歐標風荷載計算及參數取值

王 敏 何文俊

(湖北省電力勘測設計院有限公司，湖北 武漢 430040)

1 概述

隨著歐盟的成立，為協調歐盟各成員國技術條件并消除統一市場內部貿易技術壁壘，由歐洲標準化委員會(CEN)制定，在建筑、土木工程領域編制一套適用于歐洲各國的工程結構的設計規范——歐洲規范(Eurocodes)。于2006歐洲規范最終形成10卷58分冊，并要求于2010年替代所有成員國的國家標準。歐洲規范條文分為“基本原則”和“應用原則”兩類，前者在條文序號后加標識“P”，后者則無標識符。基本原則是指無選擇、通用的定義和陳述，以及不允許選擇的分析模式和技術要求。應用原則是指滿足基本原則要求、普遍認可的規則，允許各成員國在歐洲規范給出的應用原則和與它不同的其他規則間來加以選擇，但后者必須滿足基本原則，即至少與歐盟指令89/106/EEC基本要求的相關規定及其解釋性文件等效。本文主要針對EN1991-1-4歐標風荷載計算及參數取值展開。

2 歐標風荷載計算及參數取值

2.1 適用范圍

EN1991-1-4風荷載適用于計算高度200 m以內的建筑和結構工程，以及跨度200 m以內的橋梁。對于設置核心筒等扭轉振動明顯的結構及需要考慮多階陣型的結構不適用。

2.2 基本風速基值

歐洲規范確定基本風速是平坦開闊地面上，10 m高度處，年超越概率為2%(即重現期為50年)的10 min的平均風速，與中國規范相同。

2.3 計算方法選取

1)求和法。將作用在結構或構件上的外表面風力Fw,e，內表面風力Fw,i，摩擦力Ffr矢量相加。當與風向平行(或有很小角度)的結構表面面積不大于垂直于風向的結構表面面積的4倍時，可忽略風摩擦的作用；當需要考慮內表面風壓時，一般建筑，結構各部分的內表面壓力系數根據相同位置處外表面壓力的方向取+0.2或-0.3中最不利的一個。

外表面風力:

Fw,e=cscd×∑We×Aref

(1)

內表面風力:

Fw,i=∑Wi×Aref

(2)

摩擦力:

Ffr=cfr×qp×Afr

(3)

其中，cscd為結構系數；we(wi)為結構外(內)表面壓力,we=qp(ze)×cpe；wi=qp(zi)×cpi,qp(ze),qp(zi)為參考高度處的最大速度壓力，ze和zi為外、內表面壓力的參考高度;Aref為各構件的參考表面積；cfr為摩擦系數；Afr為平行于風向的外表面面積。

2)力系數法。當結構高度與順風向寬度之比大于5時，宜采用力系數法。

Fw=cscd×cf×qp(ze)×Aref

(4)

其中，cscd為結構系數；cf為結構或構件的風力系數；qp(ze)為參考高度處的最大速度壓力；Aref為結構或構件的參考面積。

歐標風荷載計算時相關參數取值見表1。

表1 歐標風荷載計算時相關參數取值

cscd的取值：

1)對于高度低于15 m的建筑，可取1.0；2)對于固有頻率高于5 Hz的立面和屋頂構件，可取1.0；3)對于具有結構墻，高度低于100 m且低于4倍的受風深度的框架建筑，可取1.0；4)對于橫截面為圓形、高度低于60 m且6.5倍直徑的煙囪，可取1.0。

3 結語

本文通過對EN1991-1-4歐標荷載規范解讀，提出了歐標風荷載計算過程的總結歸納，同時給出相關參數取值。同時通過與中國規范的對比，完成了中歐標準風荷載計算對標工作，為相關海外工程的風荷載計算提供借鑒。

中國規范和歐洲規范風荷載對比:

1)基本風速的規定是相同的。

2)國標采用基本風壓，歐標采用基本風速。歐標用暴露系數ce(z)對基本風速進行修正，其中包括了對地面粗糙度、地形和風湍流影響的考慮。中國規范將基本風速轉化為基本風壓后，考慮了地面粗糙度和地形的影響。

3)國標采用風壓高度變化系數μz來表示，歐標采用粗糙度系數cr(z)來表示。

4)國標采用體型系數μs來表示,歐標采用cpe，cpi,cfr，cf來表示內、外壓力、摩擦及風力系數。

5)國標風作用的動力影響是通過風振系數βz來表達的，歐標采用cscd結構系數表達。