中国和英国建筑设计时风荷载比较

2017-03-02陈贺义苏永章侯晓宁张慧怡

河南建材 2017年6期

关键词：风压粗糙度风速

陈贺义苏永章王浩侯晓宁张慧怡

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

中国和英国建筑设计时风荷载比较

陈贺义苏永章王浩侯晓宁张慧怡

河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

随着国外工程的不断增加，我们需要掌握国外规范和中国规范的相同点和不同点。文章对中国荷载规范和英国风荷载规范进行分析比较，可知两者差距不大。

风荷载；比较；建筑设计

建筑结构设计时，特别是高层结构设计时，风荷载对结构内力的影响特别大。近几年，国外工程不断增加，我们需要掌握国外和国内规范的相同点和不同点，以便正确使用国外规范进行工程设计，确保所设计的建筑物是安全和经济的。文章通过马来西亚的工程设计，对英国风荷载规范（CP3:Chapter V—2:1972）[1]（以下简称英国规范）和中国《建筑结构荷载规范》（GB 5009—2012）[2]（以下简称中国规范）的风荷载进行比较，以便正确使用英国风荷载规范进行设计。因为马来西亚没有自己的风荷载规范，建设方要求用英国风荷载规范（CP3:Chapter V—2:1972）进行工程设计。

1 风荷载计算公式

中国规范

关于风荷载计算，垂直于建筑物表面上的风荷载标准值，应按下述公式计算:

当计算主要承重结构时，应按下式计算:

wk=βzμsμzw0

式中:

wk:风荷载标准值(kN/m2)；βz:高度 z 处风振系数；μs:风荷载体型系数；μz:风压高度变化系数；w0:基本风压(kN/m2)。

英国规范（CP3:Chapter V—2:1972）

q=Cpq

式中:

q:风作用在建筑物外表面压力；q:风的动态压力；Cp:作用在建筑物外表面压力系数。

q=0.613Vs2

式中:

Vs:风的动态压力。

2 基本风速

中国规范规定风速是按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10 m高，自记10 min平均年最大风速(m/s)。根据该风速数据，按附录D的规定，经统计分析确定重现期为50年的最大风速，作为当地的基本风速υ0。以往，国内大多数风速记录是风压板的观测结果，刻度所反映的风速，实际上是统一根据标准的空气密度ρ=1.25 kg/m3按上述公式反算而得，因此在按该风速确定风压时，可统一按公式w0=v02/1 600计算。鉴于数据通过风压板测得，人为的观测误差较大，再加上时次时距换算中的误差，其结果就不太可靠。当前各气象台站已累积了较多的根据风杯式自记风速仪记录的10 min平均年最大风速数据，因此在数据处理时,基本上是以自记得数据为依据。在确定风压时，必须考虑各台站观测当时的空气密度。基本风压应按中国规范附录D.4中附表D.4给出的50年一遇的风压采用，但不得小于0.3 kN／m2。对于高层建筑、高耸结构以及对风荷载比较敏感的其他结构，基本风压应适当提高，并应由有关的结构设计规范具体规定。

英国风荷载规范规定，基本风速V按估计会超过平均50年一次的3 s的阵风速度。通过统计分析来自仪表站的连续风记录，根据需要，在共同的基础上对这一速度进行了评估。这些记录值以地图上2 m/s间隔绘制的等值线（相等风速线）给出。该值表示在地面上在一个开放的地方10 m（33 ft）处的3 s阵风速度，这个可能在50年内平均只能超过一次。基本风速已被评估为适用于无障碍物的开放型地方，应根据本标准的变化进行调整。该地图包含平均海拔以上地面一般水平的影响。考虑到地面上的大的局部变化，它涉及山丘的影响和山谷遮蔽物的影响，地面粗糙度、建筑尺寸和强风随高度的变化，修正了基本速度。最后，在修改基本速度时，要考虑到风暴时期的影响。

从以上可以看出，中国规范和英国规范在计算风荷载时都是从风速计算出来的，两个规范的重现期均为50年的最大风速，但是中国规范规定风速是离地10 m高，自记10 min平均年最大风速(m/s)；英国规范规定风速在一个开放的地方离地10 m（33 ft）处的3秒阵风速度。两国规范中地面粗糙度，地面粗糙度、建筑尺寸和强风随高度的变化对风荷载的影响不同，中国规范中风荷载体型系数、地面粗糙度、风压高度变化系数是在风荷载标准中体现的,基本风压中没有体现；英国规范中地面粗糙度、建筑尺寸和强风随高度在设计风速中体现，形成风的动态压力时是平方的关系。