不同風速時距對儲罐計算的影響

周淑娟 （上海建安化工設計有限公司，上海 200437)

趙自強(東華工程科技股份有限公司上海分公司,上海 200233）

立式圓筒形鋼制大型儲罐在進行風壓下罐壁的臨界壓力計算和風載荷下儲罐傾覆穩(wěn)定性計算時，要引入風載荷數(shù)據(jù)，如基本風速、基本風壓等。國內(nèi)GB50341所用風載荷數(shù)據(jù)是以GB50009《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》為基礎，而國際上API650、API620規(guī)范風載荷公式參數(shù)是以ASCE7為基礎。這兩種規(guī)范體系下的基本風速和風壓定義實際上有所差異。這就造成了如果根據(jù)GB50009定義得到的風載荷數(shù)據(jù)代入到API650、API620規(guī)范相關公式計算是不能得到符合實際的正確結(jié)果；反之亦然。本文結(jié)合工程實際講述GB50341在國外項目儲罐計算中風載荷數(shù)據(jù)的處理。

1 基本風速的定義

GB50009下的基本風速可簡單定義為：在比較空曠平坦地面上離地10m高度處50年一遇10min時距最大平均風速[1]。

ASCE 7規(guī)范下基本風速可簡單定義為：以C類地貌（相當于我國規(guī)范下的B類地貌）地面離地10m高度處50年一遇3s時距的最大平均風速。

由此可知，兩種規(guī)范下定義的基本風速區(qū)別在于平均風速時距的不同，而標準高度和平均風速時距對基本風速的統(tǒng)計值是有影響的，由此造成完全相同的氣象條件下，同一地點測量計算得到的基本風速數(shù)據(jù)是不同的。

2 時距對基本風速的影響

采用不同的時距就會得到不同的平均風速。時距越小，所記錄的風速大幅波動的可能性及波動幅度相對越小，風速瞬時最大值和時距內(nèi)平均值之間的差值也就越小，因此，時距越大，平均風速的最大值越小。各個國家對時距的規(guī)定不盡相同，對不同時距可以通過表1進行近似的換算[2]。

表1 各種不同時距風速與1小時風速的平均比值

由表1可知，時距10min的平均風速與時距1h的平均風速比值是1.06,3s時距平均風速與1h時距平均風速比值約為1.523（插值法得出）。所以以3s時距平均風速和以10min時距平均風速比值λ=1.06/1.523=0.696，即：

對風速單位進行統(tǒng)一（API為km/h，GB為m/s），可將上面公式調(diào)整為：

3 工程實例

以在實際設計工作中遇到的案例為例：某公司錦州港罐區(qū)項目。此項目業(yè)主為外方。業(yè)主對儲罐的設計數(shù)據(jù)做出了規(guī)定。其中風速按照190km/h考慮。而此風速遠遠大于錦州當?shù)氐臍庀髼l件32m/（s115.2km/h）。這樣根據(jù) 來計算其風壓值1.7kpa遠遠大于GB5009中所查到的錦州當?shù)仫L壓值0.6kpa。

經(jīng)過對標準規(guī)范的詳細閱讀發(fā)現(xiàn)API650中所提到的風速其時距為3（sAPI RP 2A WSD/ASCE 7），而我國GB50009中所規(guī)定的風速時距為10mim。由此可以得出不同的時距所求得的平均風速也不同。

空氣密度取1.21kg/m3（空氣密度因各地海拔高度及溫濕度而異，此處相當于1個大氣壓下，l0℃時的干燥空氣密度)。

結(jié)果接近GB50009中的600pa。

4 基本風速數(shù)據(jù)使用的討論

GB50341中儲罐的穩(wěn)定性計算和抗風傾覆穩(wěn)定性計算中的相關公式都使用了一個基本的風速基準值，同時也設定了一個風壓的基準值。在現(xiàn)場實際條件各異情況下，如罐壁高度較高、現(xiàn)場場地粗糙度類別不是C類、現(xiàn)場在單獨的山峰上、業(yè)主要求罐體能抗百年一遇的強風等因素都將對儲罐設計產(chǎn)生影響。這時計算所得的風壓值與基準風壓值會有較大的差異，因此，根據(jù)現(xiàn)場實際情況對儲罐進行針對性設計計算的較為符合實際的結(jié)果是非常必要的。

[1]GB50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范.

[2]NB/T47041-2014,塔式容器.

[3]API650-2012,Welded Tanks for Oil Storage.