風荷載的多參數表示方法

1工程總承包項目越來越多近年來，越來越多的國內承包商進入國際市場，基于標準的項目總額也越來越大。我國結構設計規(guī)范參考了包括前蘇聯(lián)、加拿大、美國、英國等國的規(guī)范,設計理論采用了世界通用的以概率理論為基礎的極限狀態(tài)設計法2相關荷載組合值中國GB50009-2001規(guī)定:風荷載的荷載分項系數取1.4,組合值系數取0.6;美國ASCE/SEI7-05中的LRFD設計法規(guī)定:風荷載的荷載分項系數為1.6,組合值系數為0.8;英國BS6399-2規(guī)范組成與中國規(guī)范的組成區(qū)別比較明顯,荷載的組合不是在風荷載規(guī)范里規(guī)定而是在各單項規(guī)范里規(guī)定,如進行鋼結構設計時,在BS5950-1:20003主要抗風體系及結構中國規(guī)范規(guī)定式中:w美國規(guī)范剛性建筑主要抗風體系:柔性建筑主要抗風體系:低矮建筑物:開敞式建筑以及其他結構:式中:q英國規(guī)范作用于建筑外表面的壓力為:作用于建筑內表面的壓力為:表面凈壓力:a.封閉式建筑,b.獨立的天篷和建筑基礎,式中:P4基本風速基本風速,作為結構風荷載設計的重要參數,中、美、英三國規(guī)范對其規(guī)定基本相似,見表1,統(tǒng)計規(guī)定主要涉及到6個方面。4.1離地面的影響風速大小隨著高度的變化而變化,鑒于地表摩擦的影響,離地面越高,對應的風速越大,最終將穩(wěn)定在梯度速度。目前,世界上規(guī)定10m為標準高度的國家占大多數,中、美、英三國規(guī)范中對標準高度的取值規(guī)定一致。4.2平均風速的加標地面的粗糙程度,直接影響著平均風速,地面越粗糙,平均風速就越小。因此,有必要為平均風速規(guī)定一個共同的標準。各國一般將地貌劃分成3~4種標準地貌,我國和美國規(guī)范將地貌劃分為4類(A、B、C、D),但定義是相反的,英國規(guī)范將地面粗糙程度分為3類,見表2。4.3平均風速時距平均風速的取值,與時距有著密切的關系。一般而言,時距愈長,平均風速變化愈小,而相應的平均風速最大值也愈小。各個國家的風荷載標準中,標準風速時距取值并不一致。英國規(guī)范取值最長,我國次之,美國時距取值最短。4.4重現期以及添加時間的影響重現期常根據結構的重要性不同而有所區(qū)別,重現期愈長,結構的安全性越好。中、美、英三國規(guī)范中關于最大風速重現期的規(guī)定是統(tǒng)一的,均取50年。4.5風速模型的最在最大風速樣本選取上,中、美、英三國規(guī)范規(guī)定一致,均采用了年最大風速為其統(tǒng)計樣本。4.6平均風速時距三國規(guī)范均采用了耿貝爾極值I型分布曲線作為各國統(tǒng)計曲線函數形式。中、美、英三國關于地貌類別、標準高度、最大風速樣本、風速線型和最大風速重現期的規(guī)定是基本一致的,但在平均風速時距取值上區(qū)別較明顯。顯然,時距越短,易突出風的脈動作用,時距越長,勢必會把較多的小風平均進去,使得最大風速偏低。中、英兩國規(guī)范適用于較大范圍的季風,而美國規(guī)范則主要反映陣風風速,適用于小范圍的陣風,如熱帶風暴等。根據國內外學者所得到的各種不同時距間平均風速的比值,經統(tǒng)計得出各種不同時距與10min時距風速的平均比值見表3,中、美、英三國基本風速比值為1∶1.42∶0.94。8結構動力影響綜合系數中國規(guī)范規(guī)定的風振系數是結構在風載作用下,考慮時間、結構阻尼、空間變異性和周期等因素,計算脈動風作用下,結構動力影響的綜合系數式中:ξ為脈動增大系數;φ美國規(guī)范規(guī)定的陣風影響系數的作用、原理與中國規(guī)范中β柔性或動力敏感結構,陣風影響系數G式中:時間和空間的平均作用很大程度上影響陣風影響系數。建筑物的尺寸越大,陣風的沖擊影響因其在空間上的平均作用而減少,其陣風影響系數越小9規(guī)則結構的體型系數三國規(guī)范均采用了多參數的形式來表示風荷載值,各主要參數的規(guī)定及過程中考慮到的因素基本一致。規(guī)則結構的體型系數取值基本相同,對于外形復雜建筑物的體型系數各國都無法從規(guī)范中直接得到,均建議采取風洞試驗測得;各國關于風振系數、響應方面的研究都不夠完善、成熟,有待進一步深入研究。5動態(tài)風壓q式與中國規(guī)范中基本風壓相對應的參數,美國規(guī)范中稱為風速壓力q中國規(guī)范中基本風壓值w美國規(guī)范中風速壓力q式中:K英國規(guī)范中的動態(tài)風壓q式中:q三國規(guī)范給出的計算公式的常數項基本一致,美、英兩國常數項相同。我國規(guī)范在計算基本風壓時考慮了地形及高度的影響;美國規(guī)范對風速壓力進行計算時不僅考慮了結構高度、地形類別的影響,還考慮了結構的重要性影響;英國規(guī)范在計算動態(tài)風壓時考慮的相對比較復雜,涉及到了海拔、季節(jié)、方向、地形、概率等諸多因素,比我國和美國規(guī)范考慮的更為全面、細致。6結構風載體型系數美國規(guī)范中將針對結構某一表面或某一部分所得到的比值稱為壓力系數,對結構整體而得到的比值稱為風力系數,在我國統(tǒng)稱為體型系數我國規(guī)范規(guī)定的風載體型系數大部分是以平均風壓分布情況表示結構某一表面風壓分布情況,同一表面采用統(tǒng)一的風壓值,而美國、英國兩國規(guī)范都考慮了脈動風的影響,將各受力面(包括屋面、側墻等)劃分為若干個風壓區(qū),不同的風壓區(qū)采用了不同的風壓系數,規(guī)定的更加詳細。我國規(guī)范相對比較具體,對各種形式的結構風載體型系數進行了規(guī)定,給出了38類,但對于一般的圍護結構構件的內、外風載體型系數的規(guī)定較為簡略美、英兩國規(guī)范中的風壓系數均與建筑物的外形相關,設計時考慮風向的變化,同時還考慮了結構的內部風壓,對有門窗、孔洞的封閉式結構及開敞式結構的內部風壓均給出了詳細的規(guī)定;而我國規(guī)范出于結構安全考慮,僅在驗算圍護結構構件時給出了±0.2的內表面局部風載體型系數。相比而言,美、英兩國規(guī)范在壓力系數的分類和規(guī)定上明顯比中國規(guī)范更加細致。7高度風速對風壓的影響中、美、