正三角形维护结构风荷载计算探讨

     【摘 要】正三角形维护结构在广告牌中用的比较多，本文对比分析了《户外广告设施钢结构技术规程》中对广告牌维护结构的风载计算方法和《建筑结构荷载规范》中对维护结构规定的计算方法，并且对具体工程进行了计算分析，提出了建议计算方法。

　　【关键词】风荷载；维护结构；风载体型系数 

　　正三角形维护结构在城市宣传板中应用广泛，尤其用于大型落地式高耸钢结构广告牌结构中。随着我国改革开放的不断深入和经济建设的迅速发展， 钢结构广告牌成为一种新型的结构形式。广告牌结构竖向一般仅承受自重荷载， 相对较小。水平荷载（主要是风荷载）成为结构承受的主要荷载，在强风荷载下维护面板和结构损坏时有发生，如图1所示。所以抗风设计是广告牌设计的关键点之一。风荷载计算准确与否是抗风设计的关键环节，本文就正三角形广告牌面板的风荷载计算方法进行了分析。 

　　图1 在飓风中三角形维护面板严重损坏 

　　1 《户外广告设施钢结构技术规程》规定的计算方法 

　　根据《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148：2003）4.2.1条规定[2]，施加在户外广告牌上高度z处单位面积上的风荷载标准值wk应按下式计算： 

　　wk=βz μs μzw0（1） 

　　其中，μs，μz，βz分别为广告设施的风载体型系数、z高度处的风压高度变化系数、z高度处的风载系数； 

　　w0=■ρv■■（2） 

　　其中，v■基本风速； 

　　ρ空气密度（t/m3） 

　　根据《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148 ：2003）规定，广告牌的面板风载体型系数为1.3，并且不考虑面板的形状。 

　　2 《建筑结构荷载规范》规定的计算方法 

　　《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）也规定了维护结构表面的风荷载标准值wk计算方法： 

　　wk=βgz μs1 μzw0（3） 

　　其中：βgz，μs1，μz分别为高度z处的阵风系数、风荷载局部体型系数和高度z处的风压高度变化系数。 

　　根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中8.3.3条规定，该类维护结构的风载体型系数按照一般建筑物（即8.3.1条）的风载体型系数乘以1.25倍的增大系数采用。但是在8.3.1条并没有平面形状为三角形的建筑物，借用《规范》表8.3.1第30项截角三角形的风载体型系数，当风荷载正面吹来时，正三角形表面的风压系数分别为0.8，-0.5和-0.5。 

　　按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定，计算作用在结构上的风荷载总压力系数为1.625，与《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148 ：2003）4.2.1条规定相比，作用在维护结构上相应的风荷载也放大了1.25倍。 

　　3 本文建议方法 

　　由于在建筑结构中，正三角形的截面形状在使用功能上不够合理，因此很少使用。所以《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定的是截角正三角形的风载体型系数，而不是正三角形的风载体型系数。正三角形的截面形状在抗风设计中是更不利的，因此本文建议，正三角形维护结构在进行风压计算时，要在《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定的基础上进行放大，放大系数建议为1.2倍。 

　　4 工程设计算例分析 

　　一正三角形三面广告牌，采用格构式立柱，立柱高度10m，广告面板高度2m，边长8m，初步选择立柱弦杆为角钢L125×12，截面积为A=7.288cm2，质量为ρ=22.696kg/m，腹杆采用L63×6，截面积为A=28.912cm2，ρ=5.721kg/m，承受的最大风荷载选用0812号台风鹦鹉（ Parrot）的观测数据计算基本风压。台风鹦鹉是2008年第12号台风，登陆时最大风力10级，达到25米/秒的风速，最低气压985百帕，受“鹦鹉”影响，广东省东部和珠江三角洲沿海地区普遍出现8-10级、阵风12级的大风，台风的风速达32.6m/s。 

　　空气密度ρ根据所在地的海拔高度按下式近似估算： 

　　ρ=0.00125e-0.0001z（4） 

　　取海拔高度Z=20m，则空气密度ρ=1.2475×10-3t/m3。带入式（2）可得w0=0.663kN/m2 

　　对于地面粗糙度为C类的城市市区，22m处风压高度变化系数μz=0.768；风载体型系数μs=1.6；20m高度处的风振系数取βz=1，采用《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148 ：2003）的方法将以上参数带入式（1）计算，结构上的风荷载标准值为：wk=0.815kN/m2。 

　　采用《建筑结构荷载规范》规定的计算方法，将基本风压带入（3）式，wk=1.019kN/m2。 

　　采用本文提出的方法，结构上的风荷载标准值为：wk=1.223kN/m2。 

　　5 结语 

　　风荷载的计算的准确与否直接关系到主体结构的安全，通过历次台风过后的调查发现，广告牌和维护结构等损坏严重，因此在结构设计过程中必须考虑到结构的风载体型系数和风荷载的非平稳随机过程特性。本文对不同规范提出的计算方法进行比较，并在此基础上，考虑到结构的特殊性，提出了更加合理和严格的风荷载计算方法，对类似结构的设计提供参考。 

　　【参考文献】 

　　[1]阳芳，张海，周芝兰.独立柱双面广告牌风荷载计算研究[J].特种结构，2011，28（1）：50-53. 

　　[2]中国工程建设标准化协会标准.CECS 148：2003 户外广告设施钢结构技术规程[S].北京：中国计划出版社，2003. 

　　[3]中华人民共和国国家标准.GB50009-2012 建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社.