台风地区LN G接收站风速设计标准的探讨

张超，彭延建

(中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028)

台风地区LN G接收站风速设计标准的探讨

张超，彭延建

(中海石油气电集团有限责任公司，北京 100028)

国内LN G接收站及其他相关设施多位于东南沿海，在台风频繁登陆的广东、海南、广西、福建、浙江等省份都有LN G项目分布。LN G接收站建设和运营过程中也曾有遭受台风破坏的先例。对于接收站主要设施设备的抗风设计，美国等国的规范的设计风速取值要高于我国的规范要求，并且对建设地点有无台风倾向进行了区别，要求LN G设施应设计为能够抵御风荷载的直接作用，而不会带来结构和功能完整性的损失。典型情况下应采用3s阵风风速作为设计风速取值。建议在将来的LN G接收站建设过程中，在有台风倾向的地区，建设施工单位应适度进一步提高对风荷载敏感、非LN G相关设施设备（如塔吊、临建等）的抗风强度，避免发生人身伤亡和经济损失。

LNG接收站;台风;风荷载;设计风速

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.004

1 引言

国内LNG接收站及其他相关设施多位于东南沿海，在台风频繁登陆的广东、海南、广西、福建、浙江等省份都有LNG项目分布。LNG接收站建设和运营过程中也曾有遭受台风破坏的先例：中石化广西北海LNG接收站位于南海北部海域，超强台风频发，2014年7月超强台风“威马逊”正面登陆，强风力持续约14h，最大风力达到17级。此次强台风中未造成人员伤亡，但现场有较大损失：施工现场1台塔吊自根部折断，另有1台塔吊根部型钢严重变形，其余6台塔吊均不同程度受损。临建设施及生活区遭台风严重破坏。4台罐的大、小门洞的加固防雨措施受到严重破坏，罐内保冷玻璃砖不同程度的受雨水浸湿。自陆地通往施工现场的10根高压线线杆被风刮断，造成施工现场线路中断，20多天后施工生产才恢复正常。2012年，超强台风“韦森特”曾在广东登陆，珠海高栏岛自动气象站录得最大阵风60m/s，给珠海LNG现场造成较大影响。

国际上LNG项目也有受台风袭击者造成损失的案例。2007年9月，飓风“温贝托”在不到两天的时间内形成，并在得克萨斯州路易斯安那州边界登陆，风速达35.7m/s，海水将在建的GoldenPassLNG接收站淹没。由于储罐建设正处于较为脆弱的阶段，还没有升顶，在建储罐的衬板遭到损坏。

LNG接收站设施设备的抗风设计主要依据风荷载规范。风荷载规范作为结构抗风设计的主要指导文献，是结构设计的主要依据。国内众多学者对中外规范进行了比较[1～3]。金锋、陈瑞金[4]分别利用中美规范计算了设备支撑钢框架的主体结构风荷载，根据计算结果，采用美国规范计算的风剪力值，大约为中国规范计算值的1.2～1.3倍，弯矩约为中国规范计算值的1.1～1.2倍。对于海岸地带油罐可能经受台风袭击的情况，张有渝[5]提出位于台风区海岸立式油罐的设计应考虑的问题，风速的取值应以该地区台风风速作为瞬时风速，若采用30a一遇时距10min的基本风压，除乘以转换系数外，宜加大20%～40%。Kim,DongHyawnetal.[6]对于风荷载对LNG接收站卸料臂的影响进行了研究，考虑风速的不确定性，对LNG卸料臂的可靠性进行了分析。

从接收站遭受高强台风的实例可以看出，虽然LNG接收站的设施设备按照相关规范进行了抗风设计，但在面临高强台风时，仍然造成了巨大的经济损失。所以,仍有必要对接收站内设计风速标准进行探讨。

2 国内接收站设计风速取值

国内接收站对于结构抗风设计的技术路线，一般是遵循现行《建筑结构荷载规范》[7]（GB50009—2012）、《港口工程荷载规范》[8]（JTS 144-1—2010）、《高耸结构设计规范》[9]（GB 50135—2006）、《液化天然气码头设计规范》[10]（JTS 165-5—2009）。定义的风荷载标准值，一般形式为：

风荷载标准值=风振系数×体型系数×高度变化系数×基本风压

其中，基本风压为:“根据全国各气象台站历年来的最大风速记录,按基本风压的标准要求,将不同风仪高度和时次时距的年最大风速,统一换算为离地10m高,地面粗糙度为B,自记最大10min平均风速(m/s)。根据该风速数据,经统计分析确定重现期为50a的最大风速,作为当地的基本风速v0。基本风压可统一按公式w=v02/1600(kN/m2)计算。

目前，国内接收站设计风速取值，陆上一般取离地10m高,重现期50a最大10min平均风速(m/s)。对于陆上高耸建构筑物，各项目设计原则有所差异，如美国芝加哥桥梁公司在福建LNG接收站的设计中，要求设计烟囱，火炬塔架和高塔结构时应考虑20%的风荷载安全余量。

在《液化天然气接收站工程设计规范》(GB51156—2015)中，要求液体装卸臂应按最大受风面进行风载荷计算，并符合现行国家标准《高耸结构设计规范》（GB 50135—2006）的规定；船用装卸臂的设计风速为：工作状态小于等于20m/s，复位状态为60m/s。项目另有规定时按项目设计文件执行。

对于LNG码头和码头上部设备设施《液化天然气码头设计规范》（JTS 165—5—2009）中要求，“基本风压采用离地10m高、100a一遇的风速计算。承载能力极限状态和正常使用极限状态整体计算宜取10min平均最大风速。工作平台和栈桥面以上的结构物承载能力极限状态宜取3s平均最大风速。”

综合以上，目前国内规范对LNG接收站的设计风速取值，考虑到LNG接收站作为生命线工程，已经考虑了适当提高，特别是对于码头上的设备和结构。在重现期的要求上，码头已经提高到100a。对于平均时距，码头工作平台和栈桥面以上的结构物，平均时距缩短到3s。

3 国内外设计风速取值比较

各国设计风速的取值，其风荷载规范是主要指导文献和结构设计的主要依据。随着理论和计算技术的发展，以及工程经验的累积，风荷载规范也随之多次修正。美国风荷载规范是ASCE/SEI 7-05:Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[11]。日本最新的风荷载规范是2004年版的《AIJ RecommendationsforLoadsonBuilding》，即日本建筑学会的《建築物荷重指針·同解説》[12]。欧洲现行风荷载规范是EN 1991-1-4：2005(Eurocode1:Actionsonstructures-Part1-4:General actions-Windactions)。

不同国家的风荷载规范，对于基本风速时距，欧洲、加拿大、中国和日本都选用10min的平均风速，而美国、英国和澳大利亚则选择3s的阵风风速。平均风速时距取值越短，则风速越大，缺乏实测资料时，不同时距平均风速进行换算，3s阵风风速约是10min平均风速的1.43倍。日本规范《油料储存用钢制焊接容器》（JISB8501—2013）规定，在有可能遭受强风的海岸、河岸地区，以及储罐高度超过25m的计算段，风压值取定常数3000，单位为Pa。法国某公司在海南某地设计的立式钢制油罐，设计风速取台风瞬时风速60m/s。

对中美规范进行比较，将美国规范中的基本风压公式，与国内规范统一计量单位后，公式形式与国内规范基本相等。也即风速和风压的关系基本相等，美国规范风荷载与国内规范的差异，主要在于风速的取值不同。美国规范中，定义的基本风速为:“距地高10m,地面粗糙度为C(相当中国B类),3s阵风风速,无飓风倾向地区重现期为50a,飓风倾向的地区重现期为500a。”

对LNG接收站或液化厂等基础设施，在美国交通运输部管道与危险物质安全管理局的网站答疑上，对LNG相关设施设备设计风速的取值有如下规定：

根据美国联邦法律49CFR§193.2067关于风荷载的说明，LNG设施应设计为能够抵御风荷载的直接作用，而不会带来结构和功能完整性的损失。典型情况下应采用3s阵风风速作为设计风速取值。

对于工厂预制的、容积不大于265m3的LNG或其他危险品流体容器，风荷载的计算应基于ASCE/SEI7-05Minimum DesignLoadsforBuildingsandOtherStructures。

对于其他LNG设施，风荷载的计算应基于以下原则：

假定的持续风速不应低于67m/s；

当采用低于67m/s的风速作为设计风速时，应有足够的支持数据，支持数据应被管理当局认可；

超越概率应采用50a超越概率0.5%的设计风速，即重现期为9 975a，取值低于此数据时应有足够的支持数据。

从以上比较可以看出，美国规范的设计风速取值要高于我国的规范要求，并且美国设计规范中，对建设地点有无台风倾向进行了区别。而对于LNG相关设施设备，美国规范有更严格的特殊规定。

4 结论与建议

目前，LNG码头相比其他货种码头，结构设计风速提高了等级；接收站储罐等高耸设施设备，按特定的规范执行，风荷载和地震都是水平力作用，储罐按能够抵御SSE地震（4 975a一遇）设计，一般大于风荷载。因此,按照LNG相关标准设计建成后的码头、储罐等设施设备，一般能够抵御“彩虹”级别的台风。但是对于建设期的塔吊、临建（一般由施工单位自行委托设计），以及公用性的路灯、线杆等，由于并不需要遵循LNG行业标准进行设计，因此,在超强台风中可能发生损坏。

建议在将来的LNG接收站建设过程中，在有台风倾向的地区，建设施工单位应适度进一步提高对风荷载敏感、非LNG相关设施设备（如塔吊、临建等）的抗风强度，避免发生人身伤亡和经济损失。

对接收站设施设备的设计风速取值，建议参考美国经验，按照有无台风倾向对地区进行分类，提高有台风倾向地区的设计风速标准，如重现期由50a一遇改为100a一遇或更高。

【1】陈鑫,李爱群,王泳,等.国内外规范自立式高耸结构等效风荷载及响应比较[J].建筑结构学报,2014,35(4):304-311.

【2】梁枢果,王磊,王述良,等.国内外规范圆截面高耸结构横风向等效风荷载取值对比研究[J].特种结构,2013(5):94-98.

【3】吴纯华.浅议中美规范风荷载计算对比[J].低温建筑技术,2015,37 (6):95-98.

【4】金锋,陈瑞金.中美结构设计规范风荷载计算比较[J].石油化工设计,2011,28(4):55-59.

【5】张有渝.海岸立式油罐设计问题的探讨[J].油气储运,1994(2):30-33.

【6】Kim,DongHyawn;Lim,JongKwon;Koh,JaePil.Reliabilityanalysisof LNGunloadingarmconsideringvariabilityofwindload[J].Journalof KoreanSociety of Steel Construction,Volume19,Issue 2007,(2).223-231.

【7】GB50009—201建筑结构荷载规范[S].

【8】JTS144-1—2010港口工程荷载规范[S].

【9】GB50135—2006高耸结构设计规范[S].

【10】JTS165-5—2009液化天然气码头设计规范[S].

【11】ASCE.MinimumDesignLoadsforBuildings and Other Structures (ASCE/SEI7-10)[J].AmericanSocietyofCivilEngineers,2014,559 (3):996.

【12】日本建築学会.建築物荷重指针·同解説[M].日本建築学会,丸善(発売),2004.

Discussion of Design WindSpeedforLNGReceivingTerminal in Typhoon Area

ZHANGChao,PENG Yan-jian,
(CNOOC Gas&Power GroupLtd.,Beijing 100028,China)

LNGreceivingterminalandotherrelatedfacilitiesinChinalocatedinthesoutheastcoast,alsodistributedintyphoonarea such as Guangdong, Hainan, Guangxi, Fujian, Zhejiang etc. There were LNG receiving terminals had been damaged by typhoon in construction or operation phase. For the wind speed should be used in LNG facility equipment design calculations, the United States and other countries' specification for designwind speed values are higher than China's specification requirements,which requires that LNGfacilities be designed to withstand the direct effect of wind forces without loss of structural or functional integrity. Structural engineering design is typically performed using 3-second gust wind speeds. This paper suggests that in the construction of LNG receiving terminals in hurricane area,constructioncontractorshouldimprovethedesignwindspeedvalueforsomeLNGfacilitiesorequipments(suchascranes,overlay,etc.).

LNGreceivingterminals；typhoon；windload；designwindspeed

TU352.2;TU203

A

1007-9467（2016）09-0035-03

2016-03-10

张超（1981～），男，吉林扶余人，高级工程师，从事液化天然气储罐研究，（电子信箱）32311690@qq.com。