多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究

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1、第十二届奎国结构风工程学术会议论文集多国荷载规范中阵风荷载因子的比较研究赵杨1段忠东1YukioTamura2l_哈尔滨工业大学土木工程学院，哈尔滨；2TokyoPolytechnicUniversity，Japan摘要本文将我国的《建筑结构荷栽规范》(GB50009．2000与美tgl(ASCE7．98)，日本(RLB．AIJ2004)、加拿大(NBCl990)和澳大利z’正(ASll702)五圆规范的等效静风荷栽(EquivalentStaticWindLoading,简称ESWL)计算方法进行了比较研究。首先总结了美El加澳等国规范所采

2、用的阵风荷载因子：去(GustLoadingFactor，简称GLF)，然后对于影响到GLF的几个主要参数进行了比较，包括平均风速剖面，湍流强度、脉动风速谱类型。最后通过一个算例采用各国规范的方法计算了阵风荷载因子，并对引起GLF和响应差异的原因进行了分析。关键词阵风荷载因子法、随机振动理论、风速谱、湍流强度、平均风剖面1．引言本文主要对中国《建筑结构荷载规'范))(GB50009．2001)”、日本RLB．AU2004“、美国ASCE7—98”、加拿大NBCl9904)和澳大利亚ASll70．25’等风荷载规范的等效静风荷载计算方法加以比较

3、，主要包括以F三部分内容：f1)归纳介绍了美日加澳等国规范普遍采用的“阵风荷载因子法”。(2)对五国规范中影响等效静风荷载的基本参数，如基本风速(风压)风剖面、湍流强度和脉动风速谱进行比较分析。(31通过一个算例对计算了“阵风荷载因子”，比较其差异，并分析引起差异的原因。2．阵风荷载因子根据GLF方法的定义，各国规范中的峰值等效静力风荷载的表达式”’为声7(z)=G7·p‘G)(1)其中，户7z)是T时间内，高度z处的等效静力风荷载，T在各国规范中的取值如表1：f是平均时距；F7是平均时距f内的平均风力，F‘(z)=g(z)·o·B(2)其中

4、，c。是阻力系数；B是建筑物迎风面宽度；g扛)是平均风压，gG)=去，茆0)2(3)其中，p是空气密度：可(z)是高度z处的平均风速；G7是阵风系数，酽2南㈣其中，G罗是位移阵风荷载因子；G：盯)是风压的阵风因子。位移阵风荷载因子定义为，G罗=器㈣其中，P7和F7分别是峰值位移响应和平均位移响应。通常取平均时距等于观测时间，这表示平均风速和平均风荷载或响应有相同的平均时距，在GB50009—2001、RLB—AIJ．2004和NBC一1990中都用这种方法取值：但ASCE7—98和ASl170．2．2002190第十S-届垒国结构风工程学术会

5、议论文集基本风速取为3s阵风。此时，为统一计算，利用阵风网子Gip)进行换算，G；(r)=等(6)q1其中，q是风压。当f=T时，等式(1)中的风荷载模型简化为Davenport提出的GLF模型；当平均时距较短时，等式(1)中的G要小于等式(5)中的GLF。表1中给出了各国规范的平均时距。目前，各国规范采用的GLF利ESWL方法都基于上述公式，只是在风特性和结构动力特性中有所不同，另外在荷载计算表达式的推导时，各国规范都有不同的特殊处理，导致最终呈现在各规范中的GLF公式的表达式不尽相同。当前主要规范中的GLF都总结在表2中，为了便于比较，参

6、考了相关资料适当将各国规范的表达式进行了改写，改写的简要过程书写如下。假设风致1：})=移响应是高斯过程，公式(5)中的位移GLF由下式表示，G，：l+掣(7)Y忙JGLF的脉动分量表示为(8)式，推导过程详见参考文献【18]。=；=2．I；．√口+R(81，。其中，，_=专{警如，是手高度处的湍流强度，口是地面粗糙度指数；‘=詈，是建筑物顶部的湍流强度；三=_2H-，是参考高度：B=rz如)．《仨，刀)咖，是背景因子；R=警，是共振因子；《0)是广义风速谱：E=nis：仨，”。)，是阵风能量网子，”。是结构的自振频率；S=z∞1)，是尺寸缩

7、减N-f,z∽，=』j二￡气}；{≤车蓦S罨善i宅一，是气动导纳。g=√硐+面0．5菥772(1。’其中，g口是背景峰值囡子的共振峰值冈子。通过公式(5)可以看到时距。㈣10)G=l+r拓而(11)g。=g，，g，是脉动风速V的峰值因予，通常取3．4；g月是当"="【时平均时距是决定峰值因子的重要参数，表1中给出了各国规范中的平均由于大多数国家的规范都基于“阵风荷载因子法”，故此，这里将阵风荷载囡子的计算方法列在表2中。表中列出的公式基本遵循各国规范，但为方便比较，以ASCE为基准，其他国家的公式进19l第十Z-届全国结构风工程学术会议论文集

8、专焘学·嘶n，st呲t“。s阵风荷载因子(f)10rain3s10minlh风致响应(T)10rainlh10minlh3几个参数的讨论由于平均风速剖面、湍流强度、