附录E基本雪压、风压和温度的确定方法
基本雪压的计算分析

基本雪压的计算分析摘要:近几年随着极端天气的不断加剧,因天气原因导致的大型钢结构破坏在我国频频出现,如何在结构设计时考虑风、雪荷载对结构的影响已成为工程界所关注的焦点。
本文通过对近几年的比较严重的雪灾的对比分析以及部分学者的相关研究,对雪荷载的影响因素、取值、概率模型等进行了简述。
关键词:基本雪压;概率模型;极值I型分布;参数估计;Gumbel法2007年辽宁省发生了有气象记录以来的最大的暴风雪灾害,对辽宁省的经济造成了极大经济损失及人员伤亡,相比之下类似的事件发生在1956年的西藏、1977年的北方大部分地区、1983年的新疆地南部区以及08年我国南方地区的大雪灾。
经过调查分析此类事件的共同特点均为因雪荷载过大导致的结构破坏并且造成了极其严重的后果,故在结构设计中关于雪荷载的相关问题应引起广泛地重视。
1相关资料的数据处理雪压的数据可从当地气象局的历年气象统计资料中获取所计算出的当地基本雪压是最接近当地真实情况的;还可以根据我国现行的荷载规范中所给出的基本雪压值进行计算,现行的《建筑结构荷载规范GB50009-2012》在旧规范的基础上补充了近几年来的基本雪压数据,对部分地区的基本雪压值进行了增大的处理,这符合近几年来该地区异常的雪荷载引起的事故频发的实际情况;此外,在没有雪压记录时可以采用如下两种方法进行基本雪压计算:(1)采用积雪深度和密度与基本雪压之间的关系公式进行计算得到,计算公式如下:式中:积雪深度,指从积雪表面到地面的垂直深度;积雪密度,规范中的附录中对我国各个地区都有所规定;重力加速度,。
(2)还可根据降水量折算成积雪深度来间接计算基本雪压。
根据罗新兰文章显示,以日平均温度为作为临界温度值,在小于等于时的降水量为降雪数据,降雪保证率为且将降水量以比例折算成雪深数据。
2年最大雪压的计算方法2.1雪荷载概率分布模型的建立据我国结构设计规范中的内容:楼面的活荷载、风雪荷载等作用的概率模型其前提均为假设其模型是以平稳二项随机过程为基础而得到的,即将随机荷载过程中的样本数据模型转化为等时段的数据模型,故雪荷载概率模型将采用平稳二项随机过程,其步骤如下:(1)建筑设计基准期为,将其划分为个相等的时间段;(2)在任意某个时间段内,雪荷载出现的概率为,不出现的概率为;(3)在任意时间段内,任意时间点雪荷载的概率分布函数等于雪荷载的累积分布函数且各个时间段上的雪荷载幅值相互独立且同分布;(4)不同时间段内的雪荷载出现的概率和出现的雪荷载幅值是相互独立的。
广东荷载规范与国家规范的区别

省《建筑结构荷载规》DBJ15-101-2014学习笔记Deer按:省《建筑结构荷载规》DBJ15-101-2014于2014年9月22日发布,2014年12月1日实施,不过直到2015年6月底才拿到实体书。
跟国家标准《建筑结构荷载规》GB50009-2012(以下简称荷规GB50009)相比,省《建筑结构荷载规》DBJ15-101-2014(以下简称省荷规)深化、细化、补充的容有:一、第3.1.1条可变荷载的列举增加消防车荷载、施工堆载、工作时的擦窗机荷载、屋顶直升飞机荷载。
条文说明中指出,荷规GB50009中对水位不变的水压力按永久荷载考虑,水位变化的水压力按可变荷载考虑,省荷规中水压力不再区分为永久荷载和可变荷载,一律按可变荷载考虑。
二、第3.2.5条为省荷规增加的容,给出地下水压力、消防车荷载及施工堆载的分项系数取值。
1、按历史最高水位计算承载力时,地下水压力分项系数取1.0,无承压水情况下最高水位一般取到地面;其他情况下水压力分项系数取1.2。
2、消防车荷载分项系数取1.0。
3、施工堆载分项系数取1.0。
4、条文说明中指出:①可按长期稳定水位进行裂缝验算,若无长期稳定水位资料,正常使用状态验算时水位可取室外地坪以下1m处标高。
②结构整体计算时,可仅考虑移动式擦窗机的轨道及支墩等自重的影响,影响围取等效均布自重标准值,擦窗机移动的相关区域活荷载标准值可取上人屋面活荷载标准值;在构件的力及配筋计算中,分构件按擦窗机荷载的最不利布置情况对构件进行调整复核,以满足构件的强度及变形要求,可不考虑擦窗机活荷载对构件挠度及裂缝宽度的影响。
三、第5.1.1条对民用建筑楼面活荷载的补充和细化:1、第6项之类别(1)增加百货食品超市,活荷载标准值为5.0KN/m2,组合值系数0.9,频遇值系数0.9,准永久值系数0.8。
【Deer按:条文说明中指出,百货食品超市活荷载系按货架高度2.3m、净距0.6m考虑,如果货架高度较高、或放置的货品不是百货食品类,应按实际情况考虑。
GB50009-2012建筑结构荷载规范修订介绍(2012-7)

阿勒泰
1.25
1.65
新 伊宁 疆 富蕴
1.0
1.40
0.95
1.35
塔城
1.35
1.55
青河
0.80
1.30
34
5.3 屋面积雪系数修订
《建筑结构荷载规范》修订
3 拱形屋面
µr,m=0.2+10f/l (µr,m≤2.0)
不均匀分布的情况
r,m
0.5µr,m
le/4 le/4 le/4 le/4 le
1.5
0.82
0.80
0.81
2.0
0.70
0.70
0.71
2.5
0.56
0.60
0.62
3.0
0.46
0.51
0.54
29
4.3 楼梯栏杆荷载
栏杆破坏时间时有发生 如2010-11-29新疆学校踩踏事件
《建筑结构荷载规范》修订
30
《建筑结构荷载规范》修订
5.5.2 楼梯、看台、阳台和上人屋面等的栏杆活荷载标准值,不应小于下列 规定: 1 住宅、宿舍、办公楼、旅馆、医院、托儿所、幼儿园,栏杆顶部的水平 荷载应取1.0 kN/m; 2 学校、食堂、剧场、电影院、车站、礼堂、展览馆或体育场,栏杆顶部 的水平荷载 应取1.0 kN/m,竖向荷载应取1.2 kN/m,水平荷载与竖向荷载应分别考 虑。
工作为基础,以《建筑结构设计统一标准》为准则,新 一代基于概率极限状态设计的先进标准 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001) 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)(2006版)
5
《建筑结构荷载规范》修订
1.2 现状与面临问题 全球气候变化,极端天气与灾害频发——风灾
各城市的雪压、风压和基本气温

巴 尔 虎 右 旗
新 巴 尔 虎 左
642.0 0.40 0.55 0.60 0.25 0.35 0.40 -34 31 I 旗 阿 木 古 朗
牙 克 石 市 739.7 0.40 0.55 0.60 0.35 0.55 0.65 -31 28 I 博 克 图
0.35 -19 34 Ⅱ
阳 泉 741.9 市
0.30
0.40
0.45
0.20 0.35
0.40 -13 34 Ⅱ
榆 1041.
社
4
0.20
0.30
0.35
020 0.30
0.35 -17 33 Ⅱ
隰 1052.
县
7
0.25
0.35
0.40
0.20 0.30
0.35 -16 34 Ⅱ
介 743.9
0.25 0.35
0.40 -16 34 Ⅱ
右 1345.
玉
8
山
西 大 同 市
1067. 2
0.35
0.55
0.65
0.20 0.30 0.15 0.25
0.35 -29 31 Ⅱ 0.30 -22 32 Ⅱ
河 861.5
曲
0.30
0.50
0.60
0.20 0.30
0.35 -24 35 Ⅱ
五 1401.
0.45
0.20 0.35
0.40 -15 35 Ⅱ
乐 10.5
亭
0.30 0.40
0.45
0.25 0.40
0.45 -16 34 Ⅱ
保 定 17.2 市
E.5 全国各城市的风压、雪压和基本气温 (GB 50009-2012)

雪压(kN/m2) R=10
0.25 0.25 0.20 0.10 0.20 0.35 0.20 0.20 0.25 0.15 0.20 0.15 0.15 0.20 0.25 0.25 0.15 0.20 0.20 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 0.15 0.25 0.20 0.15 0.20 0.20
R=100
0.55 0.60 0.50 0.45 0.35 0.40 0.45 0.45 0.60 0.50 0.50 0.60 0.60 0.45 0.70 0.75 0.45 0.65 0.60 0.60 0.45 0.55 0.60 0.60 0.65 0.70 0.60 0.60 0.60 0.70 0.60 0.85 0.55 0.55
R=100
0.55 0.75 0.65 0.85 0.70 0.85 0.50 0.60 0.70 0.55 0.60 0.65 0.60 0.55 0.70 0.60 0.60 0.60 0.60 0.70 0.60 0.60 0.60 0.65 0.55 0.60 0.50 0.70 0.50 0.45 0.60 0.40 0.75
雪压(kN/m2) R=10
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.15 0.15 0.15 0.25 0.50 0.15 0.15 0.25 0.20 0.15 0.30 0.20 0.20 0.25 0.25 0.20 0.20 0.20 0.20 0.20 0.25 0.30 0.20 0.25 0.35 0.45 0.30 0.25 0.30
城市名
乌拉特后旗海力素
风压(kN/m2) R=10 R=50
0.50 0.65 0.60 0.75 0.60 0.75 0.45 0.55 0.60 0.50 0.50 0.55 0.50 0.50 0.60 0.55 0.55 0.55 0.55 0.60 0.55 0.55 0.55 0.55 0.50 0.55 0.45 0.60 0.45 0.40 0.55 0.35 0.65
基本风压的确定

一、基本风压的确定基本风压ω0 是根据全国各气象台站历年来的最大风速记录,按基本风压的标准要求,将不同风仪高度和时次时距的年最大风速,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,按附录D 的规定,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υ0。
再按贝努利公式(1)确定基本风压。
2012ωρυ= (1)鉴于通过风压板的观测,人为的观测误差较大,再加上时次时距换算中的误差,其结果就不太可靠,当前各气象台站已累积了较多的根据风杯式自记风速仪记录的10min 平均年最大风速数据,因此数据处理时,基本上是以自记的数据为依据。
因此在确定风压时,必须考虑各台站观测当时的空气密度。
可按下述公式确定空气密度: 30.0012760.378(/)10.00366100000e t m t ρρ-⎛⎫= ⎪+⎝⎭式中:t —空气温度(℃);p —气压(Pa);e —水气压(Pa)。
规范将基本风压的重现期由以往的30 年统一改为50 年,这样,在标准上将与国外大部分国家取得一致。
但经修改后,各地的基本风压并不是全在原有的基础上提高10%,而是根据新的风速观测数据,进行统计分析后重新确定的。
为了能适应不同的设计条件,风荷载也可采用与基本风压不同的重现期,计算如下。
1.在确定风压时,观察场地应具有代表性。
场地的代表性是指下述内容:(1) 观测场地周围的地形为空旷平坦;(2) 能反映本地区较大范围内的气象特点,避免局部地形和环境的影响。
2.风速观测数据资料应符合下述要求:(1)应全部取自自记式风速仪的记录资料,对于以往非自记的定时观测资料,均应通过适当修正后加以采用。
(2) 风速仪高度与标准高度10m 相差过大时,可按下式换算到标准高度的风速:10z z v v α⎛⎫= ⎪⎝⎭式中:z —风速仪实际高度(m);υz —风仪观测风速(m/s);α—空旷平坦地区地面粗糙指数,取0.16。
荷载规范修改说明

补充风、雪、温度基本气象数据,应对全球气候变化及 自然灾害频发 增加温度作用、偶然荷载,完善标准体系架构,满足特 殊结构或特殊使用环境设计所需 增加活荷载设计使用年限调整系数,调整和完善活荷载, 适当提高安全度 从风剖面、体形系数以及风振响应计算等方面,全方位 统筹考虑风荷载修订,补充高层、大跨抗风研究新成果
2006.12.28
18
《建筑结构荷载规范》修订
E.3.3 重现期为R的最大雪压和最大风速可按下式确定:
xR u1lnlnRR1
1.28255
u 0.57722
u ——分布的位置参数,即其分布的众值;
——分布的尺度参数; ——样本的标准差;
——样本的平均值。
(E.3.3)
2006.12.28
j1
i=2
γ L i ——第i个可变荷载考虑设计使用年限的调整系数
2006.12.28
17
《建筑结构荷载规范》修订
规范条文
3.2.5 可变荷载考虑设计使用年限的调整系数应按下列规定采用: 1 楼面和屋面活荷载考虑设计使用年限的调整系数应按表3.2.5
采用; 2 对雪荷载和风荷载,应取重现期为设计使用年限,按本规范第
14
《建筑结构荷载规范》修订
3、荷载组合
3.1 关于荷载及荷载组合的几个基本概念 3.2 活荷载设计使用年限调整系数 3.3 荷载组合应用 3.4 非线性的组合问题 3.5 偶然荷载组合
2006.12.28
15
《建筑结构荷载规范》修订
3.1 关于荷载及荷载组合的几个基本概念
设计使用年限
设计使用年限是指设计规定的结构或结构构件不需
栏杆顶部水平荷载从0.5提高至1.0; 人员可能集中时,增加栏杆竖向荷载1.2, 水平向荷载可分别考虑。
风压雪压系数

建筑结构荷载规范附录D 基本雪压和风压的确定方法D.1基本雪压D.1.1在确定雪压时,观察场地应具有代表性。
场地的代表性是指下述内容:——观察场地周围的地形为空旷平坦;——积雪的分布保持均匀;——设计项目地点应在观察场地的地形范围内,或它们具有相同的地形。
对于积雪局部变异特别大的地区,以及高原地形的山区,应予以专门调查和特殊处理。
D.1.2雪压是指单位水平面积上的雪重,单位以kN/㎡计。
当气象台站有雪压记录时,应直接采用雪压数据计算基本雪压;当无雪压记录时,可间接采用积雪深度,按下式计算雪压:式中h—积雪深度,指从积雪表面到地面的垂直深度(m);ρ—积雪密度(t/m3);g—重力加速度,9.8m/s2。
雪密度随积雪深度、积雪时间和当地的地理气候条件等因素的变化有较大幅度的变异,对于无雪压直接记录的台站,可按地区的平均雪密度计算雪压。
基本雪压按D.3中规定的方法计算。
历年最大雪压数据按每年7月份到次年6月份间的最大雪压采用。
D.2基本风压D.2.1在确定风压时,观察场地应具有代表性。
场地的代表性是指下述内容:—观测场地周围的地形为空旷平坦;—能反映本地区较大范围内的气象特点,避免局部地形和环境的影响。
D.2.2风速观测数据资料应符合下述要求:1应全部取自自记式风速仪的记录资料,对于以往非自记的定时观测资料,均应通过适当修正后加以采用。
2风速仪高度与标准高度10m相差过大时,可按下式换算到标准高度的风速:式中z—风速仪实际高度(m);υz—风仪观测风速(m/s);α—空旷平坦地区地面粗糙指数,取0.16。
使用风杯式测风仪时,必须考虑空气密度受温度、气压影响的修正,可按下述公式确定空气密度:式中t—空气温度(℃);p—气压(Pa);e—水气压(Pa)。
也可根据所在地的海拔高度z(m)按下述公式近似估算空气密度:选取的年最大风速数据时,一般应有25年以上的资料;当无法满足时,至少也不宜少于10年的风速资料。
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附录E 基本雪压、风压和温度的确定方法
E .1基本雪压
E.1.1 在确定雪压时,观察场地应符合下列规定:
1,观察场地周围的地形为空旷平坦; 2,积雪的分布保持均匀;
3,设计项目地点应在观察场地的地形范围内,或它们具有相同的地形;
4,对于积雪局部变异特别大的地区,以及高原地形的山区,应予以专门调查和特殊处理。
E.1.2 雪压样本数据应符合下列规定:
1,雪压样本数据应采用单位水平面积上的雪重(kN/m 2);
2,当气象台站有雪压记录时,应直接采用雪压数据计算基本雪压;当无雪压记录时,可采用积雪深度和密度按下式计算雪压s :
g h s ρ= (
式中:h ——积雪深度,指从积雪表面到地面的垂直深度(m);
ρ——积雪密度(t/m 3); G ——重力加速度,9.8m/s 2。
3,雪密度随积雪深度、积雪时间和当地的地理气候条件等因素的变化有较大幅度的变异,对于无雪压直接记录的台站,可按地区的平均雪密度计算雪压。
E.1.3 历年最大雪压数据按每年7月份到次年6月份间的最大雪压采用。
E.1.4 基本雪压按E.3中规定的方法进行统计计算,重现期应取50年。
E.2 基本风压
E.2.1 在确定风压时,观察场地应符合下列规定:
1,观测场地及周围应为空旷平坦的地形;
2,能反映本地区较大范围内的气象特点,避免局部地形和环境的影响。
E.2.2 风速观测数据资料应符合下述要求:
1,应采用自记式风速仪记录的l0min 平均风速资料,对于以往非自记的定时观测资料,应通过适当修正后加以采用。
2,风速仪标准高度应为10m ;当观测的风速仪高度与标准高度相差较大时,可按下式换算到标准高度的风速υ:
α
υυ⎪⎪⎭
⎫
⎝⎛=z z 10 (
式中:z ——风速仪实际高度(m);
υz ——风速仪观测风速(m/s);
α——空旷平坦地区地面粗糙度指数,取0.15。
3,使用风杯式测风仪时,必须考虑空气密度受温度、气压影响的修正。
E.2.3 选取年最大风速数据时,一般应有25年以上的风速资料;当无法满足时,风速资料不宜少于10年。
观测数据应考虑其均一性,对不均一数据应结合周边气象站状况等作合理性订正。
E.2.4 基本风压应按下列规定确定:
1,基本风压w 0应根据基本风速按下式计算:
2
02
1ρυ=
w ( 式中:υ0——基本风速;
ρ—一空气密度(t/m 3)。
2,基本风速υ0应按本规范附录 E.3中规定的方法进行统计计算,重现期应取50年。
3,空气密度ρ可按下列规定采用: 1)空气密度ρ可按下式计算:
⎪⎪⎭
⎫
⎝
⎛-+=
100000378.000366.01001276
.0vap
p p t
ρ ( 式中:t ——空气温度(℃);
p ——气压(Pa); p vap ——水汽压(Pa)。
2)空气密度ρ也可根据所在地的海拔高度按下式近似估算:
z e 0001.000125.0-=ρ (
式中:z ——海拔高度(m)。
E.3 雪压和风速的统计计算
E.3.1 雪压和风速的统计样本均应采用年最大值,并采用极值I 型的概率分布,其分布函数应为:
)]}(exp[exp{)(u x x F ---=α (
σ
α28255
.1=
(
α
μ57722
.0-
=u (
式中:x ——年最大雪压或年最大风速样本;
u ——分布的位置参数,即其分布的众值; α——分布的尺度参数; σ——样本的标准差; μ——样本的平均值。
E.3.2 当由有限样本n 的均值x ;和标准差σ1作为μ和σ的近似估计时,分布参数u 和α应按下列公式计算:
1
1
σαC =
( α
2
C x u -
= ( 式中:C l 、C 2——系数,按表
R ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--
=1ln ln 1
R R u x R α ( E.3.4 全国各城市重现期为10年、50年和100年的雪压和风压值可按表E.5采用,
其他重现期R 的相应值可根据10年和100年的雪压和风压值按下式确定:
)110ln /)(ln (1010010--+=R x x x x R (
E.4 基本气温
E.4.1 气温是指在气象台站标准百叶箱内涮量所得按小时定时记录的温度。
E.4.2 基本气温根据当地气象台站历年记录所得的最高温度月的月平均最高气温值和最低温度月的月平均最低气温值资料,经统计分析确定。
月平均最高气温和月平均最低气温可假定其服从极值I 型分布,基本气温取极值分布中平均重现期为50年的值。
E.4.3 统计分析基本气温时,选取的月平均最高气温和月平均最低气温资料一般应取最近30年的数据;当无法满足时,不宜少于10年的资料。
E.5 全国各城市的雪压、风压和基本气温 表E.5 全国各城市的雪压、风压和基本气温 E.6 全国基本雪压、风压及基本气温分布图
E.6.1 全国基本雪压分布图见图
E.6.2 雪荷载准永久值系数分区图见图 E.6.3 全国基本风压分布图见图
E.6.4 全国基本气温(最高气温)分布图见图 E.6.5 全国基本气温(最低气温)分布图见图。