正三角形維護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載計(jì)算探討

姜雨芃 張 宇 王子川 李瑞鴿 姜鳳華

（臺(tái)州學(xué)院 建筑工程學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000）

正三角形維護(hù)結(jié)構(gòu)在城市宣傳板中應(yīng)用廣泛，尤其用于大型落地式高聳鋼結(jié)構(gòu)廣告牌結(jié)構(gòu)中。隨著我國(guó)改革開(kāi)放的不斷深入和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)廣告牌成為一種新型的結(jié)構(gòu)形式。廣告牌結(jié)構(gòu)豎向一般僅承受自重荷載,相對(duì)較小。水平荷載(主要是風(fēng)荷載)成為結(jié)構(gòu)承受的主要荷載，在強(qiáng)風(fēng)荷載下維護(hù)面板和結(jié)構(gòu)損壞時(shí)有發(fā)生，如圖1所示。所以抗風(fēng)設(shè)計(jì)是廣告牌設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一。風(fēng)荷載計(jì)算準(zhǔn)確與否是抗風(fēng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，本文就正三角形廣告牌面板的風(fēng)荷載計(jì)算方法進(jìn)行了分析。

圖1 在颶風(fēng)中三角形維護(hù)面板嚴(yán)重?fù)p壞

1 《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的計(jì)算方法

根據(jù) 《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS148:2003）4.2.1條規(guī)定[2]，施加在戶外廣告牌上高度z處單位面積上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk應(yīng)按下式計(jì)算：

其中，μs，μz，βz—分別為廣告設(shè)施的風(fēng)載體型系數(shù)、z高度處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)、z高度處的風(fēng)載系數(shù)；

其中，v0——基本風(fēng)速；

ρ——空氣密度（t/m3）

根據(jù)《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS148:2003）規(guī)定，廣告牌的面板風(fēng)載體型系數(shù)為1.3，并且不考慮面板的形狀。

2 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定的計(jì)算方法

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）也規(guī)定了維護(hù)結(jié)構(gòu)表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk計(jì)算方法：

其中：βgz，μs1，μz分別為高度 z處的陣風(fēng)系數(shù)、 風(fēng)荷載局部體型系數(shù)和高度z處的風(fēng)壓高度變化系數(shù)。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)中8.3.3條規(guī)定，該類維護(hù)結(jié)構(gòu)的風(fēng)載體型系數(shù)按照一般建筑物（即8.3.1條）的風(fēng)載體型系數(shù)乘以1.25倍的增大系數(shù)采用。但是在8.3.1條并沒(méi)有平面形狀為三角形的建筑物，借用《規(guī)范》表8.3.1第30項(xiàng)截角三角形的風(fēng)載體型系數(shù)，當(dāng)風(fēng)荷載正面吹來(lái)時(shí)，正三角形表面的風(fēng)壓系數(shù)分別為0.8，-0.5和-0.5。

按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)規(guī)定，計(jì)算作用在結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載總壓力系數(shù)為1.625，與《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS148:2003）4.2.1條規(guī)定相比，作用在維護(hù)結(jié)構(gòu)上相應(yīng)的風(fēng)荷載也放大了1.25倍。

3 本文建議方法

由于在建筑結(jié)構(gòu)中，正三角形的截面形狀在使用功能上不夠合理，因此很少使用。所以《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)規(guī)定的是截角正三角形的風(fēng)載體型系數(shù)，而不是正三角形的風(fēng)載體型系數(shù)。正三角形的截面形狀在抗風(fēng)設(shè)計(jì)中是更不利的，因此本文建議，正三角形維護(hù)結(jié)構(gòu)在進(jìn)行風(fēng)壓計(jì)算時(shí)，要在 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2012)規(guī)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行放大，放大系數(shù)建議為1.2倍。

4 工程設(shè)計(jì)算例分析

一正三角形三面廣告牌，采用格構(gòu)式立柱，立柱高度10m，廣告面板高度2m，邊長(zhǎng)8m，初步選擇立柱弦桿為角鋼L125×12，截面積為A=7.288cm2，質(zhì)量為ρ=22.696kg/m,腹桿采用L63×6，截面積為A=28.912cm2，ρ=5.721kg/m,承受的最大風(fēng)荷載選用0812號(hào)臺(tái)風(fēng)鸚鵡(Parrot)的觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算基本風(fēng)壓。臺(tái)風(fēng)鸚鵡是2008年第12號(hào)臺(tái)風(fēng)，登陸時(shí)最大風(fēng)力10級(jí)，達(dá)到25米/秒的風(fēng)速，最低氣壓985百帕，受“鸚鵡”影響，廣東省東部和珠江三角洲沿海地區(qū)普遍出現(xiàn)8-10級(jí)、陣風(fēng)12級(jí)的大風(fēng)，臺(tái)風(fēng)的風(fēng)速達(dá)32.6m/s。

空氣密度ρ根據(jù)所在地的海拔高度按下式近似估算：

取海拔高度 Z=20m，則空氣密度 ρ=1.2475×10-3t/m3。 帶入式（2）可得w0=0.663kN/m2

對(duì)于地面粗糙度為C類的城市市區(qū)，22m處風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz=0.768；風(fēng)載體型系數(shù) μs=1.6；20m 高度處的風(fēng)振系數(shù)取 βz=1，采用《戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（CECS148:2003）的方法將以上參數(shù)帶入式（1）計(jì)算，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：wk=0.815kN/m2。

采用《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》規(guī)定的計(jì)算方法，將基本風(fēng)壓帶入（3）式，wk=1.019kN/m2。

采用本文提出的方法，結(jié)構(gòu)上的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為：wk=1.223kN/m2。

5 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)荷載的計(jì)算的準(zhǔn)確與否直接關(guān)系到主體結(jié)構(gòu)的安全，通過(guò)歷次臺(tái)風(fēng)過(guò)后的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，廣告牌和維護(hù)結(jié)構(gòu)等損壞嚴(yán)重，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮到結(jié)構(gòu)的風(fēng)載體型系數(shù)和風(fēng)荷載的非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程特性。本文對(duì)不同規(guī)范提出的計(jì)算方法進(jìn)行比較，并在此基礎(chǔ)上，考慮到結(jié)構(gòu)的特殊性，提出了更加合理和嚴(yán)格的風(fēng)荷載計(jì)算方法，對(duì)類似結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

［1］陽(yáng)芳,張海,周芝蘭.獨(dú)立柱雙面廣告牌風(fēng)荷載計(jì)算研究[J]．特種結(jié)構(gòu),2011,28(1):50-53．

［2］中國(guó)工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn).CECS148:2003戶外廣告設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S]．北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003．

［3］中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn).GB50009-2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S]．北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社．