设计中的风载荷-李建

设计中的风载荷,2013.06,风的级别,表1,2,风载荷计算相关标准,JB/T8849是在风载和计算上沿用了ISO5049.1的方法。FEM标准中风载荷的计算方法和准则与JB/T8849相同，并且方法的讲述更详细。AS1170.2是澳大利亚建筑行业计算风载荷的专用标准，其中也包含了钢结构设备的计算。其在计算方法上相比上述标准考虑的因素更多。,表2,3,FEM风载计算的假设,在进行风载荷计算时基于以下几个假设：风可以从任意的方向沿水平方向吹。风速为恒定的风速风载对结构的作用作为静载荷,不管你怎么想的，反正标准是这么想的！,4,FEM风载计算流程,5,FEM风载计算的基本概念,风压p：风以一定的速度v向前运动遇到阻塞时，对阻塞物产生压力,其中：为空气的密度，=1.225kg/m3于是上述风压公式也可写成,风速v：计算中的风速分为工作风速和非工作风速,风速一般都会在合同或者技术规格书中明确给出。相关标准规定，在合同中没有明确风速时，设计风速应按照20m/s计算。,6,FEM风载计算,情况1：风向垂直于部件的迎风面,对于大多数的整机或者结构件，风载计算按照下式进行：,其中：F=风载荷，NA=有效的迎风面积，m2q=风压值，N/m2Cf=结构的形状系数,在校核结构强度，倾覆稳定性及滑移稳定性时都需要考虑风载,7,FEM风载计算,情况2：风向不垂直于部件的迎风面（比如卸料臂俯仰时）-对于实心的单独部件,风向与部件纵轴成角（如图）平行于风向的风载垂直于风向的风载风在部件纵轴上的力为与F和F的合力：,A=Lb或LDA=部件垂直于风向的面积L=长度b=宽度D=直径,考虑到空气动力的不确定性，对于20的情况按照=20计算。,8,风向与部件纵轴成角平行于风向的风载,FEM风载计算,情况2：风向不垂直于部件的迎风面（比如卸料臂俯仰时）-对于桁架或者塔架结构,当计算值K2小于0.35时取0.35，大于1时取1。,其中：Sp为桁架或塔架结构中斜撑部件在迎风面上的面积S为桁架或塔架结构斜撑部件与主结构件在迎风面上的面积,9,FEM风载计算,形状系数的取值,-对于单独构件的形状系数,表3,10,FEM风载计算,形状系数的取值,-对于单独构件的形状系数,表3（续）,单独的桁架上的风载可按照表3单独部件的系数计算，此时应考虑每个部件的细长比。也可以使用表3中单片桁架的整体系数。桁架结构中用于焊接用的一般尺寸的连接三角板可以不用考虑，可以直接以节点间的长度计算面积。通过风洞试验或者实际测试得到的形状系数也可以使用。,11,FEM风载计算,在平行布置的桁架部件中会形成遮挡，在迎风的桁架及其后面没有被遮挡的桁架部分按照正常的风载进行计算，被遮挡的构件上的风载需要乘以一个系数（见表4）。取决于实心率和形状系数。,遮挡系数的取值,12,FEM风载计算,遮挡系数的取值,13,FEM风载计算,遮挡系数的取值,表4,14,FEM风载计算,对于多层桁架结构，标准中假设一直到第九层桁架是依次增加的，等加到第九层之后则认为风载荷为一个常数。多层桁架上的风载计算公式如下：,遮挡系数的取值,第n层桁架上的风载,（n=1,2,3,4，9）,当n9时，整体风载,当n9时，整体风载,15,AS风载计算流程,16,AS风载计算流程,确定设计风速Vdes,Vdes,设计风速与设备有关详见标准2.3节,Vsit,位置风速与位置相关详见标准2.2节,：Vsit,怎么来的？,设计风速Vdes,取与设想垂直风向（=0）成45度的扇面内基本方向现场风速(Vsit,)插值的最大点。对于桁架的塔结构，扇面角度为22.5。,17,风向系数Md详见标准3.3节,高度系数Mz,cat详见标准4.2节,地区风速VR详见标准3.2节,地势系数Mt详见标准4.4节,Vsit,详见标准2.3节,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,18,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,AS/NZS1170.2标准将澳大利亚以及新西兰地区分成了A（其中包括A1-A7共七个子区域）、W、B、C、D五个区域，见下图。标准中给出了各地区的风速VR，并根据1998-2002年的统计数据给出了各地不同风向风速的风向系数Md,地区风速VR,19,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,地区风速VR,表5,A1：V下标的数值是平均重复周期，是设备对应的风速年度超过数概率的倒数，见表6。A2：FC、FD是C区和D区风速系数，对于极限状态风速，Fc=1.1.FD=1.05.对于寿命计算时，Fc=FD=1.0,20,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,地区风速VR,表6,*重要性水平为4且设计使用年限为100年及以上的建筑物，其设计事件应通过风险分析确定，但概率应低于或等于重要性水平为3的建筑物,21,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,地区风速VR,表7,A1：重要性水平是根据设备或者建筑在发生倒塌或失效时造成的危害水平来分类的。这个数值一般需要在合同中明确。见表7。,22,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,风向系数MdMd,对于风向未知的情况下，所有的风向系数取1.0。,23,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,地形系数Mz,cat,对于使用极限状态以及终极极限状态的A，W和B区域系数Md取表8中数值的线性插值。对于终极极限状态的C和D区域，Md取表9中数值的线性插值。Height是设备离地的高度（m）,1：地形类别又是什么？,24,AS风载计算流程,确定设计风速Vsit,地形系数Mz,cat,1：地形类别又是什么？,表10,25,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,不同结构形式Cfig的计算方法,表11,26,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,对于单独构件（l/b大于8的构件）,对于风向轴：,对于构件轴：,构件的主轴,构件的次要轴,其中：,形状修正系数见表12,构件与风向偏角调整系数风垂直于迎风面时取1.0对于圆柱形构件取sin2m对于锐边多棱结构（幅宽b/圆角半径r小于16的结构）取sinmm为构件与风向的夹角,咋这么多系数不头疼吗？,构件分别在x-和y-轴方向里的的阻力系数，见表14,科学嘛就要严谨点,结构或者构件在风流方向里的阻力系数，见表13,27,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,根据l/b取值时使用线性插值Ki的取值为简化计算，取1.0,表12Kar的取值,对于单独构件（l/b大于8的构件）,28,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,表13Cd的取值,1.对于bVdes,使用线性插值方法取值2.【note2的内容】对于平滑的圆截面或者大于16边的多边形来说。Cd的取值如下：Cd=0.5对于hr/d0.00002Cd=1.6+0.105ln(hr/d)hr/d0.00002其中：d为截面的直径hr为平均的表面粗糙度对于一般涂装的钢结构hr取0.003到0.3对于镀锌钢结构hr取0.15对于锈蚀的钢结构hr取1.5-2.53.对于矩形截面见下页,29,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,表13Cd的取值,30,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,表14的取值,31,AS风载计算流程,确定形状系数Cfig,对于,对于单层框架结构,对于其它情况，应按照单独构件的方法计算每个构件的影响值并进行累加。