中國(guó)和英國(guó)建筑設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載比較

陳賀義 蘇永章 王 浩 侯曉寧 張慧怡

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

中國(guó)和英國(guó)建筑設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載比較

陳賀義 蘇永章 王 浩 侯曉寧 張慧怡

河南建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司（450002）

隨著國(guó)外工程的不斷增加，我們需要掌握國(guó)外規(guī)范和中國(guó)規(guī)范的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。文章對(duì)中國(guó)荷載規(guī)范和英國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范進(jìn)行分析比較，可知兩者差距不大。

風(fēng)荷載；比較；建筑設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，特別是高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的影響特別大。近幾年，國(guó)外工程不斷增加，我們需要掌握國(guó)外和國(guó)內(nèi)規(guī)范的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)，以便正確使用國(guó)外規(guī)范進(jìn)行工程設(shè)計(jì)，確保所設(shè)計(jì)的建筑物是安全和經(jīng)濟(jì)的。文章通過(guò)馬來(lái)西亞的工程設(shè)計(jì)，對(duì)英國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范（CP3:Chapter V—2:1972）[1]（以下簡(jiǎn)稱英國(guó)規(guī)范）和中國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 5009—2012）[2]（以下簡(jiǎn)稱中國(guó)規(guī)范）的風(fēng)荷載進(jìn)行比較，以便正確使用英國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。因?yàn)轳R來(lái)西亞沒有自己的風(fēng)荷載規(guī)范，建設(shè)方要求用英國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范（CP3:Chapter V—2:1972）進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。

1 風(fēng)荷載計(jì)算公式

中國(guó)規(guī)范

關(guān)于風(fēng)荷載計(jì)算，垂直于建筑物表面上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下述公式計(jì)算:

當(dāng)計(jì)算主要承重結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)按下式計(jì)算:

wk=βzμsμzw0

式中:

wk:風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值(kN/m2)；βz:高度 z 處風(fēng)振系數(shù)；μs:風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz:風(fēng)壓高度變化系數(shù)；w0:基本風(fēng)壓(kN/m2)。

英國(guó)規(guī)范（CP3:Chapter V—2:1972）

q=Cpq

式中:

q:風(fēng)作用在建筑物外表面壓力；q:風(fēng)的動(dòng)態(tài)壓力；Cp:作用在建筑物外表面壓力系數(shù)。

q=0.613Vs2

式中:

Vs:風(fēng)的動(dòng)態(tài)壓力。

2 基本風(fēng)速

中國(guó)規(guī)范規(guī)定風(fēng)速是按全國(guó)各氣象臺(tái)站歷年來(lái)的最大風(fēng)速記錄，按基本風(fēng)壓的標(biāo)準(zhǔn)要求，將不同風(fēng)儀高度和時(shí)次時(shí)距的年最大風(fēng)速，統(tǒng)一換算為離地10 m高，自記10 min平均年最大風(fēng)速(m/s)。根據(jù)該風(fēng)速數(shù)據(jù)，按附錄D的規(guī)定，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析確定重現(xiàn)期為50年的最大風(fēng)速，作為當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)速υ0。以往，國(guó)內(nèi)大多數(shù)風(fēng)速記錄是風(fēng)壓板的觀測(cè)結(jié)果，刻度所反映的風(fēng)速，實(shí)際上是統(tǒng)一根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的空氣密度ρ=1.25 kg/m3按上述公式反算而得，因此在按該風(fēng)速確定風(fēng)壓時(shí)，可統(tǒng)一按公式w0=v02/1 600計(jì)算。鑒于數(shù)據(jù)通過(guò)風(fēng)壓板測(cè)得，人為的觀測(cè)誤差較大，再加上時(shí)次時(shí)距換算中的誤差，其結(jié)果就不太可靠。當(dāng)前各氣象臺(tái)站已累積了較多的根據(jù)風(fēng)杯式自記風(fēng)速儀記錄的10 min平均年最大風(fēng)速數(shù)據(jù)，因此在數(shù)據(jù)處理時(shí),基本上是以自記得數(shù)據(jù)為依據(jù)。在確定風(fēng)壓時(shí)，必須考慮各臺(tái)站觀測(cè)當(dāng)時(shí)的空氣密度?；撅L(fēng)壓應(yīng)按中國(guó)規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的50年一遇的風(fēng)壓采用，但不得小于0.3 kN／m2。對(duì)于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當(dāng)提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范具體規(guī)定。

英國(guó)風(fēng)荷載規(guī)范規(guī)定，基本風(fēng)速V按估計(jì)會(huì)超過(guò)平均50年一次的3 s的陣風(fēng)速度。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析來(lái)自儀表站的連續(xù)風(fēng)記錄，根據(jù)需要，在共同的基礎(chǔ)上對(duì)這一速度進(jìn)行了評(píng)估。這些記錄值以地圖上2 m/s間隔繪制的等值線（相等風(fēng)速線）給出。該值表示在地面上在一個(gè)開放的地方10 m（33 ft）處的3 s陣風(fēng)速度，這個(gè)可能在50年內(nèi)平均只能超過(guò)一次?；撅L(fēng)速已被評(píng)估為適用于無(wú)障礙物的開放型地方，應(yīng)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)的變化進(jìn)行調(diào)整。該地圖包含平均海拔以上地面一般水平的影響。考慮到地面上的大的局部變化，它涉及山丘的影響和山谷遮蔽物的影響，地面粗糙度、建筑尺寸和強(qiáng)風(fēng)隨高度的變化，修正了基本速度。最后，在修改基本速度時(shí)，要考慮到風(fēng)暴時(shí)期的影響。

從以上可以看出，中國(guó)規(guī)范和英國(guó)規(guī)范在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)都是從風(fēng)速計(jì)算出來(lái)的，兩個(gè)規(guī)范的重現(xiàn)期均為50年的最大風(fēng)速，但是中國(guó)規(guī)范規(guī)定風(fēng)速是離地10 m高，自記10 min平均年最大風(fēng)速(m/s)；英國(guó)規(guī)范規(guī)定風(fēng)速在一個(gè)開放的地方離地10 m（33 ft）處的3秒陣風(fēng)速度。兩國(guó)規(guī)范中地面粗糙度，地面粗糙度、建筑尺寸和強(qiáng)風(fēng)隨高度的變化對(duì)風(fēng)荷載的影響不同，中國(guó)規(guī)范中風(fēng)荷載體型系數(shù)、地面粗糙度、風(fēng)壓高度變化系數(shù)是在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)中體現(xiàn)的,基本風(fēng)壓中沒有體現(xiàn)；英國(guó)規(guī)范中地面粗糙度、建筑尺寸和強(qiáng)風(fēng)隨高度在設(shè)計(jì)風(fēng)速中體現(xiàn)，形成風(fēng)的動(dòng)態(tài)壓力時(shí)是平方的關(guān)系。

3 結(jié)論

1）風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)中國(guó)規(guī)范和英國(guó)規(guī)范有較大的區(qū)別，兩者計(jì)算風(fēng)荷載所用公式不同，設(shè)計(jì)風(fēng)速考慮的內(nèi)容不同，基本風(fēng)速也不同，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。

2）中國(guó)規(guī)范和英國(guó)規(guī)范都考慮了地面粗糙度、建筑尺寸和強(qiáng)風(fēng)隨高度對(duì)風(fēng)荷載的影響，從常規(guī)工程實(shí)際計(jì)算來(lái)看，雖然有以上差別，但是風(fēng)荷載的計(jì)算結(jié)果相差不大。

[1]CP3:Chapter V-2:1972 Code ofBasic data for thedesign of buildings—Chapter V:Loading—Part 2:Wind Loads.

[2]GB 5009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].