正三角形維護結構風荷載計算探討

姜雨芃 張 宇 王子川 李瑞鴿 姜鳳華

（臺州學院 建筑工程學院，浙江 臺州 318000）

正三角形維護結構在城市宣傳板中應用廣泛，尤其用于大型落地式高聳鋼結構廣告牌結構中。隨著我國改革開放的不斷深入和經濟建設的迅速發展,鋼結構廣告牌成為一種新型的結構形式。廣告牌結構豎向一般僅承受自重荷載,相對較小。水平荷載(主要是風荷載)成為結構承受的主要荷載，在強風荷載下維護面板和結構損壞時有發生，如圖1所示。所以抗風設計是廣告牌設計的關鍵點之一。風荷載計算準確與否是抗風設計的關鍵環節，本文就正三角形廣告牌面板的風荷載計算方法進行了分析。

圖1 在颶風中三角形維護面板嚴重損壞

1 《戶外廣告設施鋼結構技術規程》規定的計算方法

根據 《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS148:2003）4.2.1條規定[2]，施加在戶外廣告牌上高度z處單位面積上的風荷載標準值wk應按下式計算：

其中，μs，μz，βz—分別為廣告設施的風載體型系數、z高度處的風壓高度變化系數、z高度處的風載系數；

其中，v0——基本風速；

ρ——空氣密度（t/m3）

根據《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS148:2003）規定，廣告牌的面板風載體型系數為1.3，并且不考慮面板的形狀。

2 《建筑結構荷載規范》規定的計算方法

《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）也規定了維護結構表面的風荷載標準值wk計算方法：

其中：βgz，μs1，μz分別為高度 z處的陣風系數、 風荷載局部體型系數和高度z處的風壓高度變化系數。

根據《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)中8.3.3條規定，該類維護結構的風載體型系數按照一般建筑物（即8.3.1條）的風載體型系數乘以1.25倍的增大系數采用。但是在8.3.1條并沒有平面形狀為三角形的建筑物，借用《規范》表8.3.1第30項截角三角形的風載體型系數，當風荷載正面吹來時，正三角形表面的風壓系數分別為0.8，-0.5和-0.5。

按照《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)規定，計算作用在結構上的風荷載總壓力系數為1.625，與《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS148:2003）4.2.1條規定相比，作用在維護結構上相應的風荷載也放大了1.25倍。

3 本文建議方法

由于在建筑結構中，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《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)規定的是截角正三角形的風載體型系數，而不是正三角形的風載體型系數。正三角形的截面形狀在抗風設計中是更不利的，因此本文建議，正三角形維護結構在進行風壓計算時，要在 《建筑結構荷載規范》(GB50009-2012)規定的基礎上進行放大，放大系數建議為1.2倍。

4 工程設計算例分析

一正三角形三面廣告牌，采用格構式立柱，立柱高度10m，廣告面板高度2m，邊長8m，初步選擇立柱弦桿為角鋼L125×12，截面積為A=7.288cm2，質量為ρ=22.696kg/m,腹桿采用L63×6，截面積為A=28.912cm2，ρ=5.721kg/m,承受的最大風荷載選用0812號臺風鸚鵡(Parrot)的觀測數據計算基本風壓。臺風鸚鵡是2008年第12號臺風，登陸時最大風力10級，達到25米/秒的風速，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普遍出現8-10級、陣風12級的大風，臺風的風速達32.6m/s。

空氣密度ρ根據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

對于地面粗糙度為C類的城市市區，22m處風壓高度變化系數μz=0.768；風載體型系數 μs=1.6；20m 高度處的風振系數取 βz=1，采用《戶外廣告設施鋼結構技術規程》（CECS148:2003）的方法將以上參數帶入式（1）計算，結構上的風荷載標準值為：wk=0.815kN/m2。

采用《建筑結構荷載規范》規定的計算方法，將基本風壓帶入（3）式，wk=1.019kN/m2。

采用本文提出的方法，結構上的風荷載標準值為：wk=1.223kN/m2。

5 結語

風荷載的計算的準確與否直接關系到主體結構的安全，通過歷次臺風過后的調查發現，廣告牌和維護結構等損壞嚴重，因此在結構設計過程中必須考慮到結構的風載體型系數和風荷載的非平穩隨機過程特性。本文對不同規范提出的計算方法進行比較，并在此基礎上，考慮到結構的特殊性，提出了更加合理和嚴格的風荷載計算方法，對類似結構的設計提供參考。

［1］陽芳,張海,周芝蘭.獨立柱雙面廣告牌風荷載計算研究[J]．特種結構,2011,28(1):50-53．

［2］中國工程建設標準化協會標準.CECS148:2003戶外廣告設施鋼結構技術規程[S]．北京：中國計劃出版社，2003．

［3］中華人民共和國國家標準.GB50009-2012建筑結構荷載規范[S]．北京：中國建筑工業出版社．