中国和马来西亚规范风荷载计算对比.pdf

温换玲 中国和 马来西亚规范风荷载计算对 比 8 3 DOI 1 0 1 3 9 0 5 j e n k i a w j z 2 0 1 6 0 2 0 2 8 中国和 马来 西亚规范风 荷载计算对 比 温换玲 上海电气 电站集 团工程公司技术中心 上海2 0 1 6 1 2 摘要 本文以马来西亚某电厂工程为依托 对比中国荷载规范中风荷载计算和马来西亚规范风荷载的 计算过程 对风速 风向系数 体型系数 风压高度变化系数 结构重要性系数的取值异同进行对比 并通过工程实 例对比分析 建议在马来西亚相关电厂工程中 主厂房风荷载计算采用中国规范 研究成果可为以后类似工程提 供参考 关键词 中国 马来西亚 规范 风荷载 对比分析 工程实例 中图分类号 T U 3 1 2 1 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 6 0 2 0 0 8 3 0 4 0 引言 风荷载是结构设计 中的重要 荷载 风荷载 值 的大 小 直接关 系 到结 构选 型 设计 计 算 和造 价 目前 世 界上 各 国常用 的方 法是将 风速转 化为 风压 再 根据 统 计学方法 将风压进行一定 的修正 利用修正后的风 压 进行作用于建构筑物上的风荷载计算以及核算抗 风载能力 但 因不 同 国家 风速 测定方 式不 同 以致风 压转 化 风压 修正 系数 等 的边 界条 件不 同 故 在 实 际 的海外工程设计 中需要 进行 区分理解 以避 免导 致不 安全隐患或造成经济浪费 本文结合上海 电气集团涉外工程 马来西亚 某电厂工程 对中国规范 G B 5 0 0 0 9 2 0 1 2 建筑结构荷 载规范 以下简称 中国规范 和马来西亚规范 MALAYS I AN S TANDARD MS 1 5 5 3 2 0 02 CODE OF P RACTI CE ON W I ND LOADI NG FOR BUI LDI NG S T R U C T U R E 以下简称 马来 西亚规 范 中风荷 载 计算部分进行对比分析 以期为涉外尤其是马来西亚 电力 工程提供指导 由于篇 幅有 限 本 文仅对 主要 抗 风结构体系的风荷载进行分析 对围护结构等风载分 析 将 另行成 文 1 基本计算公式 1 1 中国规范 中国规范第 8 1 1条及其相对应的条文说 明规 定 垂直于建筑物表面上的风荷载标准值 W 按式 1 确定 Wk 3 W 0 1 式中 3 为高度 z 处的风振系数 为风荷载载体 型系数 为风压高度变化系数 为基本风压 按式 2 进行计算 W 0 0 5 p v 2 式 中 P为空气密度 为基本风速 1 2 马来 西亚规范 马来西亚规范第 2 2节规定基本风压 P按式 3 进行计算 P 0 5 P C Cd Y n 3 式中 P 为空气密度 C 为动力反应系数 C d y n 为动力体型系数 为设计风速 按式 4 进行计算 4 式 中 为结构重要 性系 数 为场地 风速 按 式 5 进行计算 i Md M M Mh 5 式中 为基本风速 为风向系数 高度系 数 为屏蔽系数 为外形系数 1 3 两 国规范对 比分析 从上述 1 1 和 1 2小节中马两国各 自的基本风压 计算公式可以看出 中马两 国规范尽管表达方式有较 大差别 但基本思想基本一致 即首先确定基本风速 或基本风压作为参照 再考虑风振系数 风荷载体型 系数 风压高度变化系数等的修正 区别在于中国规 范主要是针对基本风压 W 的修正 而马来西亚规范主 要是针对基本风速 的修正 在修正中 两国规范对 这些参数的取值和计算思想有明显不同 故有必要系 统阐述其取值原则并揭示其中的相互关系 2 参数对 比 2 1 基本风速 中国规范规定 条文说明第 8 1 1 条 基本风速 为 当地空 旷平 坦地 面上 1 0 m 高度处 5 0年一遇 1 0 m i n内的平均最大风速 马来西亚规范规定 2 1 2 2节 基本风速 为 平坦开敞地面上 1 0 m高度处 5 0 年一遇 3 s 的最大阵风 风速 从上述定义可以看 出 基本风速 的确定有以下几个 主要影响因素 离地高度 取样时距 重现期 地面粗糙度 类别 表1 为中马规范基本风速主要影响因素对比 低温建筑技术 2 0 1 6年第 2期 总第 2 1 2期 表 1 中马规范基本风速主要影响 因素对比 从上述两国风速定义和表 1 可以看出 中马两国 规范 只在取 样 时距 上有 差异 在 各 国的风 荷载 规 范 中 取样时距会有不同 表 2是 建筑结构荷载设计 手册 以中国规范 lO m in为基准 对各种不同时距 风速的换算比值 表 2 风速换算比值 风速时距lh lO mi n 5 m i n 2 m in 1 mi n 3 0 s 2 0 s lO s 5 s 瞬时 统计比值 0 9 4 1 0 1 0 7 1 1 6 1 2 0 1 2 6 1 2 8 1 3 5 1 3 9 1 5 0 通过表2插值可得 3 s 时距的风速换算比值 4 3 6 式 中 为 3 s 时距 风速 V 3 6 0 0为 3 6 0 0 s 1 O m in 时距风速 由式 6 得 马来西亚规范基本风速转换为 中国规范基本风速的关系为 中 0 7 马 7 2 2 风向系数 马来西亚风规范中 为风向系数 在垂直于建 筑物 取 1 0 而中国规范对风速和风压的计算 无风 向系数的定义 但风速测定的边界假定条件为垂直于 建筑物 可见两者是 一致 的 2 3 体型系数 中国规范中 为风载体型系数 马来西亚风规 范中 C 为动力体型系数 两者均为与建筑物平面 和立面体型以及封闭和非封闭有关的参数 两者条文 说明不完全一样 但整体思路相 同 最终取值相 当 鉴于篇幅有限 在此不赘述 2 4 风压高度变化系数 任一地貌任一高度处风压与标准地貌 lO m处基 本风压的比值 常称为风压高度变化系数 根据第 1 节中两 国规范风荷载计 算公式 可知 中国规 范 的风压 高度变化系数反映的是在不同地貌情况下 不同高度 处的基本风 压换 算关 系 马来 西 亚规 范 的风压 高度 变化系数反 映的是 不同地貌情 况下 不 同高度 处 的基 本风速换算关系 据此可知 影响风压高度变化系数 主要受不同地貌和不同高度两方面因素的影响 下面 分别予以对 比分析 2 4 1 不同地貌 地面粗糙度类别 风吹过粗糙的地 面 能量 损失多 风速减 小快 相 反 风吹过光 滑 的地 面 则 风速 减小 慢 由于地 表 的 不同影响着风速的取值 因此风速转化必须有一个共 同的标 准 中 国规 范 中 对 于 平 坦 或 稍有 起 伏 的地 形 风压高度变化系数应根据地面粗糙度类别按规范 确定 地面粗糙度可分为 A B C和 D四类 而马来西 亚风规范第 4 2 1 节也同样对地面粗糙度进行规定 对应的粗糙度分别为类别 1 类别 2 类别 3和类别 4 表 3为中马规范地面粗糙度类别对比 表 3 中马规范地面粗糙 度类别对 比 通过表3可以看出 中马两国规范对地面粗糙度 类别的定义基本一致 2 4 2 不同高度 风压高度变化系数 由式 3 5 可知 马来西亚规范中风压高度系 数 在基本风速调整中体现 而求得的基本风压已 经包含了风压高度变化系数的调整 故风压值为经过 高度变化系数 的二次方调整过的值 而 由式 1 和 2 可知 中国规范中风压高度变化系数 在风压调 整中体现 求得基本风压只和基本风速有关 设计风 压为经过风 压 高度变 化 系数 的一 次方 调整 过 的 因 此 将马来西亚风荷载规 范 中风压 高度变化 系数 的平 方与国标荷规的风压高度变化系数进行对 比 由前 述 2 2 节 基本 风速对 比知 中马规范 基本 风速测定 高 度均为 lO m 地面粗糙度中国 B类 马来西亚 2类 以 此为基础 进行风压 风速 的修 正 图 1 为 a 一 d 分别为不同场地类别下风压高度系数值随高度的变 化关系图 从 图 1 对 比可 以得 出 A类 1 类 B类 2类 场 温换玲 中 国和马来西亚规范风荷载计 算对比 8 5 蛔3 辅 匾2 籁 z 餐t 督 高度 m a A 类 1 类 场地 0 1 o o 2 0 o 3 o 0 4 0 O 5 00 高度 瑚 c C 类 3 类 场地 图1中马风压高度变化系数对 比 地类别下风压高度变化系数 中国规范大于马来西亚 风荷载规范 而 c 类 3类 D类 4类 场地 类别 下 在高度较低时 马来西亚规范要大于国标 当高度升 高到一定高度后 国标大于马来西亚标准 2 5结构重要性 系数 马来西亚风规 范 中 结构 重要 性 系数 是 在设 计 风速 中给予调整如式 4 按 照不 同结构分 类 取 用不 同的重要性系数 如 表 4示 一 般 电厂 取用 1 1 5 而 中 国规范风荷载计算 中没有该项系数 而是在荷载组合 后 对整体荷载效应 进行调整 其根据安全等级一 二 三级分别取用 1 1 1 0和0 9的重要性系数 一般 电厂取用 1 0 表 4 马来西亚风荷载 规范重要性 系数 2 6设计风压 由第 1 节中公式 1 5 可知 中国规范中风荷 载标 准值 W 与马来 西 亚规 范 中 的设计 风压 P相 当 但中国规范要求基本风压 W 不小于 0 3 0 k P a 而马来 0 1 o 0 2 0 0 3 0 0 4 00 5 00 高度 m b B 类 2 类 场地 高度 瑚 d D 类 场地 西亚规范中规定其设计风压 P不小于 0 6 5 k P a 3实例检算 马来西亚某 火力 发 电厂主 要建筑 物 除烟 囱 迎 风面高度在 5 0 m以下 且高宽 比均小于 1 5 故取对 比 总高度 5 0 m 工程提供 的依据马来西亚规范测定的基 本风速为 3 5 m s 中 马规范计算 中空气密度分别取 1 2 5 k e m 和 1 2 2 5 k m 根据式 7 转换 为 中国规范 1 0 m in时距 的基本风 速为 3 5 1 4 3 2 4 8 m s 将基本风压带入式 2 计算基本 风压 W 0 0 5 p v 0 0 5 X 1 2 5 1 0 X 2 4 4 8 0 3 7 5 k N m 按中马规范分别计算风荷载 对比结果见图 2 1 1 1 盲1 羹 魁0 0 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 O 高发 m 图2 中马规范设计风压沿高度变化图 从图2中看出 风压值在高度为 2 6 2 5 m以下 马 来西亚规范 略大 而在 2 6 2 5 m以上 中国规范更大 4结语 1 结构风荷载标准值作为多参数表达的计算 式 其内部参数之间是相互联系的 单个参数的差异并 O 5 O 5 0 3 2 2 l 1 删辙甄簌 谜怄坦 一 一 低温建筑技术 2 0 1 6年第 2期 总第 2 1 2期 DO I 1 0 1 3 9 0 5 j cn k i d w j z 2 0 1 6 0 2 0 2 9 穹顶 结构对储罐承载 力影响分析 杨公升 张赵君 何建 刘港 1 海洋石油工程股份有限公 司 天津3 0 0 4 5 2 2 哈尔滨工程大学 哈尔滨1 5 0 0 0 1 摘要 本文以某 1 6 万方 L N G 储罐设计为例 利用大型有限元软件 A N S Y S 分别建立考虑带肋式网壳结 构 不考虑带肋式网壳结构的两种钢筋混凝土外罐模型 并以结构 自重 活荷载 风荷载 预应力荷载及地震荷载 为主要输入荷载进行有限元计算分析 提出带肋式网壳结构及预应力钢筋混凝土外罐设计相关建议 关键词 L N G储罐 带肋式网壳结构 有限元 荷载效应组合 中图分类号 T U 3 5 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 6 8 6 4 2 0 1 6 0 2 0 0 8 6 0 3 国内大多数文献在进行各种 L N G储罐相关计算 分析时 一般不考虑下层带肋式网壳结构对整体结构 的影响 即穹顶部结构部分仅 由钢筋混凝土球壳 组成 然而 带肋式网壳结构在设计或者检校时 大多 将上部钢筋混凝土结构 自重按等厚度转化为均布压 力荷载施加 本文将分析探讨带肋式 网壳结构在几 种荷载效应组合工况下对储罐整体承载力的影响 并 对其设计提 出适用建议 1 有限元模型建立 采用 S H E L L 1 8 1 单 元 以及 B E A M1 8 8单元 分别模 拟单层肋环形钢网壳中的上部蒙皮钢板和下部钢梁 结 构 采用 S O L I D 6 5单 元模 拟混凝 土外 罐结 构 穹 顶 部分钢筋通过整体法实现 即按单元体积对 S O L I D 6 5 单元输人配筋率实现配筋 建立有限元模型如图 1 所示 2网格的优化 本文采用 Z ie n k i e w icz 0 C等提 出的能量误差法对 网格划分 的精度 进行评 估 和优 化 能 量误差 e的 图1储罐有限元模型 e 1 f D 一 d 2 二JV 能量百 分 比误差在 1 0 以内时候 即认 为误 差是 可以接受的 在 5 以 内时 即认 为该误差近 似为理论 不能真实反映荷载标准值的差异 2 中马规 范定 义基本 风速 的时距 不 同 中国