計分析得出的。

目前風速儀大多安裝在氣象台，而氣象台一般不在城市中心，設在周圍空曠平坦的地區居多。因此我國與大多數國家一樣，標準地貌指空曠平坦地區，在具體執行時，對於城市郊區，房屋較為低矮的小城市，也作標準地貌(B類地貌)處理。

3.公稱風速（平均風速）的時距：

公稱風速實際是一定時間間隔（時距）內的平均風速。風速是隨時間不斷變化的，一般來說，時距越短，平均風速越大時距越長，平均風速也就越小。因而如何取值對分析很有影響，通常取一規定時間內平均風速作為計算的標準。根據陣風的特性，每次大風約在1min重一次，陣風的卓越周期約在1min，如以10min為標準，則基本上覆蓋個10個周期的平均值，我國標準取平均風速時距為10min。各國平均時距的取值變化很大，日本採用瞬時最大風速，前蘇聯及東歐國家，為2min，英國、澳大利亞為3秒鐘，丹麥、法國取10min，加拿大取1h，美國傳統規範採用的是變時距，約為0.5~1min，近兩次標準一和修訂為3s。正是由於這個原因，致使採用不同的規範計算出的風荷值相差很大。

4.最大風速的樣本：

最大風速樣本的取法影響著平均風速的數值。若以日最大風速為樣本，則一年有365個樣本，平時低風速的日子其風速值占很大的權，而最大風速那一天的風速只占1/365的權，因而最大風速的重要性大大降低了，統計出的平均風速必將大大降低。若採用月最大風速，則一年中的最大風速也只占1/12的權重，也降低了最大風速所起的重要性，所得結果也是偏低的。對於工程結構應該能承受一年中任何日子的極大風速，因此應取年最大風速為樣本。由於氣候重複性關係，採用年最大風速作為樣本是較合適的。世界各國包括我國在內，基本上是取年最大風速為統計樣本，即每年以一個最大風速記錄為一個樣本。

5.最大風速的重現期：

實際工程設計時，一般需考慮數十年（如30、50年等）的時間範圍內的最大風速所產生的風壓，則該時間範圍內的最大風速定義為基本風速，而該時間範圍可理解為基本風速出現一次所需的時間，即重現期。重現期不同，標準平均風速就不同。這也是各國風壓計算相異的主要原因之一。我國現行荷載規範規定重現期為50年，舊規範定為30年。對於高層和高聳結構，該值可定為50年。而美國、日本、英國、丹麥、新加坡、波蘭等都將其定為50年。重現期為30年和50年時，其保證機率分別為96.67%和98%。

從機率意義上，該設計標準也可理解為不超過該值的機率或保證率，體現了結構安全度標準。這樣,結構的重現期與不超過該設計值的保證率具有一定關係。由於最大風速的樣本是以年最大風速為標準，因而重現期也通常以年為單位。

6.大風速的機率分布或機率密度曲線：

為了求出設計最大風速,必須確定重現期或保證率。由於涉及機率計算，因而必須知道最大風速的統計曲線函式，即機率密度函式。這些函式所表達的曲線型式常稱為線型。目前最大風速分布函式國內外都採用固定的數學函式，例如皮爾遜III型分布、極值I型分布、極值II型分布、威布爾分布等來表達。我國及多數國家採用極值I型分布曲線。