IEC、ASCE、GB50545 规范风压高度变化系数对比与分析

2011-05-31傅鹏程

电力勘测设计 2011年5期

蔡钧，傅鹏程

(华东电力设计院，上海 200001)

近年来，有许多设计院参加了国外输电线路工程的设计工作，国外工程一般都要按业主提出的标准进行设计，输电线路工程风荷载计算国际上通用的标准是：国际标准《Design criteria of overhead transmission lines》(IEC 60826-2003) (以下简称IEC) 、美国标准《Guidelines for Electrical Transmission Line Structural Loading》(ASCE 74-2009)(以下简称ASCE)。与我国《110kV～750kV架空输电线路设计规范》(GB50545-2010)(以下简称GB)在风压高度变化系数上有较大差异。正确理解之间的差异对掌握和运用IEC、ASCE标准有很重用的意义。

1 风压高度变化系数在风荷载计算的作用

在大气边界层内，风速随离地面高度而增大。但在风荷载计算时，均是以10m高的风速为基准进行计算的，高度对风荷载的影响是通过风压高度变化系数来实现的。各标准的杆塔风压计算公式见表1，从公式可见，风压高度变化系数与风压值成正比。

表1 各标准的杆塔风压计算公式

2 风压高度变化系数与地面粗糙度的关系

当气压场随高度不变时，风速随高度增大的规律，主要取决于地面粗糙度和温度垂直梯度。因此，风压高度变化系数与地面粗糙度有很大的关系。

IEC、GB把地面粗糙度可分为A、B、C、D四类，相对应的地形描叙如下：

A类：指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区；

B类：指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；

C类：指有密集建筑群的城市市区；

D类：指有密集建筑群且房屋较高的城市市区。

ASCE的分类与GB和IEC有较大的差别，仅分为三类，即B、C、D类，从分类的地形描述上可以将ACSE中的B类等同于GB和IEC中的C类；ACSE中的C类等同于GB和IEC中的B类；ASCE中的D类等同于GB和IEC中的A类。各标准不同地形类别的风压高度变化系数计算公式见表2。

表2 各标准的风压高度变化系数计算公式

按上述公式计算各标准60m高的风压高度变化系数见表3、表4及表5。

表3 GB 风压高度变化系数

表4 ASCE风压高度变化系数

表5 IEC风压高度变化系数

3 不同标准风压高度变化系数的差异

从表3～表5可以看出，各标准的风压高度变化系数的计算公式不一样，其值也不一样。总的规律是GB、IEC、ASCE的风压高度变化系数都是随高度而增加；GB比ASCE在数值上稍偏大；IEC与GB和ASCE在数值上有较大的差别，且在规律上也与GB相反，GB从A类到D类是从大变小，而IEC从A类到D类是从小变大。引起差别的原因笔者认为有如下两点：

(1)从风荷载计算公式来看，GB和ASCE公式中除有风压高度变化系数外、分别还有风荷载调整系数、阵风系数，它们的作用就是考虑风的脉动影响因素。而IEC中仅有风压高度变化系数，那么风的脉动影响因素如何考虑？笔者认为IEC中的风压高度变化系数中综合了风的脉动影响因素，即IEC中的风压高度变化系数包含了高度和风的脉动影响，因此其值要比仅含高度影响的GB和ASCE公式中风压高度变化系数要大。

(2)在风荷载计算时GB和ASCE风速按VRB(B类地形类别所得的基本风速)计算，而IEC的风速则还要以B类地形类别所得的基本风速，根据实际地形类别按VR=KR·VRB式作转换，KR取值见表6。