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1、中欧风荷载规范的对比研究第2卷第1期2010年3月V01.2No.1Mar.2O1O中欧风荷载规范的对比研究薛颖亮李云贵(中国建筑科学研究院软件所,北京100013)【摘要】本文简要介绍了欧洲规范1中关于风作用的计算方法,对计算中需要用到的参数分别进行了说明.对中欧风荷载规范的基本风速,粗糙度类别划分,动力响应参数等进行了对比分析,并对算例的数值结果进行了初步比较和评述.【关键词】风荷载;地面粗糙度;动力响应【中图分类号】TU023【文献标识码】A【文章编号】1674—7461(2010)01—0078—041引言风荷载是建筑物的主要荷载之一,甚至在某些建筑物中的效
2、应起主导的作用.如果建筑物的抗风设计不当,可能使建筑结构产生大的变形和振动,让建筑中的人感觉不适或是让设备不能正常工作,甚至还可能使建筑物产生局部破坏或整体破坏,对人的生命安全造成威胁.而在整个欧洲范围内,风暴带给建筑结构的损害都是一个特别严重的自然灾害.特别是在人口相对稠密的城市地区,风灾害实际上是最为严重的自然灾害之一,每年都会造成巨大的经济损失.1990年发生了8起重大的风暴,波及至少l0个西欧国家,总共造成150亿欧元左右的损失.几乎每年风暴灾害都给欧洲国家的国民经济带来严重的负担.在一些拥有很长的海岸线和山区地形为主的国家,发生风暴的频率更高….本文主要工
3、作是对欧洲规范1中风荷载作用的规定进行简要介绍,并与中国荷载规范中相关部分的内容进行初步比较分析.2欧洲规范风作用计算方法欧洲风荷载规范prEN1991—1—4适用于计算高度200m以内的建筑和结构工程,以及跨度200m以内的桥梁的风荷载.对于设置核心筒等扭转振动明显的结构,以及需要考虑多阶振型的结构等不在此部分规范讨论范围之内.此规范中,确定风荷载作用的大小有两种方法:一是使用形状系数采用力系数的力系数法;二是通过外表面压(吸)力,内表面压(吸)力和风摩擦力三部分求和的求和法.对于广告牌和具有特定形状截面的一些结构构件,计算作用在其上的风荷载时使用力系数法.对于一
4、般建筑物而言,通常采用求和法.力系数法的计算风压力Fw公式为:F=ccd.∑cs?qp(z)'A(1)式中:CsC一结构系数;cs一结构整体或结构性构件的力系数;g()一基准高度处的峰值风速压力;A,一特征面积.对于求和法,当平行于风向的结构表面面积大于或等于垂直于风向的结构表面面积的4倍及以上时,才考虑风摩擦力的影响.在外围护构件多孔的情况下才考虑内表面风压.因此在一般的建筑结构的风荷载计算中,仅用计算外表面压力一项.求和法的计算公式为:外表面压力:F=cc∑(Ze)?c?A(2)【作者简介】薛颖亮(1985一),男,硕士研究生,主要研究方向:建筑工程计算机软件设
5、计与计算.010—64517848E—mail:xueyingliangl3@163.tom中欧风荷载规范的初步比较研究79内表面压力:F=∑(Zi)?Cpi?A(3)摩擦力::.q(Ze).A,r(4)式中:Csc一结构系数;A,一特征面积;c一摩擦系数;A一平行与风向的外表面面积.Cpe,Cp一分别为外,内风压力压力系数.上述两种方法的计算公式在形式上有相似之处,同样都是用结构系数来反应结构在风作用下的动力特性,适用于不同的建筑结构形式.计算某高度处的峰值风速压力时,同时考虑了风速平均值和短期的风速脉动.由下式确定:qp(z)=【1+7?()].1?P?2()=
6、C()'q6(5)式中:q6一基本风速压力,q6=1?P?z7;C(z)—暴露系数,C(z)=q(z)/q6=[1+7?Iv(z)]c;c:.,一湍流强度;C地形系数;c.粗糙度类别划分.结构系数CsC是另外一个重要的参数,实际上是尺寸系数C和动力系数C两部分的乘积.分别是考虑了作用在结构表面的峰值风速压非同时发生的减弱效应和由于气流脉动而产生的结构振动的增强效应.通过规范附录中的方法可以确定.3中欧风载规范部分内容的比较3.1基本风速(风压)欧洲规范中基本风速规定为空旷地区lOm高度处10min以内的平均年最大风速,年超越概率为0.02,即重现期为50年.EN19
7、91一l一4中用暴露系数c(z)对基本风速风压进行修正,其中包括了对地面粗糙度,地形和风湍流影响的考虑.我国GB50009—2001《建筑结构荷载规范》中采用相同规定的基本风速,计算转化为基本风压,再考虑地面粗糙度和地形的影响.中国规范没有作专门湍流强度说明,但在推导风振系数的过程中引入了描述脉动风压标准差沿高度变化规律的变量,脉动系数(,.根据中国规范中的脉动系数,结合湍流强度的定义,可得到与其对应的湍流强度为],:0.1X3.5?'m(z/lO)一a(6)式中为地面粗糙度指数,对应于A,B,c和D四类地貌,分别取0.12,0.16,0.22和0.30.和欧洲
