風(fēng)荷載的多參數(shù)表示方法

1工程總承包項(xiàng)目越來(lái)越多近年來(lái)，越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)承包商進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，基于標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目總額也越來(lái)越大。我國(guó)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范參考了包括前蘇聯(lián)、加拿大、美國(guó)、英國(guó)等國(guó)的規(guī)范,設(shè)計(jì)理論采用了世界通用的以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)法2相關(guān)荷載組合值中國(guó)GB50009-2001規(guī)定:風(fēng)荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)取1.4,組合值系數(shù)取0.6;美國(guó)ASCE/SEI7-05中的LRFD設(shè)計(jì)法規(guī)定:風(fēng)荷載的荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.6,組合值系數(shù)為0.8;英國(guó)BS6399-2規(guī)范組成與中國(guó)規(guī)范的組成區(qū)別比較明顯,荷載的組合不是在風(fēng)荷載規(guī)范里規(guī)定而是在各單項(xiàng)規(guī)范里規(guī)定,如進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),在BS5950-1:20003主要抗風(fēng)體系及結(jié)構(gòu)中國(guó)規(guī)范規(guī)定式中:w美國(guó)規(guī)范剛性建筑主要抗風(fēng)體系:柔性建筑主要抗風(fēng)體系:低矮建筑物:開敞式建筑以及其他結(jié)構(gòu):式中:q英國(guó)規(guī)范作用于建筑外表面的壓力為:作用于建筑內(nèi)表面的壓力為:表面凈壓力:a.封閉式建筑,b.獨(dú)立的天篷和建筑基礎(chǔ),式中:P4基本風(fēng)速基本風(fēng)速,作為結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載設(shè)計(jì)的重要參數(shù),中、美、英三國(guó)規(guī)范對(duì)其規(guī)定基本相似,見表1,統(tǒng)計(jì)規(guī)定主要涉及到6個(gè)方面。4.1離地面的影響風(fēng)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(duì)應(yīng)的風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)高度的國(guó)家占大多數(shù),中、美、英三國(guó)規(guī)范中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)高度的取值規(guī)定一致。4.2平均風(fēng)速的加標(biāo)地面的粗糙程度,直接影響著平均風(fēng)速,地面越粗糙,平均風(fēng)速就越小。因此,有必要為平均風(fēng)速規(guī)定一個(gè)共同的標(biāo)準(zhǔn)。各國(guó)一般將地貌劃分成3~4種標(biāo)準(zhǔn)地貌,我國(guó)和美國(guó)規(guī)范將地貌劃分為4類(A、B、C、D),但定義是相反的,英國(guó)規(guī)范將地面粗糙程度分為3類,見表2。4.3平均風(fēng)速時(shí)距平均風(fēng)速的取值,與時(shí)距有著密切的關(guān)系。一般而言,時(shí)距愈長(zhǎng),平均風(fēng)速變化愈小,而相應(yīng)的平均風(fēng)速最大值也愈小。各個(gè)國(guó)家的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)中,標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速時(shí)距取值并不一致。英國(guó)規(guī)范取值最長(zhǎng),我國(guó)次之,美國(guó)時(shí)距取值最短。4.4重現(xiàn)期以及添加時(shí)間的影響重現(xiàn)期常根據(jù)結(jié)構(gòu)的重要性不同而有所區(qū)別,重現(xiàn)期愈長(zhǎng),結(jié)構(gòu)的安全性越好。中、美、英三國(guó)規(guī)范中關(guān)于最大風(fēng)速重現(xiàn)期的規(guī)定是統(tǒng)一的,均取50年。4.5風(fēng)速模型的最在最大風(fēng)速樣本選取上,中、美、英三國(guó)規(guī)范規(guī)定一致,均采用了年最大風(fēng)速為其統(tǒng)計(jì)樣本。4.6平均風(fēng)速時(shí)距三國(guó)規(guī)范均采用了耿貝爾極值I型分布曲線作為各國(guó)統(tǒng)計(jì)曲線函數(shù)形式。中、美、英三國(guó)關(guān)于地貌類別、標(biāo)準(zhǔn)高度、最大風(fēng)速樣本、風(fēng)速線型和最大風(fēng)速重現(xiàn)期的規(guī)定是基本一致的,但在平均風(fēng)速時(shí)距取值上區(qū)別較明顯。顯然,時(shí)距越短,易突出風(fēng)的脈動(dòng)作用,時(shí)距越長(zhǎng),勢(shì)必會(huì)把較多的小風(fēng)平均進(jìn)去,使得最大風(fēng)速偏低。中、英兩國(guó)規(guī)范適用于較大范圍的季風(fēng),而美國(guó)規(guī)范則主要反映陣風(fēng)風(fēng)速,適用于小范圍的陣風(fēng),如熱帶風(fēng)暴等。根據(jù)國(guó)內(nèi)外學(xué)者所得到的各種不同時(shí)距間平均風(fēng)速的比值,經(jīng)統(tǒng)計(jì)得出各種不同時(shí)距與10min時(shí)距風(fēng)速的平均比值見表3,中、美、英三國(guó)基本風(fēng)速比值為1∶1.42∶0.94。8結(jié)構(gòu)動(dòng)力影響綜合系數(shù)中國(guó)規(guī)范規(guī)定的風(fēng)振系數(shù)是結(jié)構(gòu)在風(fēng)載作用下,考慮時(shí)間、結(jié)構(gòu)阻尼、空間變異性和周期等因素,計(jì)算脈動(dòng)風(fēng)作用下,結(jié)構(gòu)動(dòng)力影響的綜合系數(shù)式中:ξ為脈動(dòng)增大系數(shù);φ美國(guó)規(guī)范規(guī)定的陣風(fēng)影響系數(shù)的作用、原理與中國(guó)規(guī)范中β柔性或動(dòng)力敏感結(jié)構(gòu),陣風(fēng)影響系數(shù)G式中:時(shí)間和空間的平均作用很大程度上影響陣風(fēng)影響系數(shù)。建筑物的尺寸越大,陣風(fēng)的沖擊影響因其在空間上的平均作用而減少,其陣風(fēng)影響系數(shù)越小9規(guī)則結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)三國(guó)規(guī)范均采用了多參數(shù)的形式來(lái)表示風(fēng)荷載值,各主要參數(shù)的規(guī)定及過(guò)程中考慮到的因素基本一致。規(guī)則結(jié)構(gòu)的體型系數(shù)取值基本相同,對(duì)于外形復(fù)雜建筑物的體型系數(shù)各國(guó)都無(wú)法從規(guī)范中直接得到,均建議采取風(fēng)洞試驗(yàn)測(cè)得;各國(guó)關(guān)于風(fēng)振系數(shù)、響應(yīng)方面的研究都不夠完善、成熟,有待進(jìn)一步深入研究。5動(dòng)態(tài)風(fēng)壓q式與中國(guó)規(guī)范中基本風(fēng)壓相對(duì)應(yīng)的參數(shù),美國(guó)規(guī)范中稱為風(fēng)速壓力q中國(guó)規(guī)范中基本風(fēng)壓值w美國(guó)規(guī)范中風(fēng)速壓力q式中:K英國(guó)規(guī)范中的動(dòng)態(tài)風(fēng)壓q式中:q三國(guó)規(guī)范給出的計(jì)算公式的常數(shù)項(xiàng)基本一致,美、英兩國(guó)常數(shù)項(xiàng)相同。我國(guó)規(guī)范在計(jì)算基本風(fēng)壓時(shí)考慮了地形及高度的影響;美國(guó)規(guī)范對(duì)風(fēng)速壓力進(jìn)行計(jì)算時(shí)不僅考慮了結(jié)構(gòu)高度、地形類別的影響,還考慮了結(jié)構(gòu)的重要性影響;英國(guó)規(guī)范在計(jì)算動(dòng)態(tài)風(fēng)壓時(shí)考慮的相對(duì)比較復(fù)雜,涉及到了海拔、季節(jié)、方向、地形、概率等諸多因素,比我國(guó)和美國(guó)規(guī)范考慮的更為全面、細(xì)致。6結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù)美國(guó)規(guī)范中將針對(duì)結(jié)構(gòu)某一表面或某一部分所得到的比值稱為壓力系數(shù),對(duì)結(jié)構(gòu)整體而得到的比值稱為風(fēng)力系數(shù),在我國(guó)統(tǒng)稱為體型系數(shù)我國(guó)規(guī)范規(guī)定的風(fēng)載體型系數(shù)大部分是以平均風(fēng)壓分布情況表示結(jié)構(gòu)某一表面風(fēng)壓分布情況,同一表面采用統(tǒng)一的風(fēng)壓值,而美國(guó)、英國(guó)兩國(guó)規(guī)范都考慮了脈動(dòng)風(fēng)的影響,將各受力面(包括屋面、側(cè)墻等)劃分為若干個(gè)風(fēng)壓區(qū),不同的風(fēng)壓區(qū)采用了不同的風(fēng)壓系數(shù),規(guī)定的更加詳細(xì)。我國(guó)規(guī)范相對(duì)比較具體,對(duì)各種形式的結(jié)構(gòu)風(fēng)載體型系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定,給出了38類,但對(duì)于一般的圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)、外風(fēng)載體型系數(shù)的規(guī)定較為簡(jiǎn)略美、英兩國(guó)規(guī)范中的風(fēng)壓系數(shù)均與建筑物的外形相關(guān),設(shè)計(jì)時(shí)考慮風(fēng)向的變化,同時(shí)還考慮了結(jié)構(gòu)的內(nèi)部風(fēng)壓,對(duì)有門窗、孔洞的封閉式結(jié)構(gòu)及開敞式結(jié)構(gòu)的內(nèi)部風(fēng)壓均給出了詳細(xì)的規(guī)定;而我國(guó)規(guī)范出于結(jié)構(gòu)安全考慮,僅在驗(yàn)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)給出了±0.2的內(nèi)表面局部風(fēng)載體型系數(shù)。相比而言,美、英兩國(guó)規(guī)范在壓力系數(shù)的分類和規(guī)定上明顯比中國(guó)規(guī)范更加細(xì)致。7高度風(fēng)速對(duì)風(fēng)壓的影響中、美、