欧标风荷载计算及参数取值

王 敏 何文俊

(湖北省电力勘测设计院有限公司，湖北 武汉 430040)

1 概述

随着欧盟的成立，为协调欧盟各成员国技术条件并消除统一市场内部贸易技术壁垒，由欧洲标准化委员会(CEN)制定，在建筑、土木工程领域编制一套适用于欧洲各国的工程结构的设计规范——欧洲规范(Eurocodes)。于2006欧洲规范最终形成10卷58分册，并要求于2010年替代所有成员国的国家标准。欧洲规范条文分为“基本原则”和“应用原则”两类，前者在条文序号后加标识“P”，后者则无标识符。基本原则是指无选择、通用的定义和陈述，以及不允许选择的分析模式和技术要求。应用原则是指满足基本原则要求、普遍认可的规则，允许各成员国在欧洲规范给出的应用原则和与它不同的其他规则间来加以选择，但后者必须满足基本原则，即至少与欧盟指令89/106/EEC基本要求的相关规定及其解释性文件等效。本文主要针对EN1991-1-4欧标风荷载计算及参数取值展开。

2 欧标风荷载计算及参数取值

2.1 适用范围

EN1991-1-4风荷载适用于计算高度200 m以内的建筑和结构工程，以及跨度200 m以内的桥梁。对于设置核心筒等扭转振动明显的结构及需要考虑多阶阵型的结构不适用。

2.2 基本风速基值

欧洲规范确定基本风速是平坦开阔地面上，10 m高度处，年超越概率为2%(即重现期为50年)的10 min的平均风速，与中国规范相同。

2.3 计算方法选取

1)求和法。将作用在结构或构件上的外表面风力Fw,e，内表面风力Fw,i，摩擦力Ffr矢量相加。当与风向平行(或有很小角度)的结构表面面积不大于垂直于风向的结构表面面积的4倍时，可忽略风摩擦的作用；当需要考虑内表面风压时，一般建筑，结构各部分的内表面压力系数根据相同位置处外表面压力的方向取+0.2或-0.3中最不利的一个。

外表面风力:

Fw,e=cscd×∑We×Aref

(1)

内表面风力:

Fw,i=∑Wi×Aref

(2)

摩擦力:

Ffr=cfr×qp×Afr

(3)

其中，cscd为结构系数；we(wi)为结构外(内)表面压力,we=qp(ze)×cpe；wi=qp(zi)×cpi,qp(ze),qp(zi)为参考高度处的最大速度压力，ze和zi为外、内表面压力的参考高度;Aref为各构件的参考表面积；cfr为摩擦系数；Afr为平行于风向的外表面面积。

2)力系数法。当结构高度与顺风向宽度之比大于5时，宜采用力系数法。

Fw=cscd×cf×qp(ze)×Aref

(4)

其中，cscd为结构系数；cf为结构或构件的风力系数；qp(ze)为参考高度处的最大速度压力；Aref为结构或构件的参考面积。

欧标风荷载计算时相关参数取值见表1。

表1 欧标风荷载计算时相关参数取值

cscd的取值：

1)对于高度低于15 m的建筑，可取1.0；2)对于固有频率高于5 Hz的立面和屋顶构件，可取1.0；3)对于具有结构墙，高度低于100 m且低于4倍的受风深度的框架建筑，可取1.0；4)对于横截面为圆形、高度低于60 m且6.5倍直径的烟囱，可取1.0。

3 结语

本文通过对EN1991-1-4欧标荷载规范解读，提出了欧标风荷载计算过程的总结归纳，同时给出相关参数取值。同时通过与中国规范的对比，完成了中欧标准风荷载计算对标工作，为相关海外工程的风荷载计算提供借鉴。

中国规范和欧洲规范风荷载对比:

1)基本风速的规定是相同的。

2)国标采用基本风压，欧标采用基本风速。欧标用暴露系数ce(z)对基本风速进行修正，其中包括了对地面粗糙度、地形和风湍流影响的考虑。中国规范将基本风速转化为基本风压后，考虑了地面粗糙度和地形的影响。

3)国标采用风压高度变化系数μz来表示，欧标采用粗糙度系数cr(z)来表示。

4)国标采用体型系数μs来表示,欧标采用cpe，cpi,cfr，cf来表示内、外压力、摩擦及风力系数。

5)国标风作用的动力影响是通过风振系数βz来表达的，欧标采用cscd结构系数表达。