中欧钢结构塔架风荷载作用的对比分析

武 士 军

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)



中欧钢结构塔架风荷载作用的对比分析

武 士 军

(宝钢工程技术集团有限公司，上海 201900)

介绍了中欧规范中钢结构塔架风荷载计算方法的差异，以某钢结构塔架为例，从风振系数、水平力、塔底反力等方面，比较了两种计算方法对钢结构塔架的作用，以供同类工程参考。

钢结构，塔架，风荷载，规范

0 引言

钢结构塔架由于其外形美观、施工周期短在各种工业项目中得到了广泛应用。随着中国国际化进程的加快，涉外工程越来越多，仅仅使用中国规范进行钢结构塔架设计已无法满足业主的需求。由于钢结构塔架结构是一种风敏感的结构体系，因此设计人员深入了解并掌握欧洲规范与中国规范对风荷载规定的差异成为迫切需要。本文以冶金工业工程中一种常见的钢结构塔架为例，简要介绍了中欧风荷载作用的差异，并将其对钢结构塔架的作用做了对比分析。

1 中欧规范风荷载计算方法

中欧规范中风荷载标准值计算方法[1，2]详见表1，地面粗糙度类别对比详见表2，中国规范的风压高度变化系数和欧洲规范的粗糙度系数的平方值沿高度变化关系图[3-5]见图1，中国规范的体型系数与欧洲规范的力系数随挡风系数的变化关系图见图2。

2 计算对比分析

为全面了解中欧两国规范中风荷载对钢结构塔架作用的差异，以某冶金工业厂房中的事故水塔为例，对比分析了两种规范的设计结果。

表1 风荷载标准值计算方法

规范GB50009—2012建筑结构荷载规范EN1991—1—4欧洲规范基本风速B类场地上10m高度处重现期为50年的10min平均年最大风速Ⅱ类场地上10m高度处重现期为50年的10min平均年最大风速基本风压w0=12ρv20qb=12ρv2b风荷载标准值wk=βzμsμzw0Fw=(1+7lv(z))cscdCfc2r(z)c2o(z)qbAref脉动效应系数βz=1+2gI10Bz1+R2(1+7lv(z))cscd=1+2kplv(z)B2+R2脉动风谱nSr(n)kv210=4x2(1+x2)4/3nSv(z，n)σ2v=6．8fL(z，n)(1+10．2fL(z，n))5/3气动阻尼未考虑Cfρbvm(z)4πf1me注：公式中相关参数定义详见规范

表2 地面粗糙度类别对比表

2.1 工程概况

为满足生产工艺要求，需在某厂区内新建一座100 m3事故水塔，水箱底标高为40.5 m。根据现场条件及美观要求，此事故水塔采用全钢结构，底部塔架为空间格构式钢结构。此塔架底部柱网为5 m×5 m，顶部柱网尺寸为3 m×3 m，层间高度为4 m,3 m；柱和斜撑为圆钢管，框架梁为轧制H型钢。柱截面为φ325×14，框架梁截面为HW200×200×8×12，支撑截面为φ159×6。塔架三维立体图见图3，立面图见图4。建设场地的抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.10g，场地类别为Ⅳ类，设计地震分组为第二组，特征周期为0.9 s,基本风压为0.6 kN/m2。中国规范按B类粗糙度计算，欧洲规范按Ⅱ类粗糙度计算，分别计算了塔架的0°和45°方向角的受力。

2.2 对比分析

为了解两国规范中顺风向的动力影响，图5给出了风振系数βz与(1+7lv(z))cscd随高度的变化关系。从图5中可以看出，随着高度的增加风振系数βz随之增大，而欧洲规范(1+7lv(z))cscd的值基本保持不变。

图6给出了塔架层水平力随高度的变化关系。从图6中可以

看出，两国规范底层水平力相差较大；随着高度的增大，两国规范计算的层水平力逐渐接近。

表3,表4列举了塔架底部反力的比较结果。在标准组合下，欧洲规范计算的塔架底部反力约比中国规范大30%～41%；在基本组合下，欧洲规范计算的塔架底部反力约比中国规范大2%～18%。基本组合比标准组合减少是因为对于设计重现期为50年的结构欧洲规范的荷载分项系数为1.0，而中国规范为1.4。

表3 标准组合下塔架底部反力比较

表4 基本组合下塔架底部反力比较

3 结语

根据以上风作用计算方法介绍和对比分析结果，可以得到以下一些有益的结论：

1)中欧两国规范基本风压的确定方法基本一致。2)中国规范中的风振系数βz随建筑高度的增加而逐步增大，而欧洲规范中的(1+7lv(z))cscd随建筑高度的增加基本不变。3)中国规范与欧洲规范计算的塔架每层的水平风力随高度的增加在逐步接近，底部相差较大。4)欧洲规范计算的各层风荷载均比中国规范计算的各层风荷载大；在标准组合下，欧洲规范计算的塔架底部反力约比中国规范大30%～41%；在基本组合下，欧洲规范计算的塔架底部反力约比中国规范大2%～18%。

[1] GB 50009—2012,建筑结构荷载规范[S].

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

[3] 陈 鑫,李爱群,王 泳,等.国内外规范自立式高耸结构等效风荷载及响应比较[J].建筑结构学报,2014,35(4):304-311.

[4] 薛颖亮,李云贵.中欧风荷载规范的对比研究[J].土木建筑工程信息技术,2010,2(1):78-81.

[5] 洪小健,顾 明.顺风向等效风荷载及响应——主要国家建筑风荷载规范比较[J].建筑结构,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

武士军(1979- )，男，硕士，工程师

TU312

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