国内外基本风速标准的比较研究

刘德平，赵永胜，陈全勇，张文杰

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

国内外基本风速标准的比较研究

刘德平，赵永胜，陈全勇，张文杰

(中南电力设计院，湖北 武汉 430071)

随着国外电力勘测设计市场的不断拓展，对国外勘测设计规范的理解和掌握就显得越来越重要。本文结合目前国外市场的开拓情况，对美国、欧洲等国的风荷载规范的基本风速标准进行了对比研究。通过分析各国风荷载规范中对基本风速定义方面的差异，结果表明各国在设计风速的差异主要体现在基本风速的时距和重现期两方面，本文还给出了风速转换中的常用关系和有关国家的标准名称，便于在实际工作中引用。

国内外；基本风速；差异；转换。

1 问题的提出

随着国外电力勘测设计市场的不断拓展，对国外勘测设计规范的理解和掌握就显得越来越重要。在电力勘测设计方面，水文气象专业需要对风速资料进行搜集、整理和分析。由于国外风荷载规范的差异较大，这就需要研究各国在基本风速方面的相关规定，找出其与中国规范的差异，并转换为中国规范相应的设计风速，使得结构专业可以根据国内的结构设计软件进行相关风荷载分析计算。

2 中外风荷载标准中基本风速

2.1 中国荷载规范中的基本风速

中国规范中基本风速v0的定义是：一般空旷平坦地面B类粗糙度，离地10m高10min平均时距，按50年重现期确定的年平均最大风速。

当风以一定的速度向前运动遇到阻塞时，将对阻塞物产生压力，即风压。一般采用某一时段(如10min)的平均风速而不是瞬时风速，作为确定风压和衡量风灾的依据。风速与风压的关系如下：

中国标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定：当风速按年最大值取样，采用极值I型，推求50年一遇10m高10min平均最大风速时，得到的设计风速。

2.2 国外荷载规范中的基本风速

目前国外主流的风荷载规范是美国标准和欧洲标准，其他国家大多以这两种规范为基础，做相应的调整。结合目前国外市场的开拓情况，本次研究先后搜集到了美国、欧洲、英国、印度、越南、马来西亚、印度尼西亚、菲律宾、委内瑞拉等国与风荷载规范相关的文献。

2.2.1 美国风荷载规范中的基本风速

美国现行风荷载规范为《Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》(ASCE/SEI 7-10)，自2010年1月1日实施。这之前的风荷载版本为《Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》(ASCE/SEI 7-05)，该版本在风荷载部分仍沿用关于基本风速的定义，因此参考美国标准的其他国家的关于基本风速的定义亦与ASCE/SEI 7-05中基本风速的定义一致。

美国规范中基本风速v0的规定是：C类粗糙度场地，离地33ft高(即高10m)，时距为3s的阵风风速，按50年重现期确定的年平均最大风速。

根据文献4的研究，现行的ASCE/SEI 7-10规范中，关于基本风速的重现期与ASCE/SEI 7-05发生了较大变化，05版本对于除易遭受飓风影响的地区采用500年一遇的标准外，其他地区(一般地区)的基本风速重现期均采用50年一遇的标准。10版本根据建构筑物遭受风灾后的损失不同采用不同的平均重现期，不同建(构)筑物风灾害类别分别取为300年、700年或1700年。按照同一地区、同一类建(构)筑物新旧规范计算出的风荷载相等的原则确定的，也就是说ASCE/SEI 7-10中的重现期是按照新旧规范风荷载相等的原则计算出来的。

2.2.2 欧洲风荷载规范中的基本风速

现行的欧洲荷载规范《Eurocode 1:Actions on structures-General actions-Part 1-4:Wind actions》(EN 1991-1-4:2005)中关于基本风速的定义与中国荷载规范一致，均为离地10m高50年一遇10min平均最大风速。欧洲各国自己按照欧洲标准制定本国的基本风速图。

2.2.3 英国风荷载规范中的基本风速

英 国的风荷载规范为《Loading for buildings-Part 2:Code of practice for wind loads》(BS 6399-2:1997)，在欧洲规范实施后其过渡期截止2010年。英国对现行欧洲规范的编号为《Eurocode 1: Actions on structures— Part 1-4:General actions –Wind actions》(BS EN 1991-1-4:2005)，因此目前英国执行了欧洲规范。

2.2.4 其他各国风荷载规范中基本风速

本次研究主要依靠互联网进行了大量的搜资，先后收到了印度、菲律宾、马来西亚、印度尼西亚、委内瑞拉、新西兰等国的标准，其基本风速在时距、重现期方面的差异列于表1。

有关文献指出，越南规范正向欧洲规范靠拢，即拟采用50年一遇10min平均最大风速；委瑞瑞拉的风速时距特别怪异，其时距为74s。马来西亚规定50年一遇3s风速不低于32.5m/s，近海不低于33.5m/s。

不同国家对内陆和沿海采用不同的重现期标准，内陆标准大多为50年一遇，沿海考虑台风影响，其重现期标准高于内陆。

2.3 中外荷载规范中基本风速的差异及转化关系

2.3.1 基本风速差异分析

通过分析各国风荷载规范中对基本风速定义方面的差异，结果表明，各国在设计风速的差异主要体现在基本风速的时距和重现期两方面。在各个国家的风荷载标准中，标准时距取值存在不一致，例如，美国、印度、澳大利亚取3s；中国、前苏联、日本、欧洲规范和国际标准化协会ISO取10min；加拿大取1h。具体差异见表1。

表1 国内外基本风速采用的标准

2.3.2 转换关系

由于脉动风的影响，时距越短，风速值就越大。在利用不同规范进行风荷载计算时，通常需要注意对基本风压进行两个方面的换算：时距和重现期。

(1) 时距转换

时距不同，所求得的平均风速也不同。文献[5]根据国内外学者对不同时距平均风速的比较，统计得到了近似的比值关系见表2。需要说明的是，表2中给出的是平均值，实际上很多因素可能影响这个比值关系。

表2 各种不同时距与10分钟时距风速的平均比值

(2 )重现期转换

重现期不同，相应的最大风速值也不同。重现期的取值直接影响到结构的安全度，对于风荷载比较敏感的结构，重要性不同的结构，设计时有可能采用不同重现期的基本风压，以调整结构的安全水准。文献[5]根据国外规范以及我国各地风压资料为基础统计平均得出的比值，不同重现期风压比值可表示为：

式中：T为待转化的重现期。

对于重现期为30年或50年的风速，可利用表3的数值进行转换。

表3 不同重现期风压比值

中国标准《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)规定：全国各个站台重现期为10年、50年和100年的风压给出了参考值(规范附表D.4)，其他重现期R的相应值可按下式确定：

xR、x10、x100—重现期为R、10、100年的风压。

以上是关于风压重现期的比值关系。

而关于不同重现期风速的比值，建议先将风压进行重现期转换再由风压转化为风速，或采用文献[1]中的Peterka-Shahid公式：

(6)式是50年重现期的风速与其它重现期T的换算关系。该式在美标ASCE/SEI 7-10中已有体现。

需要说明的是，不同重现期风速的转化关系，是基于缺少风速系列资料的原因，在有资料情况下应以风速系列的频率分析为准，因为风压由风速计算而得，而风速服从相关的统计分布规律。

3 几点建议

(1) 各国规范在不断修订，基本风速或风压也许会发生变化，需要随时跟踪掌握，如美国和英国规范。

(2) 考虑到各国基本风速定义的差异，涉外勘测设计中对于风速(或风荷载)的取值宜执行合同中给定的风压取值或征得当地业主的认可。

(3) 有些国家规定基本风速或风压必须执行其国家的标准取值，设计人员不可以收集原始资料来分析，如独联体国家。

(4) 有些国家的基本风速(风压)的给定重现期较低，在转化为中国标准时会很大，建议在考虑合同中给定的技术条件的前提下，在安全与经济上寻求平衡以期业主和总包商提供更好的服务。

[1]ASCE/SEI 7-10．Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[S]．

[2]ASCE/SEI 7-05．Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[S]．

[3]C,E,N, Eurocode 1: Actions on structures - Part 1-4:General actions - Wind actions[S]．

[4]刘迪，等．2010年版美国建(构)筑物荷载规范有关风荷载部分修改简介[J]．钢结构，2011，(2)．

[5]张相庭．工程结构风荷载理论和抗风计算手册[K]．上海：同济大学出版社，1990．

Comparative Study between Domestic And Foreign Basic Wind Speed Standard

LIU De-ping, ZHAO Yong-sheng, CHEN Quan-yong, ZHANG Wen-jie
(Central southern Electric Power Design Institute, Wuhan 430071, China)

As the market of electric Power Survey design continues to expand, understand and master of the foreign survey design specification becomes increasingly important. Combining the research of our overseas market, the United States, Europe, the United Kingdom, India, Vietnam, Malaysia, Indonesia, the Philippines, Venezuela and other countries wind load specifications related to the design wind speed yield criterion of a comparative study. The results showed that by analyzing the basic wind speed defined differences in countries wind load specifications, the design wind speed differences are mainly re fl ected in two aspects of the basic wind speed time-distance and return period, also commonly given wind speed conversion name and the relevant national standards, to facilitate practical work references.

wind speed; difference; conversion.

P49

B

1671-9913(2013)02-0030-04

2012-09-29

刘德平(1966- ) , 男, 湖北仙桃人, 高级工程师, 主要从事工程水文气象研究。