中歐鋼結(jié)構(gòu)塔架風(fēng)荷載作用的對(duì)比分析

武 士 軍

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

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中歐鋼結(jié)構(gòu)塔架風(fēng)荷載作用的對(duì)比分析

武 士 軍

(寶鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，上海 201900)

介紹了中歐規(guī)范中鋼結(jié)構(gòu)塔架風(fēng)荷載計(jì)算方法的差異，以某鋼結(jié)構(gòu)塔架為例，從風(fēng)振系數(shù)、水平力、塔底反力等方面，比較了兩種計(jì)算方法對(duì)鋼結(jié)構(gòu)塔架的作用，以供同類工程參考。

鋼結(jié)構(gòu)，塔架，風(fēng)荷載，規(guī)范

0 引言

鋼結(jié)構(gòu)塔架由于其外形美觀、施工周期短在各種工業(yè)項(xiàng)目中得到了廣泛應(yīng)用。隨著中國國際化進(jìn)程的加快，涉外工程越來越多，僅僅使用中國規(guī)范進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)塔架設(shè)計(jì)已無法滿足業(yè)主的需求。由于鋼結(jié)構(gòu)塔架結(jié)構(gòu)是一種風(fēng)敏感的結(jié)構(gòu)體系，因此設(shè)計(jì)人員深入了解并掌握歐洲規(guī)范與中國規(guī)范對(duì)風(fēng)荷載規(guī)定的差異成為迫切需要。本文以冶金工業(yè)工程中一種常見的鋼結(jié)構(gòu)塔架為例，簡(jiǎn)要介紹了中歐風(fēng)荷載作用的差異，并將其對(duì)鋼結(jié)構(gòu)塔架的作用做了對(duì)比分析。

1 中歐規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算方法

中歐規(guī)范中風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法[1，2]詳見表1，地面粗糙度類別對(duì)比詳見表2，中國規(guī)范的風(fēng)壓高度變化系數(shù)和歐洲規(guī)范的粗糙度系數(shù)的平方值沿高度變化關(guān)系圖[3-5]見圖1，中國規(guī)范的體型系數(shù)與歐洲規(guī)范的力系數(shù)隨擋風(fēng)系數(shù)的變化關(guān)系圖見圖2。

2 計(jì)算對(duì)比分析

為全面了解中歐兩國規(guī)范中風(fēng)荷載對(duì)鋼結(jié)構(gòu)塔架作用的差異，以某冶金工業(yè)廠房中的事故水塔為例，對(duì)比分析了兩種規(guī)范的設(shè)計(jì)結(jié)果。

表1 風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算方法

規(guī)范GB50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范EN1991—1—4歐洲規(guī)范基本風(fēng)速B類場(chǎng)地上10m高度處重現(xiàn)期為50年的10min平均年最大風(fēng)速Ⅱ類場(chǎng)地上10m高度處重現(xiàn)期為50年的10min平均年最大風(fēng)速基本風(fēng)壓w0=12ρv20qb=12ρv2b風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk=βzμsμzw0Fw=(1+7lv(z))cscdCfc2r(z)c2o(z)qbAref脈動(dòng)效應(yīng)系數(shù)βz=1+2gI10Bz1+R2(1+7lv(z))cscd=1+2kplv(z)B2+R2脈動(dòng)風(fēng)譜nSr(n)kv210=4x2(1+x2)4/3nSv(z，n)σ2v=6．8fL(z，n)(1+10．2fL(z，n))5/3氣動(dòng)阻尼未考慮Cfρbvm(z)4πf1me注：公式中相關(guān)參數(shù)定義詳見規(guī)范

表2 地面粗糙度類別對(duì)比表

2.1 工程概況

為滿足生產(chǎn)工藝要求，需在某廠區(qū)內(nèi)新建一座100 m3事故水塔，水箱底標(biāo)高為40.5 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及美觀要求，此事故水塔采用全鋼結(jié)構(gòu)，底部塔架為空間格構(gòu)式鋼結(jié)構(gòu)。此塔架底部柱網(wǎng)為5 m×5 m，頂部柱網(wǎng)尺寸為3 m×3 m，層間高度為4 m,3 m；柱和斜撐為圓鋼管，框架梁為軋制H型鋼。柱截面為φ325×14，框架梁截面為HW200×200×8×12，支撐截面為φ159×6。塔架三維立體圖見圖3，立面圖見圖4。建設(shè)場(chǎng)地的抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度為0.10g，場(chǎng)地類別為Ⅳ類，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，特征周期為0.9 s,基本風(fēng)壓為0.6 kN/m2。中國規(guī)范按B類粗糙度計(jì)算，歐洲規(guī)范按Ⅱ類粗糙度計(jì)算，分別計(jì)算了塔架的0°和45°方向角的受力。

2.2 對(duì)比分析

為了解兩國規(guī)范中順風(fēng)向的動(dòng)力影響，圖5給出了風(fēng)振系數(shù)βz與(1+7lv(z))cscd隨高度的變化關(guān)系。從圖5中可以看出，隨著高度的增加風(fēng)振系數(shù)βz隨之增大，而歐洲規(guī)范(1+7lv(z))cscd的值基本保持不變。

圖6給出了塔架層水平力隨高度的變化關(guān)系。從圖6中可以

看出，兩國規(guī)范底層水平力相差較大；隨著高度的增大，兩國規(guī)范計(jì)算的層水平力逐漸接近。

表3,表4列舉了塔架底部反力的比較結(jié)果。在標(biāo)準(zhǔn)組合下，歐洲規(guī)范計(jì)算的塔架底部反力約比中國規(guī)范大30%～41%；在基本組合下，歐洲規(guī)范計(jì)算的塔架底部反力約比中國規(guī)范大2%～18%。基本組合比標(biāo)準(zhǔn)組合減少是因?yàn)閷?duì)于設(shè)計(jì)重現(xiàn)期為50年的結(jié)構(gòu)歐洲規(guī)范的荷載分項(xiàng)系數(shù)為1.0，而中國規(guī)范為1.4。

表3 標(biāo)準(zhǔn)組合下塔架底部反力比較

表4 基本組合下塔架底部反力比較

3 結(jié)語

根據(jù)以上風(fēng)作用計(jì)算方法介紹和對(duì)比分析結(jié)果，可以得到以下一些有益的結(jié)論：

1)中歐兩國規(guī)范基本風(fēng)壓的確定方法基本一致。2)中國規(guī)范中的風(fēng)振系數(shù)βz隨建筑高度的增加而逐步增大，而歐洲規(guī)范中的(1+7lv(z))cscd隨建筑高度的增加基本不變。3)中國規(guī)范與歐洲規(guī)范計(jì)算的塔架每層的水平風(fēng)力隨高度的增加在逐步接近，底部相差較大。4)歐洲規(guī)范計(jì)算的各層風(fēng)荷載均比中國規(guī)范計(jì)算的各層風(fēng)荷載大；在標(biāo)準(zhǔn)組合下，歐洲規(guī)范計(jì)算的塔架底部反力約比中國規(guī)范大30%～41%；在基本組合下，歐洲規(guī)范計(jì)算的塔架底部反力約比中國規(guī)范大2%～18%。

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] BS EN 1991—1—4：Eurocode 1:Actions on structures—Part 1-4：General actions—Wind actions[S].

[3] 陳 鑫,李愛群,王 泳,等.國內(nèi)外規(guī)范自立式高聳結(jié)構(gòu)等效風(fēng)荷載及響應(yīng)比較[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2014,35(4):304-311.

[4] 薛穎亮,李云貴.中歐風(fēng)荷載規(guī)范的對(duì)比研究[J].土木建筑工程信息技術(shù),2010,2(1):78-81.

[5] 洪小健,顧 明.順風(fēng)向等效風(fēng)荷載及響應(yīng)——主要國家建筑風(fēng)荷載規(guī)范比較[J].建筑結(jié)構(gòu),2004,34(7):39-43.

On comparative analysis of wind loading on steel-tower between Eurocode and Chinese code

Wu Shijun

(BaosteelEngineering&TechnologyGroupCo.,Ltd,Shanghai201900,China)

The paper introduces the differences in the wind loading calculation methods of the steel tower in the European and Chinese codes, and compares the role of the two calculation methods on the steel tower from the wind vibration coefficient, horizontal force, and tower bottom counter-force by taking some steel tower as the example, so as to provide some reference.

steel structure, tower, wind loading, regulation

1009-6825(2017)14-0027-02

2017-03-06

武士軍(1979- )，男，碩士，工程師

TU312

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