中國(guó)與孟加拉國(guó)基本風(fēng)壓計(jì)算及分析比較

高偉

(江蘇省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇 南京210009)

0 引言

最近筆者所在設(shè)計(jì)院完成了孟加拉國(guó)奧林匹克水泥廠的設(shè)計(jì)任務(wù)，孟加拉人民共和國(guó)（People's Republic of Bangladesh），簡(jiǎn)稱孟加拉，地理位置上屬南亞，位于孟加拉灣之北，亞熱帶季風(fēng)氣候，沿海屬于季風(fēng)型熱帶草原氣候。 孟加拉屬于平原地區(qū)，國(guó)內(nèi)河道縱橫密布，雨季極易泛濫，常出現(xiàn)熱帶颶風(fēng)。 在設(shè)計(jì)初期，業(yè)主就許可采用中國(guó)現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)業(yè)主提供的廠區(qū)所在地博里薩爾（Barisal）的氣象資料，并參照孟加拉國(guó)家建筑手冊(cè)（BNBC），當(dāng)?shù)氐淖畲箫L(fēng)速高達(dá)260 km/h。如果不經(jīng)思考、換算，把當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)速直接按照中國(guó)規(guī)范進(jìn)行計(jì)算，很可能會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和不必要的浪費(fèi)。因此，筆者從本次工程實(shí)例出發(fā)，就中孟兩國(guó)的風(fēng)荷載計(jì)算進(jìn)行了比較和分析。

1 中孟兩國(guó)基本風(fēng)速定義的對(duì)比

中國(guó)的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009-2012）對(duì)于基本風(fēng)速規(guī)定：離地10 m 高，記錄時(shí)距為10 min平均的風(fēng)速觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50 年一遇最大值確定的風(fēng)速（m/s）。

在設(shè)計(jì)初期，根據(jù)業(yè)主提供的廠區(qū)所在地博里薩爾（Barisal）的氣象資料，并根據(jù)孟加拉國(guó)家建筑手冊(cè)（BNBC）,查找博里薩爾（Barisal）地區(qū)的風(fēng)荷載情況，當(dāng)?shù)氐年囷L(fēng)風(fēng)速高達(dá)260 km/h=72.2 m/s。

孟加拉國(guó)家建筑規(guī)范（BNBC）中對(duì)于基本風(fēng)速的定義是以當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦的地面上離地10 m高統(tǒng)計(jì)20 年一遇的3 s 時(shí)距的平均風(fēng)速為標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速。

對(duì)比可以看出，兩個(gè)國(guó)家的規(guī)范在基本風(fēng)速的定義上差別很大，就算離地高度是相同的，記錄時(shí)距、統(tǒng)計(jì)年限都完全不同。 因此，需要經(jīng)過計(jì)算，把孟加拉國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速轉(zhuǎn)化為中國(guó)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速，這樣再按照中國(guó)規(guī)范計(jì)算出來(lái)的基本風(fēng)壓W0才符合中國(guó)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

2 中孟兩國(guó)基本風(fēng)壓換算計(jì)算

對(duì)照兩國(guó)規(guī)范和計(jì)算手冊(cè)，查找文獻(xiàn)資料，兩國(guó)基本風(fēng)壓計(jì)算存在差別，換算系數(shù)表如表1、表2 所示。

表1 不同重現(xiàn)期T0 對(duì)風(fēng)壓的換算系數(shù)μr

表2 不同時(shí)距的平均風(fēng)速換算系數(shù)β

孟加拉國(guó)家建筑手冊(cè)（BNBC）規(guī)定,當(dāng)?shù)乇容^空曠平坦的地面, 風(fēng)速高度與中國(guó)規(guī)范離地10 m高，重現(xiàn)期20 年，平均風(fēng)速為3 s 時(shí)相同的空氣密度ρ=1.255 kg/m3。而按照中國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB5009-2012）中相應(yīng)地基本風(fēng)速的空氣密度ρ=1.25 kg/m3。， 孟加拉國(guó)當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓除以1.72 的系數(shù)后，就是換算成我國(guó)規(guī)范下的基本風(fēng)壓值。

3 水泥粉磨車間風(fēng)荷載計(jì)算實(shí)例

水泥粉磨車間概況： 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)49.5 m，寬12 m，高度29.5 m，外墻采用當(dāng)?shù)貦C(jī)制紅磚全封閉。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）規(guī)定，垂直于建筑物表面的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值，計(jì)算主要受力結(jié)構(gòu)時(shí)，按照下式計(jì)算：

Wk=βzμsμzW0

式中：Wk—風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/m2）；βz—高度z 處的風(fēng)振系數(shù)；μs—風(fēng)荷載體型系數(shù)；μz—風(fēng)壓高度變化系數(shù)；W0—基本風(fēng)壓（kN/m2）。

（1）風(fēng)振系數(shù)βz

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）8.4.1 規(guī)定，高度大于30 m 且高寬比大于1.5 的房屋，以及基本自振周期T1大于0.25 s 的各種高聳結(jié)構(gòu)，應(yīng)考慮風(fēng)壓脈動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生順風(fēng)向風(fēng)振的影響。 結(jié)構(gòu)的自振周期應(yīng)按結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)計(jì)算，近似的基本自振周期T1可按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄公式（F.2.2）計(jì)算：

（2）風(fēng)荷載體型系數(shù)μs

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》表8.3.1 項(xiàng)次2，查表得出μs=0.8+0.5=1.3。

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，計(jì)算風(fēng)荷載對(duì)房屋的整體作用時(shí)，如對(duì)房屋進(jìn)行內(nèi)力和位移計(jì)算時(shí)，只需按各個(gè)表面的平均風(fēng)壓計(jì)算，即采用各個(gè)表面的平均風(fēng)載體型系數(shù)計(jì)算，正反兩個(gè)方向風(fēng)荷載的絕對(duì)值可按兩個(gè)中較大值采用，即采用了綜合壓力、吸力后的總體形系數(shù)。綜上所述，μs可采用《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》4.2.5.3 條規(guī)定，高寬比H/B 不大于4 的矩形、方形、十字形平面建筑取1.3。

因此，綜合《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ 3-2010）在風(fēng)荷載體型系數(shù)μs的取值上是一致的，本次計(jì)算取1.3。

（3）風(fēng)壓高度變化系數(shù)μz

根據(jù) 《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）8.2.1 條規(guī)定，廠區(qū)所在地為房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，結(jié)合業(yè)主提供的地質(zhì)報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)考察的實(shí)際情況，確定地面粗糙度為B 類，當(dāng)H=6.2 m 時(shí)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)：

（4）基本風(fēng)壓W0

按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2012）要求，考慮到當(dāng)?shù)貥O限風(fēng)速實(shí)在太大，經(jīng)過與業(yè)主聘請(qǐng)的孟加拉國(guó)氣象專家和我院專家、 土建工程師的多次溝通，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐植繗庀筚Y料，研究探討，在確保安全、經(jīng)濟(jì)的前提下，最后確定標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)速按66.0 m/s 計(jì)算：

（5）風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值wk

水泥粉磨車間框架結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 磨房框架結(jié)構(gòu)示意圖

一層的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：Wk=βzμsμzW0=1.0×1.3×1.0×1.6=2.08 kN/m2。

一層的受風(fēng)面積為：A1=h1×L=6×49.5=297 kN/m2。

一層的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值：F1=A1Wk1=297×2.08=617.7 kN。

各層風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值見表1。

表1 各層風(fēng)荷標(biāo)準(zhǔn)值

4 結(jié)論

綜上所述，中孟兩國(guó)在基本風(fēng)壓的定義以及取值上存在一定的差異，但是關(guān)于風(fēng)荷載的計(jì)算方法本質(zhì)上相同。 通過對(duì)兩國(guó)規(guī)范的對(duì)比研究得出，兩國(guó)的基本風(fēng)壓存在著如下關(guān)系：。 實(shí)際

工程設(shè)計(jì)時(shí)，只需利用此關(guān)系式就可以實(shí)現(xiàn)兩國(guó)基本風(fēng)壓的換算，計(jì)算出正確的風(fēng)荷載值。 如果直接采用中國(guó)規(guī)范，不結(jié)合孟加拉國(guó)本國(guó)的規(guī)范，將會(huì)給工程設(shè)計(jì)帶來(lái)很大困難，也可能會(huì)造成嚴(yán)重的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。 因此，在進(jìn)行工程設(shè)計(jì)之前必須先理清不同國(guó)家規(guī)范之間的關(guān)系， 換算出正確的設(shè)計(jì)值，才能設(shè)計(jì)出安全、經(jīng)濟(jì)而又合理的建筑。

[1]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.GB 50009-2012 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,2012.

[2]中國(guó)建筑科學(xué)研究院.JGJ 3-2010 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].北京： 中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2010.

[3]孟加拉國(guó)家建筑手冊(cè)（BNBC）[S].

[4]施嵐青.注冊(cè)結(jié)構(gòu)工程師專業(yè)考試應(yīng)試指南[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2014.

[5]江蘇省建筑材料研究設(shè)計(jì)院有限公司孟加拉奧林匹克水泥廠施工圖設(shè)計(jì)文件[Z].2013.