對(duì)SATWE軟件修正后基本風(fēng)壓的探討

曲 秀 麗

(中化二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021)

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對(duì)SATWE軟件修正后基本風(fēng)壓的探討

曲 秀 麗

(中化二建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030021)

介紹了基本風(fēng)壓的概念，對(duì)SATWE軟件中設(shè)計(jì)參數(shù)之風(fēng)荷載信息中“修正后的基本風(fēng)壓”概念的正確理解進(jìn)行了探討，并分析了修正后基本風(fēng)壓考慮的修正因素，結(jié)合太原地形，通過計(jì)算得出了修正后基本風(fēng)壓與基本風(fēng)壓的不同。

基本風(fēng)壓，修正后的基本風(fēng)壓，SATWE軟件，風(fēng)荷載

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國(guó)多、高層建筑發(fā)展迅速，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化，建筑平面布置及豎向體系也越來越復(fù)雜，各類結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件也應(yīng)運(yùn)而生。隨之而來也使得相當(dāng)一部分的年輕工程師，沒有正確理解設(shè)計(jì)軟件中設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)質(zhì)含義，而盲目依賴設(shè)計(jì)軟件。

本文就筆者在多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，在PKPM設(shè)計(jì)軟件中風(fēng)荷載信息中“修正后基本風(fēng)壓”概念的正確理解和取值提出自己的看法和建議，和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員一起討論。

1 基本風(fēng)壓的概念

GB 50009—2012建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中2.1.22條基本風(fēng)壓概念的解釋為“風(fēng)荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔?0 m高度處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，再考慮相應(yīng)的空氣密度，按貝努力公式w0=1/2ρV02確定的風(fēng)壓。基本風(fēng)速V0應(yīng)按《荷規(guī)》附錄E.3中規(guī)定的方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，重現(xiàn)期應(yīng)取50年。”

《荷規(guī)》8.1.3條規(guī)定，當(dāng)《荷規(guī)》表E.5沒有給出建筑物所在城市或建設(shè)地點(diǎn)的基本風(fēng)壓時(shí)，其基本風(fēng)壓值應(yīng)根據(jù)基本風(fēng)壓的概念和當(dāng)?shù)啬曜畲箫L(fēng)速資料，按《荷規(guī)》附錄E所規(guī)定的方法，在考慮樣本數(shù)量因素的影響下經(jīng)分析統(tǒng)計(jì)確定。如果建筑物所在地沒有風(fēng)速資料可查時(shí)，可以近似參照《荷規(guī)》附圖E.6.3，也可以參照建筑物附近地區(qū)的基本風(fēng)壓或資料，對(duì)所處地形和氣象條件比較分析確定。

在基本風(fēng)壓的概念解釋中應(yīng)特別注意“空曠平坦地面”的前提條件。

2 SATWE計(jì)算軟件風(fēng)荷載信息欄中的“修正后的基本風(fēng)壓”的解釋

SATWE軟件默認(rèn)在PM中輸入的風(fēng)荷載信息參數(shù)并可進(jìn)行人工干預(yù)修改，PM及SATWE風(fēng)荷載信息中，風(fēng)荷載基本風(fēng)壓參數(shù)輸入明確為“修正后的基本風(fēng)壓”，而非《荷規(guī)》中表E.5中重現(xiàn)期R=50年的基本風(fēng)壓值。

PM的用戶手冊(cè)對(duì)此的解釋為：“修正后的基本風(fēng)壓只考慮了《荷規(guī)》的基本風(fēng)壓，地形條件的修正系數(shù)程序沒考慮。”

而SATWE用戶手冊(cè)對(duì)修正后基本風(fēng)壓的解釋：“一般取用《荷規(guī)》表E.5中R=50年的風(fēng)壓值，而對(duì)于有些建筑對(duì)風(fēng)荷載比較敏感，還應(yīng)考慮建筑物所處位置和環(huán)境對(duì)風(fēng)壓的影響進(jìn)行修正，如沿海地區(qū)和強(qiáng)風(fēng)地帶等。用戶應(yīng)自行依據(jù)相關(guān)規(guī)范、規(guī)程對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行修正，程序以用戶填入的修正后的風(fēng)壓進(jìn)行風(fēng)荷載計(jì)算，不再另行修正。”

顯然，計(jì)算程序并不是對(duì)所有影響基本風(fēng)壓修正的因素都有所考慮，填入的修正后基本風(fēng)壓需要設(shè)計(jì)人員依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行修正。

事實(shí)是有相當(dāng)一部分的設(shè)計(jì)人員在此參數(shù)輸入時(shí)，直接取用《荷規(guī)》表E.5查出的50年一遇的基本風(fēng)壓值，顯然是對(duì)修正后基本風(fēng)壓的概念理解有出入。

3 修正后基本風(fēng)壓考慮的修正因素

筆者認(rèn)為修正后基本風(fēng)壓是將本地區(qū)的基本風(fēng)壓修正為符合本工程所在具體位置的風(fēng)壓，然后用計(jì)算程序根據(jù)《荷規(guī)》公式計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值。筆者的理解修正后的基本風(fēng)壓需要考慮三方面的修正，下述三個(gè)方面前兩個(gè)方面的修正其實(shí)質(zhì)是對(duì)風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正，計(jì)算軟件未對(duì)這兩個(gè)因素進(jìn)行考慮，需要設(shè)計(jì)人員人工修正。

其一，風(fēng)壓高度系數(shù)考慮地形條件的修正。

山頂、山坡等弧尖地形，由于風(fēng)速隨高度增加和氣流越過山峰時(shí)的抬升作用，山頂和山坡的風(fēng)速比山麓大。同一地區(qū)采用同一基本風(fēng)壓，建于平地與建于山坡上的建筑，顯而易見建筑物所受的風(fēng)荷載有差異。而建筑物是在山頂、山坡或平地計(jì)算軟件無從知曉，這就需要設(shè)計(jì)人員人工干預(yù)。

由于所處地形條件對(duì)風(fēng)荷載的影響相對(duì)比較復(fù)雜，原《荷規(guī)》給出的風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正系數(shù)是參照的加拿大、澳大利亞和英國(guó)的有關(guān)規(guī)范，和歐洲鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)ECCS的規(guī)定，但只限于比較簡(jiǎn)單的地形條件，即為《荷規(guī)》第8.2.2條對(duì)山區(qū)建筑的規(guī)定。

《荷規(guī)》第8.2.2條的規(guī)定修正系數(shù)η是對(duì)風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正，PKPM設(shè)計(jì)軟件未體現(xiàn)此參數(shù)的修正，需要設(shè)計(jì)人員將此修正系數(shù)與基本風(fēng)壓相乘，按修正后的基本風(fēng)壓輸入。

同理，《荷規(guī)》第8.2.3條中建筑物或構(gòu)筑物處于遠(yuǎn)海海面或海島時(shí)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)還應(yīng)根據(jù)距海岸距離按表8.2.3進(jìn)行修正，設(shè)計(jì)人員將此修正系數(shù)與基本風(fēng)壓相乘，按修正后的基本風(fēng)壓輸入。

其二，風(fēng)壓高度變化系數(shù)考慮具體建筑物底部海拔高度與《荷規(guī)》表E.5中建筑所在地區(qū)海拔高度差的修正。

在筆者多年的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)這個(gè)影響因素是最容易被設(shè)計(jì)人員所忽視的。PKPM系列軟件計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，風(fēng)壓高度變化系數(shù)是以建筑物的高度根據(jù)地面粗糙度類別按《荷規(guī)》表8.2.1取值，也就是說只考慮了建筑物高度的影響，而未考慮建筑物底部海拔高度減去建筑物所在地區(qū)空曠平坦地面的海拔高度的影響。建筑物所在地區(qū)空曠平坦地面海拔高度即為《荷規(guī)》表E.5中建筑物所在城市的海拔高度。

也就是說在計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，要乘以兩個(gè)風(fēng)壓高度變化系數(shù)，一個(gè)是以建筑物高度為基準(zhǔn)的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，此風(fēng)壓高度變化系數(shù)計(jì)算軟件已考慮，不需要人為考慮；另一個(gè)就是建筑物室外地坪海拔高度高于《荷規(guī)》E.5中所在城市海拔高度的風(fēng)壓高度變化系數(shù)，這個(gè)風(fēng)壓高度變化系數(shù)PKPM計(jì)算軟件未進(jìn)行考慮，需要設(shè)計(jì)人員考慮，與基本風(fēng)壓相乘得修正后的基本風(fēng)壓。

其三，基本風(fēng)壓的增大系數(shù)。

前兩個(gè)的因素其實(shí)質(zhì)為對(duì)風(fēng)壓高度變化系數(shù)的修正，而第三個(gè)因素則為基本風(fēng)壓本身的增大。《荷規(guī)》8.1.2條中明確規(guī)定，對(duì)高度大于60 m的高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和自重比較輕、主體為鋼結(jié)構(gòu)的建筑物或構(gòu)筑物，其基本風(fēng)壓應(yīng)按相關(guān)規(guī)范規(guī)定進(jìn)行適當(dāng)提高。

由《高規(guī)》5.6.1條可知，在非抗震設(shè)計(jì)時(shí)，水平側(cè)向荷載主要為風(fēng)荷載引起，而從《高規(guī)》5.6.3條及5.6.4條可以看出，60 m以上的高層建筑在地震設(shè)計(jì)狀況下，水平地震作用及風(fēng)荷載作用引起的水平側(cè)向荷載同時(shí)考慮，不能忽視風(fēng)荷載的作用。

因SATWE設(shè)計(jì)參數(shù)補(bǔ)充定義中有一項(xiàng)，承載力設(shè)計(jì)時(shí)風(fēng)荷載效應(yīng)放大系數(shù)考慮了此項(xiàng)因素，此增大系數(shù)一般不會(huì)被設(shè)計(jì)人員忽略。

4 實(shí)例計(jì)算

就筆者所在城市太原為例，計(jì)算修正后基本風(fēng)壓。

太原西、北、東三面環(huán)山，中南部為河谷平原，整個(gè)地形北高南低呈簸箕形，海拔最高點(diǎn)為2 670 m，最低為760 m，平均海拔約為800 m。隨著近些年房地產(chǎn)市場(chǎng)如火如荼的發(fā)展，人們生活觀念的改變，對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高。太原東山地區(qū)海拔高度1 000 m以上，空氣清新，原始生態(tài)是其他區(qū)域無法比擬的，故吸引了不少知名房地產(chǎn)入駐。

假定太原東山平坦地面一項(xiàng)目，建筑物室外地坪海拔高度為978.3 m(此值為方便計(jì)算)，地面粗糙度類別為C類，查《荷規(guī)》表E.5太原空曠平坦地面海拔高度為778.3 m，重現(xiàn)期50年的基本風(fēng)壓為0.40 kN/m2,求修正后基本風(fēng)壓。

此題只考慮具體建筑物底部海拔高度與《荷規(guī)》表E.50中建筑所在地區(qū)海拔高度差的修正。

地面粗糙度類別C類。

海拔高度:

H=978.3-778.3=200 m。

查《荷規(guī)》表8.2.1的風(fēng)壓高度變化系數(shù)為2.03。

修正后基本風(fēng)壓:

w=2.03×0.4=0.812。

可見，在PM及SATWE中風(fēng)荷載信息中的“修正后基本風(fēng)壓”應(yīng)輸為“0.812”而非《荷規(guī)》表E.5中50年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓值“0.4”。

太原地處8度抗震設(shè)防區(qū)，多層及60 m以下的高層建筑風(fēng)荷載引起的側(cè)向荷載在結(jié)構(gòu)計(jì)算中不起控制作用，但《高規(guī)》明確規(guī)定60 m以上的高層建筑地震設(shè)計(jì)狀況時(shí)要考慮風(fēng)荷載的組合，如不能準(zhǔn)確理解修正后基本風(fēng)壓的含義，結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果的差異是可想而知的。

5 結(jié)語

風(fēng)荷載是高層建筑結(jié)構(gòu)、高聳結(jié)構(gòu)的主要側(cè)向荷載。在地震區(qū)，剛度和質(zhì)量較大的高層結(jié)構(gòu)以地震作用為主，但在低烈度地震區(qū)和非地震區(qū)，以及雖在地震區(qū)，但對(duì)于對(duì)風(fēng)荷載比較敏感的結(jié)構(gòu)，以及自重較輕的鋼結(jié)構(gòu)主體，風(fēng)荷載引起的水平側(cè)向荷載往往起著主要的作用，有時(shí)甚至起著決定性的作用。在越來越多的年輕工程師過度依賴結(jié)構(gòu)計(jì)算分析軟件的當(dāng)下，正確理解計(jì)算軟件設(shè)計(jì)參數(shù)的實(shí)質(zhì)含義是至關(guān)重要的。這些為筆者多年的工作實(shí)踐中對(duì)修正后基本風(fēng)壓的淺薄理解，尚有不足之處，懇請(qǐng)批評(píng)指正。

[1] GB 50009—2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

[2] JGJ 3—2010,高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 朱炳寅.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程應(yīng)用與分析[Z].

[4] PM用戶手冊(cè)[Z].

[5] SATWE用戶手冊(cè)[Z].

Discussion on the basic wind pressure after SATWE software correction

Qu Xiuli

(Sinochem Erjian Group Limited Company, Taiyuan 030021, China)

This paper introduced the concept of basic wind pressure, discussed the correct understanding to the concept of “modified basic wind pressure” of the wind load information of design parameters in SATWE software, and analyzed the correction factors considering modified basic wind pressure, combining with the terrain in Taiyuan, through the calculation gained the differences of modified basic wind pressure and basic wind pressure.

basic wind pressure, modified basic wind pressure, SATWE software, wind load

1009-6825(2017)16-0054-02

2017-03-20

曲秀麗(1977- )，女，工程師

TP319

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