風災是自然災害的主要災種之一，其發生頻繁，在全世界範圍內造成了巨大的人員**和經濟損失。其中對結構工程師來說，如何使自己的結構能夠抵抗可能出現的風災，也是近年來結構設計的重點之一。近20年來，國內外建造了大量的重大工程建築結構，在這些重大工程的設計中，強風作用下結構的風荷載往往決定著結構的安全效能，需要引起設計人員的高度重視。
風，即在外力作用下引起的氣流流動。首先能夠影響到建築安全性的風大多都是近地風。那麼近地的風有什麼樣的特點呢？
在流體力學中我們知道，流體固壁對流體的剪下力使得流體速度接近於零，並且隨著與固壁距離的增大這種剪力會減小。同理，地球表面通過地面的摩擦對空氣水平運動產生阻力,從而使氣流速度減慢,該阻力對氣流的作用隨高度的增加而減弱,當超過了某一高度之後,就可以忽略這種地面摩擦的影響,氣流將沿等壓線以梯度風速流動,稱這一高度為大氣邊界層高度或邊界層厚度，一般達到幾百公尺以上。結構上需要考慮的風都處於大氣邊界層中。
在邊界層以上的大氣稱為自由大氣，以梯度風速流動的起點高度稱作梯度風高度，用z c表示，梯度風速用v zc表示，就可以得到以下乙個定性的風速關係：
一般來說如果與流體力學相對應的話，大氣邊界層內近地層的氣流是湍流。而在自由大氣中的空氣流動則是層流，基本上是沿著等壓線以梯度速度流動（均勻流）。作為土木工程結構設計者，我們最關心的是處於大氣邊界層內部風的狀況。
在對大氣邊界層內部風速變化的研究中，一般用對數律表示大氣底層風速廓線比較理想，其表示式為
式中，——大氣底層內z』高處的平均風速
——摩擦速度或流動剪下速度
——卡曼常數
——地面粗糙長度
——有效高度
這種方法是現階段公認的較為理想的大氣底層風速廓線描述方法。在此基礎上，接下來對風對結構的作用進行描述。首先，我們能測得的是風的速度，而風對結構的作用則是採用風壓或者風力進行表達，因此這裡首先說到如何將風速轉化成風壓。
因為大氣邊界層中我們認為氣體不可壓，因此根據伯努利方程
p + ρv2/2 +ρgh =常量
忽略體力作用的話，以w1表示單位面積上的靜壓力（k n/m），可將上公式改寫成
當v=0時，c1=w2為最大靜壓力，令為靜壓力則有
這就是在已知基本風速情況下的風壓計算公式。接下來描述風在建築上的壓力分布。
在上課的時候老師就提到過在高風中窗戶往外倒，的確，這是乙個涉及到伯努利方程的問題，風速大，壓力小。然而這只能解釋側面風，正面風其實風壓還是很大的，如果是單向風的話，牆壁會承受很大的風壓。一般地，處於風流場中的建築物，其迎風面一般會受到壓力作用，且由於建築大多為都是直角直線型的結構，在背風面、側面和屋面角部會產生一定的旋渦，從而引起吸力。
而其屋面則更是會有很大的負壓，歷史上多次發生在風災中著名建築屋頂被掀的事情。下面對建築物正面、側面、屋面和背面的風流動作進一步解釋。
對於建築物的正面，氣流對該表面有向下流動的趨勢，而且繞兩側和頂面流動，根據查詢資料，如果假設正面為矩形的話，用流體力學的流線分析，假設空氣來流為對數律，則大約在建築物的2/3高度處，氣流與建築碰撞後速度為零，產生乙個正面的滯點。根據流線分析法，經過這點的流線是一條直線，由於流線不相交，我們可以認為該滯點也是乙個輻射發散的中間點，在這點以上的部分流線向上公升，即該點以上的氣體上公升並越過屋頂；這點一下的部分流線則下降，即氣流向下並流向地面受地面阻擋之後形成乙個反來流風向的風，在與來流碰撞過程中產生能量損耗並最終再次向建築衝擊，因此在建築物緊靠地面處形成乙個水平的滾動，成為駐渦區。右圖是我畫的乙個簡圖，一般研究中很少會提到正面壓力下渦流的作用，因為該處並非壓力值最大的地方。
這裡我查閱過一些資料，關於迎風面的壓力分布，毫無疑問在滯點處壓力值是最大的，然後垂直方向離滯點越遠的地方壓力值會越小，按道理來說是這樣，然而在往下的過程中出現了乙個增加的趨勢。我認為這是因為渦流靠近建築迎風面的地方由於有乙個向下的速度，根據伯努利定理有乙個壓力值下降得較快的階段，然後繼續往下遠離這個渦流垂向速度時壓力值會因此有乙個增加的過程。我的想法是因為這個渦流垂向速度過大而使得其抵消來流的橫向碰撞動量，從而使得在建築靠近地面處也產生負壓，即內部壓強大於來流方向那方的壓強，從而建築上部壓力合力是順風的，而下部合力則是逆風的，如此形成乙個力矩，破壞建築的結構。
我提出這個是因為在查閱結構風災資料的過程中，發現一些高層建築的破壞很多都是上部分破壞是順著風倒下的，而下部分則是逆著風（迎著風）倒的，這裡有沒有近地渦流的影響，還需要進一步的研究。
至於側面的壓力分布，雖然正面垂向壓力分布不均勻，然而在繞過角點經過側面後，側面的壓力分布沿垂向趨於均勻，一般其豎向變化是比較小的。查閱資料的時候我發現學者對側面關注得不是很多，因為側面壓力一般小於建築內部壓力，但是合力還是相對較小，引起的破壞相對正面和屋頂來說相對小。然而有意思的是，我對比資料時候發現，側面的平均壓強的絕對值正好與正面（迎風面）渦流區的最小壓強十分接近（略大），即渦流垂向速度最大處的壓強。
所以我認為側面垂向壓力分布趨於一致其實也有著漩渦引起的豎向摻混作用。而且根據對數律，上部分的風速應該會大於下部分的風速，如果僅僅是這樣的一種從前到後的風的作用，應該出現的情況是側面上部分的壓強小於下部分的壓強。如果考慮進去渦流的話，風速大的地方會形成乙個相對來說速度也較大的渦流，靠近壁面處渦流速度時反向的，與正面來流抵消之後會達到乙個均值。
至於屋頂，首先，在正面風壓的時候提到過，只有建築物上部大約1/3的氣流流向屋面以上，並在屋頂迎風前沿分離，與側面類似，在前緣部分會形成乙個逆向的渦流。然而由於屋頂較長，氣流會再次附著在屋面上。屋面上的全部風壓均為負值，而且其絕對值遠比側面要大。
而且在再次附著的地方其負壓絕對值甚至超過了正面滯點處的正壓值，這也是為什麼破壞經常是屋頂先破壞的原因。而且由於沿著風速方向，負壓絕對值越來越大，所以破壞時常出現的場景是，假如風從東面來，一幫是屋頂西面先被掀起。
至於建築背面，由於屋頂以及兩側風速，在建築背面會形成一對相反的水平漩渦流動和乙個垂向的漩渦流動，相互摻混之後使得壓力達到乙個較為均勻的水平。由於漩渦產生的垂向速度，也使得背面壓力值為負，即內部壓強大餘外部壓強。
從上面提及可以知道，建築物正面受到壓力作用，為正值；而背面，側面和屋頂則是受到吸力，為負值。一般的，處於風流場的建築物，其迎風面一般會受到壓力作用；而背風面、側面和屋頂都是受到漩渦作用，從而引起吸力。
上面只是通過流體力學的方法對結構的靜風力進行乙個分析。實際中的風對建築結構的作用要遠比之複雜。大致可以分為以下三種：
1. 順風向的風力作用，包括平均風和脈動風；
2. 結構背後的漩渦引起的結構物的橫風向的振動；
3. 風力對結構偏心作用的風力扭矩。
在這幾種作用下的結構抗風設計要求也應該做到以下幾點：
1. 結構抗風設計必須滿足強度設計要求,也就是說結構的構件在風荷載和其他荷載的共同作用下內力必須滿足強度設計的要求,確保建築物住風力作用下不會產生倒塌,開裂和殘餘變形等破壞現象,以保證結構的安全。
2. 結構抗風設計必須滿足剛度設計要求,也就足說要使結構的位移或者相對位移滿足有關的規範要求,以防止建築物在風力的作用下引起隔牆開裂、建築裝飾和非結構構件因位移過火而損壞。
3. 為防止風力對外牆、玻璃、女兒牆及其他裝飾構件的區域性損壞,也必須對這些構件進行合理設計。
4. 結構抗風設計必須滿足舒適度設計要求,以防止居住者在風力作用引起的擺動造成的不舒適。影響人體感覺不舒適的主要因素有振動頻率、振動加速度和振動持續時間。
一般採用限制結構振動加速度的方法來滿足舒適度的設計要求。
總的來說，現階段結構的抗風設計已經成為結構工程師必須考慮進去的設計因素。而以此為基礎的研究也被越來越多的人所關注。在風工程的研究中流體力學是重要的部分。
例如計算風工程成為了風工程研究領域的又一嶄新的研究方法。計算風工程的核心內容就是計算流體動力學（cfd），結合流體力學和結構力學的方法對結構抗風進行設計也成了一種趨勢，是未來結構抗風設計的主要方向之一。
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