歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算及參數(shù)取值

王 敏 何文俊

(湖北省電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 概述

隨著歐盟的成立，為協(xié)調(diào)歐盟各成員國(guó)技術(shù)條件并消除統(tǒng)一市場(chǎng)內(nèi)部貿(mào)易技術(shù)壁壘，由歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)(CEN)制定，在建筑、土木工程領(lǐng)域編制一套適用于歐洲各國(guó)的工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)范——?dú)W洲規(guī)范(Eurocodes)。于2006歐洲規(guī)范最終形成10卷58分冊(cè)，并要求于2010年替代所有成員國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。歐洲規(guī)范條文分為“基本原則”和“應(yīng)用原則”兩類(lèi)，前者在條文序號(hào)后加標(biāo)識(shí)“P”，后者則無(wú)標(biāo)識(shí)符?；驹瓌t是指無(wú)選擇、通用的定義和陳述，以及不允許選擇的分析模式和技術(shù)要求。應(yīng)用原則是指滿足基本原則要求、普遍認(rèn)可的規(guī)則，允許各成員國(guó)在歐洲規(guī)范給出的應(yīng)用原則和與它不同的其他規(guī)則間來(lái)加以選擇，但后者必須滿足基本原則，即至少與歐盟指令89/106/EEC基本要求的相關(guān)規(guī)定及其解釋性文件等效。本文主要針對(duì)EN1991-1-4歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算及參數(shù)取值展開(kāi)。

2 歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算及參數(shù)取值

2.1 適用范圍

EN1991-1-4風(fēng)荷載適用于計(jì)算高度200 m以?xún)?nèi)的建筑和結(jié)構(gòu)工程，以及跨度200 m以?xún)?nèi)的橋梁。對(duì)于設(shè)置核心筒等扭轉(zhuǎn)振動(dòng)明顯的結(jié)構(gòu)及需要考慮多階陣型的結(jié)構(gòu)不適用。

2.2 基本風(fēng)速基值

歐洲規(guī)范確定基本風(fēng)速是平坦開(kāi)闊地面上，10 m高度處，年超越概率為2%(即重現(xiàn)期為50年)的10 min的平均風(fēng)速，與中國(guó)規(guī)范相同。

2.3 計(jì)算方法選取

1)求和法。將作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的外表面風(fēng)力Fw,e，內(nèi)表面風(fēng)力Fw,i，摩擦力Ffr矢量相加。當(dāng)與風(fēng)向平行(或有很小角度)的結(jié)構(gòu)表面面積不大于垂直于風(fēng)向的結(jié)構(gòu)表面面積的4倍時(shí)，可忽略風(fēng)摩擦的作用；當(dāng)需要考慮內(nèi)表面風(fēng)壓時(shí)，一般建筑，結(jié)構(gòu)各部分的內(nèi)表面壓力系數(shù)根據(jù)相同位置處外表面壓力的方向取+0.2或-0.3中最不利的一個(gè)。

外表面風(fēng)力:

Fw,e=cscd×∑We×Aref

(1)

內(nèi)表面風(fēng)力:

Fw,i=∑Wi×Aref

(2)

摩擦力:

Ffr=cfr×qp×Afr

(3)

其中，cscd為結(jié)構(gòu)系數(shù)；we(wi)為結(jié)構(gòu)外(內(nèi))表面壓力,we=qp(ze)×cpe；wi=qp(zi)×cpi,qp(ze),qp(zi)為參考高度處的最大速度壓力，ze和zi為外、內(nèi)表面壓力的參考高度;Aref為各構(gòu)件的參考表面積；cfr為摩擦系數(shù)；Afr為平行于風(fēng)向的外表面面積。

2)力系數(shù)法。當(dāng)結(jié)構(gòu)高度與順風(fēng)向?qū)挾戎却笥?時(shí)，宜采用力系數(shù)法。

Fw=cscd×cf×qp(ze)×Aref

(4)

其中，cscd為結(jié)構(gòu)系數(shù)；cf為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的風(fēng)力系數(shù)；qp(ze)為參考高度處的最大速度壓力；Aref為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的參考面積。

歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)相關(guān)參數(shù)取值見(jiàn)表1。

表1 歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)相關(guān)參數(shù)取值

cscd的取值：

1)對(duì)于高度低于15 m的建筑，可取1.0；2)對(duì)于固有頻率高于5 Hz的立面和屋頂構(gòu)件，可取1.0；3)對(duì)于具有結(jié)構(gòu)墻，高度低于100 m且低于4倍的受風(fēng)深度的框架建筑，可取1.0；4)對(duì)于橫截面為圓形、高度低于60 m且6.5倍直徑的煙囪，可取1.0。

3 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)EN1991-1-4歐標(biāo)荷載規(guī)范解讀，提出了歐標(biāo)風(fēng)荷載計(jì)算過(guò)程的總結(jié)歸納，同時(shí)給出相關(guān)參數(shù)取值。同時(shí)通過(guò)與中國(guó)規(guī)范的對(duì)比，完成了中歐標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)荷載計(jì)算對(duì)標(biāo)工作，為相關(guān)海外工程的風(fēng)荷載計(jì)算提供借鑒。

中國(guó)規(guī)范和歐洲規(guī)范風(fēng)荷載對(duì)比:

1)基本風(fēng)速的規(guī)定是相同的。

2)國(guó)標(biāo)采用基本風(fēng)壓，歐標(biāo)采用基本風(fēng)速。歐標(biāo)用暴露系數(shù)ce(z)對(duì)基本風(fēng)速進(jìn)行修正，其中包括了對(duì)地面粗糙度、地形和風(fēng)湍流影響的考慮。中國(guó)規(guī)范將基本風(fēng)速轉(zhuǎn)化為基本風(fēng)壓后，考慮了地面粗糙度和地形的影響。

3)國(guó)標(biāo)采用風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz來(lái)表示，歐標(biāo)采用粗糙度系數(shù)cr(z)來(lái)表示。

4)國(guó)標(biāo)采用體型系數(shù)μs來(lái)表示,歐標(biāo)采用cpe，cpi,cfr，cf來(lái)表示內(nèi)、外壓力、摩擦及風(fēng)力系數(shù)。

5)國(guó)標(biāo)風(fēng)作用的動(dòng)力影響是通過(guò)風(fēng)振系數(shù)βz來(lái)表達(dá)的，歐標(biāo)采用cscd結(jié)構(gòu)系數(shù)表達(dá)。