12
2014
09

中澳规范风荷载的代换问题

基本风压(速)与设计风压(速)

基本风速是不同地区气象观察站通过风速仪大量观察、记录,并按照“标准条件”下的记录数据进行统计分析而得到的该地最大平均风速。这里的“标准条件”一般指标准的地面粗糙度类别、标准高度及重现期、平均风时距和平均风概率分布类型等。不同国家的规范,标准条件可能不同。基本风速通过伯努力方程可转换为基本风压(如中国规范中的$\omega_0$)。
设计风速设计风压指基本风速或风压考虑了高度系数等与建筑物本身特性无关的因素后直接作用于结构上的风速或风压。

基本风压(速)的影响因素

影响基本风压或风速的因素主要有:① 标准高度的规定;② 标准地貌的规定;③ 平均风速的时距;④ 最大风速的样本;⑤ 最大风速的重现期;⑥ 最大风速的线型。
中国规范和澳大利亚规范在基本风压(速)的定义上除了“平均风速的时距”外,其他方面均是相同的。中国规范规定的时距为10min,而澳大利亚规范规定的时距是3s。这就造成,同一地点选用不同的规范定义时,将得到不同的基本风压(速)。美国学者通地研究给出了时距为t(s)的平均风速$v_t$与时距为1h的平均风速$v_{3600}$的关系,进而我们可以总结出$v_t$与$v_{600}$($\beta_1$)、$v_t$与$v_3$($\beta_2$)之间的转换关系,如下表:

t/s135101520305060010003600
$\beta_1$1.4581.4221.3991.3401.3121.2841.2381.1721.0000.9650.938
$\beta_2$1.0251.0000.9830.9420.9240.9030.8700.8240.7030.6790.659

设计风压的规范公式

1.中国规范风压标准值公式如下:
$$\omega_k=\beta_z\mu_s\mu_z\omega_0$$
各参数意义请参见规范。
2.澳大利亚规范AS/NZS 1170.2给出的风压标准值表达式为:
$$p=(0.5\rho)[V_{des,\theta}]^2C_{fig}C_{dyn}$$
其中,$C_{fig}$和$C_{dyn}$分别表示体型系数和与风振的背景及共振响应有关的动力放大系数;$V_{des,\theta}$表示作用于建筑物主轴方向上的设计风速,其值为该主轴方向$\pm45^\circ$范围内的风速最大值。设计风速考虑了地形地貌、高度等因素,对应于中国规范的$\mu_z\omega_0$。

设计建议

显然,如遇到中国项目按澳大利亚规范设计或澳大利亚项目按中国规范设计时均需要对风当地的基本风压(速)进行适当地代换。
方式一:中国项目按澳大利亚规范设计
此时为已知中国的基本风压代换为澳大利亚的设计风速,表达式为:
$$V_{des}=1.422\cdot\sqrt{2\mu_z\omega_0/\rho}$$
之后,将此值当做设计风速代入澳大利亚的风压计算公式即可。
方式二:澳大利亚项目按中国规范设计
此时为已知澳大利亚的设计风速代换为中国的设计风压,表达式为:
$$\mu_z\omega_0=0.5\rho[0.703\cdot V_{des}]^2$$
之后,将此值当做设计风压代入中国的风压计算公式即可。


参考文献:
[1] 张相庭,结构风工程 理论·规范·实践,中国建筑工业出版社
[2] 黄本才,结构抗风分析原理与应用,同济大学出版社
[3] 杨庆山,黄韬颖. 中美澳三国风荷载规范简介及其关于设计风速规定之比较[J]

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