中歐風(fēng)荷載規(guī)范比較研究

秦 義

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110166)

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中歐風(fēng)荷載規(guī)范比較研究

秦 義

(遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，遼寧 沈陽 110166)

從基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、湍流度、脈動(dòng)風(fēng)速功率譜等方面，分析對比了中歐風(fēng)荷載規(guī)范中影響風(fēng)荷載特性的主要參數(shù)，總結(jié)了兩種規(guī)范的風(fēng)荷載計(jì)算方法，為工程設(shè)計(jì)人員提供參考。

風(fēng)荷載，風(fēng)壓，風(fēng)速譜，湍流度

0 引言

隨著國內(nèi)工程建設(shè)的日趨飽和以及國家“一路一帶”走出去戰(zhàn)略的推進(jìn)，涉外工程日益增多。而歐洲規(guī)范在國際工程中的使用范圍較廣，對比研究中歐風(fēng)荷載規(guī)范的異同是十分必要的。國內(nèi)一些學(xué)者對中外風(fēng)荷載規(guī)范進(jìn)行了對比研究，但都是針對GB 50009—2001(2006版)荷載規(guī)范[3-4]。而中國2012版荷載規(guī)范對風(fēng)荷載部分做了較大改動(dòng)。本文對2012版中國風(fēng)荷載規(guī)范與現(xiàn)行歐洲風(fēng)荷載規(guī)范的風(fēng)荷載特性進(jìn)行了對比分析，并對中歐規(guī)范中風(fēng)荷載的計(jì)算流程進(jìn)行了總結(jié)。

1 基本風(fēng)壓(風(fēng)速)

中國規(guī)范采用的是基本風(fēng)壓，而歐洲規(guī)范采用的是基本風(fēng)速。風(fēng)速和風(fēng)壓可根據(jù)貝努利(Bernoulli)公式換算。中歐規(guī)范的對比見表1。

中歐規(guī)范對于地面粗糙度的分類是對應(yīng)的。中國規(guī)范的B類地貌對應(yīng)歐洲規(guī)范的Ⅱ類地貌。因此由表1可見，中歐規(guī)范對于基本風(fēng)壓(風(fēng)速)的規(guī)定是一致的。

表1 基本風(fēng)壓(風(fēng)速)對比

2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)

表2 風(fēng)壓高度變化系數(shù)對比

3 湍流度

湍流度是對脈動(dòng)風(fēng)總能量的度量。中歐風(fēng)荷載規(guī)范關(guān)于湍流度的定義見表3。以B類地貌為例，湍流度的對比見圖2。由圖2可知：1)湍流度隨高度的增加而減??；2)中國規(guī)范的湍流度小于相應(yīng)類別歐洲規(guī)范的湍流度，最大相差30%左右。

表3 湍流度對比

4 脈動(dòng)風(fēng)速功率譜

脈動(dòng)風(fēng)速功率譜反映了脈動(dòng)風(fēng)能量隨頻率的變化情況。中歐規(guī)范采用了不同脈動(dòng)風(fēng)速功率譜，見表4。由表4可知Davenport譜不隨高度變化，只與結(jié)構(gòu)的自振頻率及基本風(fēng)壓有關(guān)。而Kaimal譜則考慮了近地面湍流隨高度變化的特點(diǎn)。中歐規(guī)范不同脈動(dòng)風(fēng)速功率譜的對比見圖3(10 m高度處平均風(fēng)速取30 m/s，地面粗糙度分類取B類和Ⅱ類，高度z取40 m和200 m)。由圖3可知：1)在低頻區(qū)域Kaimal譜譜值大于Davenport譜，而在高頻區(qū)域Davenport譜譜值大于Kaimal譜；2)由于建筑結(jié)構(gòu)的自振頻率一般在0.10 Hz～5 Hz之間，在此范圍內(nèi)Davenport譜的譜值比Kaimal譜偏大，因此采用Davenport譜會高估結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)，計(jì)算結(jié)果偏于保守。

表4 脈動(dòng)風(fēng)速功率譜對比

5 風(fēng)荷載計(jì)算過程對比

中國規(guī)范風(fēng)荷載的計(jì)算是采用基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的“慣性力法”對風(fēng)荷載進(jìn)行靜力等效。歐洲規(guī)范風(fēng)荷載的計(jì)算采用基于結(jié)構(gòu)某一點(diǎn)響應(yīng)的“陣風(fēng)因子法”。中國規(guī)范與歐洲規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算過程的對比見表5。

表5 風(fēng)荷載計(jì)算過程對比

6 結(jié)語

本文對現(xiàn)行中歐風(fēng)荷載規(guī)范從平均風(fēng)和脈動(dòng)風(fēng)的各個(gè)特性方面逐一進(jìn)行了對比，并總結(jié)歸納了中歐風(fēng)荷載規(guī)范的計(jì)算流程。對采用歐洲風(fēng)荷載規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)提供了有益的指導(dǎo)。進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還需注意中歐規(guī)范的適用范圍、荷載工況組合、風(fēng)荷載體型系數(shù)取值等方面的差異。

[1] GB 50009—2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] BS EN 1991-1-4:2005,Eurocode 1:Actions on structures—Part 1-4:General actions—Wind actions[S].

[3] 夏瑞光，范存新.中澳歐風(fēng)荷載規(guī)范的對比研究[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版)，2012，25(3):13-18.

[4] 薛穎亮，李云貴.中歐風(fēng)荷載規(guī)范的對比研究[J].土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(1):78-81.

[5] 克萊斯·迪爾比耶，斯文·奧勒·漢森.結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載作用[M].薛 素，李雄彥,譯.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

Comparative research on China and Europe wind load criteria

Qin Yi

(LiaoningTrafficPlanning&DesignInstitute,Shenyang110166,China)

Starting from aspects of basic wind pressure, wind pressure height variation coefficient, turbulence, and fluctuation wind speed spectrum, the paper comparatively analyzes major parameters influencing wind load characteristics of China and Europe wind load criteria, and summarizes wind load computation methods of two kinds of wind load criteria, which has provided some guidance for engineering designers.

wind load, wind pressure, wind speed spectrum, turbulence

1009-6825(2016)11-0037-03

2016-01-23

秦 義(1986- )，男，碩士，工程師

TU312

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