落地式高耸三面广告牌面板风压系数取值探讨*

张 宇，李瑞鸽，姜凤华，姜雨芃，王子川，杨国立

（台州学院 建筑工程学院，浙江 台州 318000）

落地式高耸三面广告牌面板风压系数取值探讨*

张 宇，李瑞鸽＊，姜凤华，姜雨芃，王子川，杨国立

（台州学院 建筑工程学院，浙江 台州 318000）

为准确计算正三角形广告牌面板上的风荷载，对比了《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148：2003）和《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中关于三面广告牌面板风载体型系数的取值和计算方法，并与正三角形三面广告牌的仿真分析结果进行比较，发现在不同的风向角下 《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148：2003）规定的风载体型系数最小，而仿真分析得到的风荷载压力系数最大。为保证结构的安全，基于仿真分析的结果，给出了三面广告牌风载体型系数建议值；同时考虑到风荷载的非平稳性和随机性，引入风荷载的偏心距系数，为落地式三面广告牌的设计提供参考。

风荷载；风载体型系数；三面广告牌；偏心距系数

随着我国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。一般广告牌多位于城市人流量大的繁华地带或各交通主干道及高速路出入口等地，为商业及经济的发展起到促进作用。广告牌结构竖向一般仅承受自重荷载，竖向荷载相对较小。落地式高耸广告牌结构高宽比通常较大，整体抗侧刚度较小，具有高、柔的特点。水平荷载（主要是风荷载和地震作用）成为结构承受的主要荷载。并且广告牌的上部结构较轻，顺风向第一自振周期较大，属于风敏感结构［1，2］，通过台风灾后实地调研发现，户外广告牌在风灾中损坏十分严重，不仅造成巨大的经济损失，还对行人的人身安全构成极大威胁［3］。所以抗风设计是广告牌设计的关键。落地式三面广告牌由于其良好的宣传效果，常用于高速公路交叉口以及公路环岛等地方（如图1所示）。风荷载的计算是设计时面临的重要问题，其中风载体型系数（或者风压力系数）的取值决定了风荷载计算的准确性。在相关规范中，对平面形状为正三角形的三面广告牌风载体型系数的规定不够明确，因此本文比较了各相关规范、规程的规定及仿真分析的结果，提出了计算风荷载的建议。

图1 落地式三面广告牌

1 相关规范、规程规定的计算方法

1.1《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，施加在户外广告牌上高度为z处单位面积上的风荷载标准值wk应按下式计算［4］：

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高度处的风振系数；

w0是基本风压，按照现行《建筑结构荷载规范》规定采用，即：

式中v0——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。这种方法不考虑风荷载的方向及三面广告牌的体型影响，因此计算结果比较粗略。

1.2 《建筑结构荷载规范》规定的计算方法

根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）第8.1.1条第2款规定，计算维护结构时，垂直于建筑物表面的风荷载标准值wk应按下式计算［5］：

式中：

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。

在《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中对风荷载的规定更加详细，由于广告牌的面板属于维护结构，根据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《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）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，截角三角形和三角形各面的风载压力系数如图2和图3所示。

图2 平面形状为截角三角形的风载体型系数

图3 平面形状为三角形的风载体型系数

按照《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）规定，根据图3计算作用在面板上的风荷载总压力系数为1.3，乘以1.25倍的放大系数，则为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，增加了1.25倍，偏于安全。

2 仿真分析

由于台风过程是风向角不断变化的过程，为了更加精确的分析三面广告牌在各个风向角下的风压，文献［6］采用的表面平均风压系数为CFD软件计算的三面广告牌各个风向角下的数值，对于单立柱三面广告牌这种三轴对称结构分为5种风向角工况，得到0-360°全部风向角下面板内外表面风压系数（如图

4所示）。具体数值模拟结果见表1。

表1 三面广告牌面板表面平均风压系数

图4 风荷载的风向角及面板编号

为计算整个三角形广告牌上所受风载的大小，将各面板上的风荷载压力系数进行矢量叠加，计算总风荷载压力系数，具体结果见表2。

表2 三面广告牌面板总压力系数

由表2可知，当风向角为0°、15°、30°、45°时，三面广告牌面板上的总压力系数是大于1.625的，与仿真结果相比，《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中取值仍然偏小。

3 建议方法

平面为三角形的广告牌风压系数比一般的截角三角形更不利，并且随着风向角的不同，风压系数也有所变化，因此三面广告牌风载体型系数的取值应该比一般的平面广告面板更严格，本文建议，对于三面广告牌，总的风压系数取为1.9。

由于风速和风压作用都属于非平稳随机过程，因此作用在广告牌上的风荷载是不均匀的，无论采用《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）提出的计算方法，还是采用软件进行仿真分析，都没有考虑到风荷载的不均匀性。因此，广告牌上的风荷载的合力会偏离三面广告牌的几何形心（或者质心），产生一定的偏心距。对于格构式立柱，偏心荷载引起的扭矩将产生不利影响，所以在设计三面广告牌立柱时必须考虑偏心距的影响。风荷载和水平地震荷载同属于水平荷载，在《高层建筑混凝土结构技术规程》中水平地震作用下，计算单向地震作用时规定，水平地震荷载的偶然偏心距ei=0.05L，因此借鉴《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，取偏心距系数为0.05。在广告牌的立柱内力计算时，需要考虑风荷载偏心距引起的扭转效应，对结构设计提出了更高的要求。

4 结语

在沿海地区广告牌设计中，风荷载是最重要的荷载，风荷载的正确取值是合理设计这类结构的关键。平面形状为正三角形的三面广告牌在实际工程中应用较多，但是在进行风荷载的计算时其风载体型系数没有明确规定。本文比较了《户外广告设施钢结构技术规程》（CECS 148：2003）和《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）中类似结构关于风载体型系数的取值，与正三角形三面广告牌的仿真分析结果进行比较，提出平面形状为正三角形的三面广告牌上风荷载的体型系数总值为1.9，同时考虑到风荷载的非平稳性和随机性，引入风荷载的偏心距系数为0.05。在下一步的工作中，应设计缩尺试验模型进行风荷载作用下的受力试验，对偏心距系数进行检验和修正。

［1］秦云，张耀春,王春刚.两平行面板组成的独柱支承广告牌的风荷载研究［J］.建筑结构,2004.34（12）：67-70.

［2］冯振宇，赵振宇,贺宏斌.风荷载作用下高速公路广告牌的力学分析［J］.建筑科学与工程学报，2009，.26（4）：100-107.

［3］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.

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

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

［6］宋芳芳，欧进萍.城市巨型广告牌台风损伤成因与动力分析［C］//中国土木工程学会桥梁及结构工程分会风工程委员会.第十四届全国结构风工程学术会议论文集［J］.上海：同济大学出版社.2009：.829-834.

A Probe into Pressure Coefficient Values of Floor-standing Tall Three
sided Billboard Panel

ZHANG Yu，LI Rui-Ge*，JIANG Feng-hua，JIANG Yu-Peng，WANG Zi-chuan，YANG Guo-li
（School of Civil Engineering and Architecture,Taizhou University,Taizhou 318000,China）

Wind load factor values are analyzed in “Technical specification for steel structures of outdoor advertisement facility（CECS 148：2003）”and“Load code for the design of building structure(GB50009-2012)”.To accurately calculate wind loads of triangle three-sided billboard,factors were compared with simulation results of equilateral triangle three-sided billboard.Under different wind angles “Technical specification for steel structures of outdoor advertisement facility（CECS 148：2003）”specified minimum,and simulation analysis to obtain maximum wind load pressure coefficient.To ensure the safety of the structure,the three-sided billboard wind load factor suggested value was given in this paper based on the results of simulation analysis.Wind load eccentricity factor is introduced, taking into account the non-stationary and randomness of wind loads, to provide reference for floor-standing three-sided billboard design.

Wind loads;Wind load factor;Three-sided billboards;Eccentricity factor

10.13853/j.cnki.issn.1672-3708.2014.03.010

2014-03-19；

2014-05-05

台州学院校立学生科研项目（13XS42）。

简介：李瑞鸽（1973- ），女，河南叶县人，副教授，博士，从事结构工程的教学及研究工作。。