温室结构的地域性特征

温室结构的地域性特征

0温室结构的定义和计算公式设计负荷是结构设计的基本依据，是保证结构可靠性和经济性的主要因素。风雪荷载作为连栋温室结构设计中主要活荷载,在温室这种轻型结构中占有重要的地位。其定义、计算取值直接影响着连栋温室结构的安全性和经济性。中国机械工业联合会自2001年10月起实施了有关温室的若干项行业标准,2002年7月国家质量监督检验检疫总局又颁布了两项国家标准。这些标准尽管还存在着这样或那样的问题,但已说明温室行业已逐步进入正常的发展轨道。本文根据《温室结构设计荷载》国家标准,针对我国华东地区连栋温室结构设计中的风荷载定义方法、计算取值、荷载组合等进行了较深入的探讨和分析,并对风荷载的标准值进行了修正。1结构表面风荷载《温室结构设计荷载》中风荷载定义:垂直作用在温室结构表面的风荷载标准值为式中wk—风荷载标准值(kN/m2);βz—高度z处的风振系数;µz—风压高度变化系数;2主要参数的确定2.1脉动影响系数βz为高度z处的风振系数,平台z高度处的风振系数βz可按下式计算,即式中ξ—脉动增大系数;v—脉动影响系数;ɕz—振型系数(取1.00)。其中,脉动增大系数如表1所示;脉动影响系数,如表2所示。根据我国华东连栋温室都非高层建筑的特点,可以取风振系数βz为1.0。对于风荷载体形系数µs,可按GBJ9-87第6.3.1条有关规定采用。2.2最大风速与平均风速平均风速实际是一定时间间隔(时距)内的平均风速,即式中v0—平均风速(m/s);v(t)—瞬时时速(m/s);风速是随时间不断变化的,一般来说,时距越短,平均风速越大;时距越长,平均风速也就越小。因而如何取值对分析很有影响,通常取规定时间内平均风速作为计算的标准。根据阵风的特性,每次大风约在lmin重复一次,阵风的卓越周期约在lmin,如以10min为标准,则基本上覆盖10个周期的平均值,我国标准取平均风速时距为l0min。各国平均时距的取值变化很大,为了具有可比性及分析的方便,在动压计算时取基本风速为30m/s,时距为10min。根据不同时距与10min时距风速换算系数,如表3所示。对于温室这类轻型结构,特别是自重很轻的塑料大棚而言,计算温室的基本风速oV时应采用平均时距小于l0min的平均风速作为统计样本,再根据极值I型分布函数(函数曲线如图1所示)求得。风速记录表明,瞬时风速要远远大于l0min平均风速。因此,从理论上讲,用一定高度测量出的年最大瞬时风速资料计算出的一定重现期最大风压值也远大于用相同高度测量出的10min平均年最大风速资料所求出的相同重现期的最大风压值。我国建筑结构荷载规范(GB/T18622-2002)关于基本风压是这样定义的:以当地空旷平坦地面上离地10m高统计所得的50年一遇10min最大风速为标准。按基本风压=最大风速的平方/1600来确定的风压值(《建筑荷载规范》附录),即同一高度的风速还与地貌或地面粗糙度有关,如大城市市中心建筑密集,地表愈粗糙,风能消耗愈大,因而风速或风压也愈小。例如,海岸附近平均风速最高,而大城市中心最低。由于粗糙度不同,影响着平均风速或风压的取值,因此有必要为平均风速规定一个共同的标准。我国建筑结构载荷规范中定为4类,具体如表4所示。风压高度变化系数:风压随高度的不同而变化,其变化规律与地面粗糙度有关,对于平坦或稍有起伏的地形,风压高度变化系数µz应按地面粗糙度类别查表。但由于温室建筑的特点,其高度一般不超过10m,大多在5m左右。因此要考虑风压高度折减,一般情况下不能直接按规范(GB/T18622-2002)中的风压高度变化系数表取值。但可按下列公式计算,同时要满足风压高度变化系数最小值不低于0.62,即有根据华东温室所处地区特点,取地面粗糙度类别为B类,风压高度变化系数按Uz=(z/10).032计算,但最小值不低于0.62。风压高度变化系统,如表5所示。2.3值不得生产9级风W0可按全国基本风压分布图的规定取值,建议连栋温室基本风压取值不得小于0.3kN/m2(相当于9级风)。当城市或建设地点的基本风压值在全国基本风压分布图上未给出时,可通过对气象和地形条件的分析,参照全国基本风压分布图上的等值线,用插入法确定。3风荷载调整系数面为52对于同一结构,无论采用何种规范标准,压力系数取值仅与风洞试验有关,因此可以通过动压来比较不同规范标准下等效静态风压的变化。动压的表达式为动压q=Uz(0V2/1600)。当考虑阵风作用因子时,动压q应乘以阵风作用因子G。不同标准下动压随高度变化曲线如图2所示。其中,曲线1—考虑风压高度系数和阵风作用因子时的动压(中国);曲线2—考虑风压高度系数时的动压(中国);曲线3—考虑风压高度系数时的速度压强(日本);曲线4—未考虑风压高度系数时的速度压强(日本);曲线5—考虑阵风作用因子时的动压(美国I=0.95);曲线6—未考虑阵风作用因子时的动压(美国I=0.95);曲线7—考虑阵风作用因子时的动压(美国I=1.0);曲线8—未考虑阵风作用因子时的动压(美国I=1.0)。从上面的分析可以看出:考虑风压高度变化系数和阵风作用因子,按中国建筑结构荷载规范(GB/T18622-2002),必须进行重现期修正。取重现期调整系数为1.1,动压计算表达式为把式(3)、式(4)、式(6)带入式(9)得式中Uz一风压高度变化系数,常用见表5;G一阵风作用因子,常用见表6;ur—重现期调整系数(取1.1)。因此,对风荷载标准值要加以修正。为了计算风荷载标准值更加准确,进行重新修正。垂直于温室屋面上的风荷载标准值可按下式计算,即式中wk—风荷载标准值(kN/m2);us—风荷载体型系数,均可按中国建筑结构荷载规范(GB/T18622-2002)规定取值;ur—重现期调整系数(取1.1);W0一基本风压(kN/m2)。为了方便工程应用,现将风力等级、风速与基本风压关系列表,如表7所示。4压力系数的确定根据最新的《温室结构设计荷载》国家标准以及《建筑设计荷载规范》,针对我国华东地区温室建筑特点,对我国华东连栋温室的主要活荷载之一的风荷载进行了分析研究,并对风荷载标准值进行了修正。在温室设计中,要根据实际开窗情况和使用状况,就是否考虑内部压力系数进行说明。