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玻璃幕墙风荷载是玻璃幕墙设计诸荷载(作用)中最重要的一项。它的取值直接影响玻璃幕墙的安全,尤其是体型复杂的高层建筑玻璃幕墙的设计风荷载更要慎重采用。《玻璃幕墙工程技术规范》JG102-2003规定:“玻璃幕墙的风荷载标准值可按风洞试验结果确定;玻璃幕墙高度大于200m或体型、风荷载环境复杂时,宜进行风洞试验确定风荷载。”对于这一规定要有正确的理解。
GB50009规定围护结构风荷载标准值为:Wk=βgzμslμzW0 (7.1.1-2)
(而风洞试验报告为:平均风压 Wk=C/ W0 ;峰值风压 Wk=Cmax(min)/ W0)。
下面对式(7.1.1-2)的四个要素进行分析。
(1)基本风压W0
基本风压系以当地比较空旷地面上(B类地区)离地10m高、统计所得的50年一遇10min平均最大风速V0(m/s)为标准确定的风压值。
风压是速度压,由规定的基本风速V0 ,按计算速度压的伯努利方程导出下式计算:
W0= 1/2ρV02
式中:ρ—空气密度
使用风杯式测风仪时,考虑空气密度受温度、气压影响,可按下式确定空气密度:
ρ=[0.001276/(1+0.00366t )]×(ρ-0.378e/1000000); t/m3
式中: t—空气温度,0C;
ρ—气压,Pa;
e—水气压,Pa 。
也可根据所在地点的海拨高度Z(m)按下式近似估算空气密度:
ρ=0.00125e –0.0001Z,t/m3
GB50009规定的基本风压是根据全国气象台站历年来的最大风速纪录,按基本风速的标准要求,将不同风速仪高度和时距的年最大风速,统一换算为离地10m高、自记10min平均年最大风速(m/s)。根据该风速数据(选取最大风速数据,一般应有25年以上的资料;当无法满足时,至少不少于10年的风速资料)经统计分析确定重现期为50年的最大风速,作为当地的基本风速V0。再按伯努利公式:
W0=1/2ρv02确定基本风速。
ρ= γ/g,γ为空气重力密度,g为重力加速度,以ρ= γ/g代入W0=1 /2(γ/g)v02。以往国内的风速记录大多数根据风压板的观测结果,刻度所反映的风速,实际上是统一根据标准的空气密度ρ=1.25Kg/m3,按上述公式反算而得,因此在按该风速确定风压时,可统一按W0=V02/1600(KN/m2)计算。
GB50009附录D4 全国各城市的雪压和风压是该城市B类地区基本风压,A、C、D类地区基本风压要换算,但换算系数放在风压高度变化系数中,GB50009条文说明第7.2.1:μ z——风压高度变化系数,
μz A=1.379(Z/10)0.24
μz B=1.000(Z/10)0.32
μz C=0.616(Z/10)0.44
μz D=0.318(Z/10)0.60
式中(Z/10)2α是描述风压沿高度变化的规律,(Z/10)2α前的系数是各地面粗糙度类别基本风压换算系数μw0 ,如1.379、1.0、0.616、0.318等。
设基本风压换算系数为μw0w,各地面粗糙度类别基本风压W0α=μw0 W0 ,对于一般空旷平坦地区-----荷载规范建议α取为0.16,梯度风高度取350米。设其他地貌地区的梯度风高度为HT,由梯度风高度以上各类地貌风速均为相等的条件可得:(350/10)2×0.16 W0=(HT/10)2αW0α
∴ W0α=(35)0.32(HT/10)-2αW0=μw0 W0”
∵ μw0 =(350/10)0.32(10/ HG)2α
μz A=1.379(Z/10)0.24 梯度风高度HG A =300m αA =0.12 μw0 A=(350/10)0.32(10/ HG)2α=(350/10)0.32(10/300)0.24=1.379
μz B=1.000(Z/10)0.32 梯度风高度 HG B =350m αB =0.16 μw0 B=(350/10)0.32(10/ HG)2α=(350/10)0.32(10/350)0.32=1.000
μz C=0.616(Z/10)0.44 梯度风高度HG C =400m αC=0.22 μw0C =(350/10)0.32(10/ HG)2α=(350/10)0.32(10/ 400)0.44=0.616
μz D=0.318(Z/10)0.60 梯度风高度HG D =450m αD =0.30 μw0 D=(350/10)0.32(10/ HG)2α=(350/10)0.32(10/ 450)0.60=0.318