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1、第35卷第1期山西建筑Vol.35No.1·80·2009年1月SHANXIARCHITECTUREJan.2009文章编号:100926825(2009)0120080202中美钢结构通信塔设计规范风荷载计算差异彭 煌 沈之容摘 要:分析了研究中美钢结构设计规范风荷载计算差异的意义,对中国和美国两国钢结构通信塔设计规范风荷载计算部分进行了对比分析,找出了两国风荷载计算之间的差异以及各系数对风荷载数值的影响。关键词:钢结构,通信塔,规范,风荷载计算中图分类号:TU391文献标识码:A 风作为一种
2、自然灾害,其对结构的破坏早已受到人们的重视。处的高度。各国都根据自身的实际情况制定出了相应的规范以考虑风对结在引入了这两个系数之后,根据伯努利方程,TIA22222G给2构物的破坏。由于各国具体情况的不同,其关于风荷载的计算方出了风压计算公式如下(单位:N/m):2法也就有所不同。例如,就钢结构通信塔设计而言,中国规范qz=0.613KzKztKdVI(4)GB5013522006和美国规范TIA22222G对风荷载的计算有较大的其中,Kd为风向可能系数,查表确定;I为结构重要性系数,差异。这种差
3、异主要表现在两国规范关于基本风压的计算和有查表确定。效投影面积的计算方面。因此,研究这两种计算方法之间的差异TIA22222G与GB5013522006关于风荷载计算的另一个重要也是有一定意义的。差别在于前者关于有效投影面积(EPA)s的计算方面,计算公式1 中国规范GB5013522006介绍如下:根据中国现行的高耸结构设计规范GB5013522006,作用在(EPA)s=Cf[Df∑Af+Dr∑(ArRr)](5)通信塔上的风荷载标准值可以根据下式计算:其中,正方形截面时:C=4.0ε2-5.
4、9ε+4.0,三角形截面fωk=βzμsμzω0(1)时:C=3.4ε2-4.7ε+3.4,ε为实体率,ε=(A+A)/A,A为ffrgf其中,μz为考虑高度影响而引入的风压高度变化系数;μs为一个塔面中方形构件的有效投影面积,Ar为一个塔面中圆形构考虑不同结构类型引入的体型系数;βz为考虑脉动风影响引入的件的有效投影面积,Ag为一个塔面的轮廓面积;Df为方形构件风振系数;ω0为根据伯努利方程确定的基本风压,计算公式如下:的风向系数;Dr为圆形构件的风向系数;Rr为圆形构件的折减123ωρv2(2
5、)系数,计算公式:Rr=0.57-0.14ε+0.86ε-0.24ε适用于所有0=022的计算冰荷载且C<4.4的情况;Rr=0.36+0.26ε+0.97ε-其中,ρ为空气密度;v0为设计的平均风速。平均风速的大30.63ε适用于所有的不计算冰荷载且C>8.7的情况;C=小与时距的取值有很大的关系。时距越短,记录的平均风速越1/2[IKzKzt]VD,I为重要性系数,Kz为速度压系数,Kzt为地形系大,更多的考虑了最大值附近风速的影响;时距越长,容易将较小数,V为基本风速。的风速平均进去,没有突
6、出较大风速的影响。以往的风速记录表3 不同时距风速之间的换算明,阵风的卓越周期约为1min,如果取若干个周期的平均风速,不仅能考虑较大风速的影响,同时也考虑了较小风速的影响。因不同时距风速之间的换算可按下式进行:1/2此,中国规范规定记录风速的时距为10min。U(z)=U(z)[1+βc(t)](6)t36002.5ln(z/z0)2 美国规范TIA22222G介绍其中,β为由粗糙长度确定的系数;c(t)为根据风速记录资与中国规范规定的10min平均风速时距不同,美国通信塔设料的统计分析确定的系
7、数;z0为地面粗糙度。计规范TIA22222G规定的平均风速时距为3s。同时引入速度压现以地面粗糙度z0=0.05代入计算,得转换关系如下:系数Kz以考虑不同高度对风压的影响,其计算公式如下:U3(10)/U600(10)=1.44(7)2/αKz=2.01(z/zg)(3)4 风荷载计算对比分析Kzmin≤Kz≤2.01。2例如:B类地区按中国规范取风压为0.5kN/m,由伯努利方其中,z为计算风压处的高度;zg,α,Kzmin均为根据查表确定程得10min平均风速为v0=28.58m/s,则由
8、式(7)得3s平均风的参数。速为v3=41.16m/s。为了清楚地反映出各参数对风荷载的影为了考虑山坡等地形对风速的影响,TIA22222G还引入了系响,现以一高度为50m的通信塔为例,分别按中美两国规范计算数Kzt,其计算公式如下:风荷载。KeKt2Kzt=[1+]。由此可知,0度风时,在20m高度以下,依据TIA22222G算出Kh的风荷载比依据GB5013522006算出的风荷载大30%左右,在f×z其中,Ke为高度减小系数,由Ke=eH确定,e为自然对数20m高度以上则后者
