附录B 构架风荷载的整体计算

    根据ASCE《Wind Loads for Petrochemical and Other Industrial Facilities》2012年版图5.1，C_Dg转化成下表。

    转成体型系数C_f表为：

    ASCE7-10图29.5-2，挡风系数ε＜0.1时，C_f＝2.0；挡风系数0.1≤ε＜0.3时，C_f＝1.8；挡风系数0.3≤ε≤0.7时，C_f＝1.6。又ASCE《Wind Loads for Petrochemical and Other Industrial Facilities》2012年版5.1.3条在规定管架体型系数时，一层平台以下C_f＝2.0，一层平台以上C_f＝1.6。考虑到现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009表8.3.1第33项和第35项中，S/B为1.0、挡风系数为0.1时不考虑遮挡，上表通过外插值（ASCE允许）补充S/B＝1.0和φ＝0.5的数据，再按C_f＝1.6对μs＝1.3进行转换，并对数据进行平滑处理得到表B.0.1。

    下面是两个构架常规计算方法和附录B整体计算法两种计算方法的风荷载的计算与比较：

    构-1中两种计算方法交叉计算并比较，SS-4中两种方法分别计算然后比较。计算挡风面积时，构-1中某标高的计算范围为本层到上、下层各一半区域，SS-4中某标高的计算范围为本层到下层的区域。

    （1） 某渣油加氢装置构-1，横向二跨，纵向五跨，三层见图1～图5。挡风面积计算中未计入防火层厚度。

    风沿X向即构架纵向作用时：

    结构构件和附件挡风面积计算见表3～表8：

    按整体计算法计算X向风荷载：

    从以上六个表看出：X向总挡风面积474.809m²。两个边跨由于有梯子和栏杆，明显比其他跨大，两跨相差很小，这个例子中①轴线106.723m²最大。N＝6，S＝7m，B＝15.5m，S/B＝0.45，挡风系数φ＝106.723/23/15.5＝0.3。

    查表得μ_sw＝4.133。遮挡折减系数＝4.133×106.723/1.3/474.809＝0.715，表示构架考虑遮挡的风荷载是不考虑遮挡的71.5％。

    现行行业标准《石油化工钢结构冷换框架设计规范》SH/T 3077-2012附录A中，挡风面积折减仅考虑跨数影响未考虑挡风系数的影响，梁柱挡风面积折减，斜撑折减或。

    标高9.00m、18.00m、23.00m三层平台均为花纹钢板应考虑折减：

    标高9.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（6.045/23.686）＝0.949

    标高18.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（6.045/23.255）＝0.948

    标高23.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（6.75/18.016）＝0.925

    估算同场地同设备情况1跨～4跨的结构构件和附件挡风面积的折减：

    1跨：N＝2，S/B＝0.45，φ＝0.3，查表得μ_sw＝2.012。①⑥轴总挡风面积208.721m²。遮挡折减系数＝2.012×106.723/1.3/208.721＝0.791。

    2跨：N＝3，S/B＝0.45，φ＝0.3，查表得μ_sw＝2.546。①②⑥轴总挡风面积275.571m²。遮挡折减系数＝2.546×106.723/1.3/275.571＝0.758。

    3跨：N＝4，S/B＝0.45，φ＝0.3，查表得μ_sw＝3.072。①②⑤⑥轴总挡风面积346.418m²。遮挡折减系数＝3.072×106.723/1.3/346.418＝0.728。

    4跨：N＝5，S/B＝0.45，φ＝0.3，查表得μ_sw＝3.595。①②③⑤⑥轴总挡风面积409.776m²。遮挡折减系数＝3.595×106.723/1.3/409.776＝0.72。

    风沿Y向即构架横向作用时：

    结构构件和附件挡风面积计算见表9～表11：

    按整体计算法计算Y向风荷载：

    从以上三个表看出：Y向总挡风面积570.764m²。两个边跨由于有梯子和栏杆，明显比其他跨大，大小基本相同，这个例子中C轴线219.05m²最大。N＝3，S＝6m，B＝39.4m，S/B＝0.15，挡风系数φ＝219.05/23/39.4＝0.24。

    查表得μ_sw＝2.717。遮挡折减系数＝2.717×219.05/1.3/570.764＝0.802，表示构架考虑遮挡的风荷载是不考虑遮挡的80.2％。

    标高9.00m、18.00m、23.00m三层平台均为花纹钢板应考虑折减：

    标高9.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（15.366/59.035）＝0.948

    标高18.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（15.366/55.865）＝0.945

    标高23.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（15.366/37.16）＝0.917

    设备和管道风荷载：

    按整体计算法计算时，设备和管道风荷载折减系数：

    X向：η_e＝exp[-1.4（μ_swφ）1.5]＝exp[-1.4（4.133×0.3）^1.5]＝0.1447。顶层不折减。

    Y向：没有支撑遮挡，也没有设备间相互遮挡，不折减。

    空冷考虑遮挡，每层横向总挡风面积不大于最大设备3倍。

    标高9.00m最大设备挡风面积三倍＝57.78×3＝173.34m²

    标高18.00m最大设备挡风面积三倍＝3×12.33＝36.99m²

    为方便计算，地面粗糙度取B类，基本风压取ω_O＝1kN/m²，不考虑风振。

    按整体计算法考虑折减与常规方便未考虑折减的挡风面积与体型系数乘积比较：

    ASCE《Wind Loads for Petrochemical and Other Industrial Facilities》2012年版附录5B中提供了构架的相对于轮廓面积的极限体型系数：

    L/B＜1.5时，

    L/B≥1.5时，

    本例中X向L＝39.4m，B＝15.5m，C_f＝2.595，最大实墙比＝1.62

    Y向L＝15.5m，B＝39.4m，C_f＝1.439，最大实墙比＝0.9

    比较两种计算方法的风荷载：

    由于主风向不在正方向，按B.0.3条当计算对角风时，取一个主方向构架风荷载与另一个主方向结构构件和附件风荷载的50％共同作用。统计见表18～表19：

   2） 某焦化装置SS-4，横向一跨，纵向三跨，共三层见图6～图10。挡风面积计算中未计入防火层厚度。

    先按常规方法计算：

    各轴线结构构件和附件挡风面积计算见表20～表25：

    设备和管道挡风面积见表26～表28：

    空冷考虑遮挡，每层横向总挡风面积不大于最大设备3倍。

    计算两个方向挡风面积和风荷载：

    为方便计算，地面粗糙度取B类，基本风压取ω_O＝1kN/m² ，不考虑风振。表29～表34中，水平力以“kN”计，弯矩以“kN·m”计。

    按附录B的方法计算（.各挡风面积同上）：

    风沿X向即构架纵向作用时：

    采用①轴线做挡风面，A_s＝75.67m²；

    N＝4，S＝6m，B＝10.7m，S/B＝0.56，挡风系数φ＝75.67/22.5/10.7＝0.314

    查表得μ_sw＝3.13。

    标高7.30m，12.00m，22.50m三层平台均为花纹钢板挡风面积应考虑折减，即支承花纹钢板的梁面积打八折：

    标高7.30m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（6.42/15.5）＝0.917

    标高15.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（6.42/14.07）＝0.909

    标高22.50m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（4.88/14.55）＝0.933

    设备和管道风荷载折减系数：

    η_e＝exp[-1.4（μ_swφ）1.5]＝exp[-1.4（3.13×0.314）1.5]＝0.2556。顶层无构架遮挡、空冷器间的遮挡已考虑折减，不再折减。

    风沿Y向即构架横向作用时：

    采用轴线做挡风面，A_s＝96.74m²；

    N＝2，S＝8.7m，B＝21.5m，S/B＝0.4，挡风系数φ＝96.74/22.5/21.5＝0.2

    查表得μ_sw＝2.254。

    标高7.30m，12.00m，22.50m三层平台均为花纹钢板挡风面积应考虑折减：

    标高7.30m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（5.95/20.43）＝0.942

    标高15.00m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（5.95/17.34）＝0.931

    标高22.50m：η_f＝1—0.2（A_f/A_s）＝1—0.2（5.95/17.82）＝0.933

    设备和管道风荷载折减系数：

    该方向设备间无相互遮挡，构架对设备基础无遮挡，不考虑折减。

    计算两个方向挡风面积和风荷载：

    同常规计算方法，地面粗糙度为B类，基本风压为ω_O＝1kN/m²，不考虑风振。

    比较SS-4两种计算方法的风荷载：

    由于主风向不在正方向，按B.0.3条当计算对角风时，取一个主方向构架风荷载与另一个主方向结构构件和附件风荷载的50％共同作用。统计见表31和表32：

    （3） 比较两个构架两种计算方法的风荷载计算值。

    先比较两种计算方法各方向各单项风荷载计算值：

    再比较两种计算方法组合时各主向总风荷载：

    从上面两个表可以看出：

    （1） 随着榀数增加，整体计算法计算的结构构件和附件的承受的风荷载与常规方法计算值之比逐渐减小，表示遮挡相应加大，比值从单跨的86.8％减小到五跨的69％。

    （2） 设备和管道挡风面积的折减很大，除顶层和横向风不考虑遮挡外，整体计算法计算的设备和管道挡风面积与各设备挡风面积总和之比很小，上述两构架五跨时为0.1447、三跨时为0.2556，比值也随跨数减少而增加，但比 值较小。上述两构架X向的设备和管道总风荷，折减后与未折减的比值也小于55％。

    （3）按整体计算法计算时，上述两构架Y向风荷载是常规方法Y向的80％～95％，同时作用的X向风荷载是常规方法X向的20％～30％，整体计算法计算的Y向风荷载对结构的影响与常规方法基本相同。

    （4） 按整体计算法计算时，上述两构架X向风荷载是常规方法X向的60％～70％，同时作用的Y向风荷载是常规方法Y向的30％左右，整体计算法计算的X向风荷载对结构的影响略小于常规方法。

    （5） 风沿X向作用时，结构和设备的遮挡现象明显，采用本规范附录B的方法计算风荷载时能够适当考虑遮挡对结构的影响，相比常规方法更符合实际情况。

    （6） 整体计算法计算简便。整体计算法每个方向只需计算一榀构架的挡风面积，而常规计算方法需计算构架的每一榀，整体计算法降低工作量50％以上，像构-1，2跨×5跨，整体计算法是常规方法工作量的2/7。

B.0.3  风沿构架正方向作用时，结构构件和设备的遮挡影响本附录计算方法均已考虑，风载有较大折减，结构效应最大的风荷载作用方向已不在正方向，为方便计算，提供本条简化组合方法。