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中国与印度规范风荷载计算分析比较
杭州锅炉集团股份有限公司 夏 超 胡 庆
摘 要 面对越来越多的国~l--v-程设计的需求，了解、熟悉并掌握国外的一些规
范及其与国内规范的异同，对于在国~l-x-程中更好地采用国外项目要求的规范进行
设计是很有必要的。本文从实际工程出发，对印度风荷载规 IS 875(P越 3)一1987和
中国《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)的风荷载计算进行分析和比较，可知两
者有一定差异。
关键词 风荷栽 基本风速 比较
近年来，随着印度经济的迅速发展，其电
力缺口越来越大，给我们进入印度市场带来
了很大的机遇。一些涉外工程中虽然允许按
中国规范设计，但是他们提供的配合资料是
按本国规范提出的风和地震资料。如何深入
了解并掌握国外的规范与中国规范的异同，
成为设计人员的当务之急。印度风荷载规范
IS 875(Pan 3)一1987(以下简称“印度规范”)
是由印度结构安全组织委员会制定，国家工
程学分理事会通过批准后，印度标准局采用
的现行标准。本文从实际工程出发，对印度
规范和中国《建筑结构荷载规范》(GB 50009
— 2001)(以下简称“中国规范”)的风荷载计
算进行比较和分析。
1 计算原理
顺向风对结构产生效应，一般情况下起
着主要作用，除非是建筑物在横向作用下，产
生跨临界范围(雷诺数Re≥3．5 X lO6)的共振
响应，或者由于建筑物截面形状产生空气动
力失稳。
在任何结构体系的风作用下都会产生振
动。将脉动风作为输入，按随机理论对结构
直接进行动力影响分析，是最准确的方法，但
过于繁琐，只对特殊结构形式或对动态风激
励敏感的建筑物才用。工程实际中，通常采
用等效静力荷载方法来考虑脉动风对结构的
风振影响。
2 计算公式
“中国规范”风荷载规范中，垂直作用于
主要承重结构建筑物表面的风荷载标准值
为：
= 0 (1)
式中：60 一 风荷载标准值，kN／m2；
一 高度 处的风振系数；
一 风荷载体形系数；
／z：一 风压高度变化系数；
叫。一 基本风压，kN／lm2。
印度风荷载规范 IS 875(Part 3)一1987
中风荷载计算分三个公式：
Pz=0．6 (2)
vz=vbklk2k3 (3)
F=( 一 z)A (4)
式中： 一 高度z处的设计风压；
一 高度 z处的设计风速；
一 基本风速；
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k】一概率系数；
k2一地形和建筑物系数；
k3～地形条件修正系数；
F一 结构单元风载荷；
一 外部压力系数；
CD2一 内部压力系数；
A一 风荷载作用面积。
3 基本参数
3．1 基本风速
基本风速是风荷载设计输入的基本参
数，各国在制定规范时，涉及到以下5项的定
义是不同的：
1)标准离地高度 ：风速是随着高度变化
的，由于地表摩擦的影响，使得离地高度越
大，风速就越大，直到达到不受地表影响的梯
度风高度，风速即稳定在梯度速度；
2)最大风速重现期：从概率的意义上说，
在一定时间间隔内，超过该最大平均风速的
概率不大于某特定值，该时间间隔就称为重
现期。重现期越长，结构安全度越高；
3)标准地貌类别：地表越粗糙，风能消耗
越大，平均风速越小。因此必须以一个标准
的地貌作为基本风速的取值标准；
4)最大风速样本：最大风速有其周期性，
每年季节性重复，因此，采用年最大风速作为
一 个统计样本是比较合适的，在这点上各国
基本上都是一致的；
5)最大风速概率分布曲线类型：由于最
大风速涉及到概率计算，必须知道其统计曲
线函数，即概率分布函数曲线形式。
中国规范中基本风速 、，0的规定是：一般
空旷平坦地面，离地 10m高，10min时距，经
概率统计得出50年一遇年平均最大风速。
印度规范中基本风速 Vb的规定是：在印
度2类地形(相当于印度空旷乡村，田野地
形)，换算成海平面以上 10m高处，3s时距，
5O年一遇年平均最大风速。
从中、印规范基本风速定义上可以看出，
现仅在时距的取值上存在着不同。在各个国
家的风荷载标准中，标准时距取值经常不同。
例如，美国《建筑和其它结构最小设计荷载》
(ANSI／ASCE7—93)采用的是“最快英里风
速”，其时距是指该时距下的风速与时距相乘
等于一英里。根据美国《建筑和其它结构最
小设计荷载}(ANSI／ASCE7—93)中给出的t s
的平均最大风速与 1 h平均风速之比的曲线
图(图 1)，我们可以对不同时距的风速进行
换算。
根据图 1我们可以得出中、印规范基本
风速换算关系如下：
： 1．465 Vo (5)
图1 t S的平均最大风速与 1 h平均风速之比曲线
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3．2 基本风压与设计风压
中国规范中基本风压值 取决于基本
风速v0，根据贝努利公式 090=pv2／2确定基
本风压。由于各地地理位置不同，空气密度
p也是各不相同的，中国规范 GB5009—2001
统一根据标准空气密度 P=1．25kg／m3按上
述的公式计算，通常情况下，基本风压公式可
简化为 0=v~,／16oo(kN／m2)。即：
o=0．625 (N／1．nz) (6)
印度规范中与之对应的参数为设计风
压，其空气密度，计算公式为：
= 0．6 (7)
印度规范中的设计风速 V 比较复杂，考
虑了海拔、概率、地形、建筑物的外形尺寸等
因素，见公式(3)。其中地形条件修正系数k3
的确定较为复杂，主要是针对悬崖、陡坡、丘
2 0
1．5
HA．。 1
．0
0．5
0
2．O
1．5
M 。 1
．0
0．5
陵、山脉等陡峭地形的风速进行修正。首先
判断地形迎风面与水平面的角度，小于3。以
下可以取 1，大于 3。时按公式 k3=1+C·s
考虑，其中c取值按表1选取，s取值按图2、
图 3选取。
表 1 C值与斜坡角度的对应关系
斜坡角度 C
3。17o O．36
表 2 Le与斜坡角度的对应关系
斜坡角度 Le ’
3。17。 z／0．3
2．5 —1 5 -1 0 —0 5 0 0 0，5 1 0 1 5 2 0
Upwind XA．e Downwind) e
图2 地形为悬崖和峭壁时系数 s的取值
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UpwindXILe DownwindX／Le
图3 地形为山脊和丘陵时系数 s的取值
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Region affected by Topographical Featu re
Wind l Upwind
r-- > Average
— z Iground level 一 ‘
5 km
2．5 Le 。
Downwind
lope
ndI+ve downwind
图 4 L、Z、H、X取值示意图
其中参数L、z、H、x的取值见图4，k取
值见表2。
通过上面的公式和图表，我们可以看出
印度规范地形修正系数 l(3跟中国规范对山
区的建筑物考虑地形条件的修正系数 的意
义相似，可以参照中国《建筑结构荷载规范》
(GB 50009—2001)的7．2．2章节，这里就不再
展开说明。
3．3 体型系数与风压力系数
结构体型不同，直接影响到作用于建筑
物不同表面的风荷载大小。我国风荷载体型
系数 是风在建筑物表面引起的实际压力
与来流风压的比值。印度对应的是压力系数
C。，根据结构的开 口(通风 口)的情况有外部
压力系数 C 和内部压力系数 CD】。
从取得体型系数或风压力系数的方式来
看，两国规范都建立在模化试验的基础上，其
取值基本相同，但实际上还是有不少区别。
这里以印度规范中一般情况矩形墙面封闭墙
体外部风压力系数(见表3)举例。
从表3可以看出，该系数取决于建筑物
的外形比例，跟建筑物的具体外形几何尺寸
有关，并随设计考虑风向变化。中国规范在
建筑物外形几何尺寸对体型系数的影响上没
有具体细分，只与外观形状有关，也未考虑不
同风向时的影响。印度规范跟中国风荷载规
，
范一样，也列举了各种建筑形状，屋顶形状的
外部风压力系数。具体可以参考 IS 875规
范。另外，印度规范还考虑了建筑物内部风
压，引入了内部风压力系数 Cn1，对孔洞、门窗
的封闭建筑和开敞式建筑产生的内部风压，
也做了详细的分析。中国规范中也考虑了开
口(半封闭)的影响，只是将其考虑在相应受
风面的体型系数上。
3．4 风压高度变化系数与地形及建筑物系数
中国规范规定对于平坦或稍有起伏的地
形风压高度变化系数 (见表 4)应根据地面
粗糙度类别按表确定，地面粗糙度可分为四
类：
— — A类指近海海面和海岛、海岸、湖岸
及沙漠地区；
— — B类指田野、乡村、丛林、丘陵以及
房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区；
— — c类指有密集建筑群的城市市区；
— — D类指有密集建筑群且房屋较高的
城市市区。
印度规范中的地形及建筑物系数 k2取
值见表5。地形种类分为四种：
种类 l：暴露在空旷地形上，建筑物平均
高度小于 1．5m，包括海洋和没有树木的平
原；
种类2：敞开地形上障碍物比较松散，建
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表 3 印度规范封闭矩形墙面外部压力系数 C
BUJLDIIqG 8DI‘bnl口 ELn▲TIO■ PL▲ WlN1) C如 FOB SU~．yAc= L,O0AL C如
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12 余 热 锅 炉 2008．4
表 4 中国规范风压高度变化系数
高地离或 地 壤照蛭袭划
警禚幽垃
A B C D
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表 5 印度规范地形及建筑物系数 k2
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筑物高度一般在 1．5m到 10m之间；
种类 3：建筑物之间比较接近，高度一般
在 10m以上，没有独立的超高建筑；
种类4：密集高大建筑群。
印度规范k’的取值还跟建筑物外观尺寸
有关系，根据不同的外观尺寸分为3个等级：
A级：整个结构或者覆盖的结构群最大
水平或垂直尺寸小于 20m；
B级：整个结构或者覆盖的结构群最大
水平或垂直尺寸在 20m到 50m之间；
c级：整个结构或者覆盖的结构群最大
水平或垂直尺寸大于50m。
由表 4和表 5对比一下可以看出，中国
规范中的风压高度变化系数 仅反映了不
同地貌情况下，不同高度处的基本风压换算
关系。由于地表摩擦的结果，使得接近地表
的风速随高度减小而降低。印度规范中的地
形及建筑物系数 k2则考虑了地形地貌和建
筑物外形比例等因素，同样反映的是在不同
地貌情况下，不同有效高度处的风压换算关
系。但由于涉及到
建筑物的外形，因此，与中国规范的
没有对应的关系。
3．5 风振系数与阵风系数
中国规范的风振系数 f3 是结构在风荷
载作用下，考虑时间、空间变异性和结构阻尼
特眭等因素，来计算脉动风作用下动力影响
的综合系数。印度规范的阵风系数 表示
为脉动风产生的峰值效应，两国规范的计算
均较复杂。
4 计算比较
取相同边界条件，选择 3个不同外形尺
寸的建筑物，分别采用中、印规范计算其风荷
载进行比较。
建筑物条件：长X宽×高=60m×60m X
60m；60m×20m×60m；40m×30m×60m；全
封闭钢结构，T1=1．05s。
气象条件：中国基本风速30m／s，相当于
印度基本风速44m／s。
地理条件：海拔高度为 0m；地面粗糙度
中国为B类场地；印度规范为种类2。
单位面积上的风压力计算结果对比见表
6
表 6 中、印规范风荷载计算算例比较(单位：kN)
高度 算例一(60m×60m×60m) 算例Z(60m×20mx 60m) 算例三(40mX 30m×60m)
(m) 中国规范 印度规范 中国规范 印度规范 中国规范 印度规范
10 0．771 1．025 0．775 1．187 0．774 1．158
20 1．053 1．285 1．O69 1．488 1 067 1．45l
30 1．316 1．426 1．346 1．651 1．343 1．610
40 1．579 1．536 1．628 1．778 1．622 1．735
50 1．829 1．65O 1．896 1．910 1．888 1．864
60 2．074 1．7O5 2．161 1．974 2．150 1．926
由表6的计算结果可见，在相同外部条
件及常规建筑物几何尺寸的情况下，按中、印
规范计算的风荷载结果是有一定的差异的。
这不能说明两国规范谁偏于不安全或偏于保
守，这只与两国的结构可靠性的要求有关，但
在工程实践中，规范必须是统一的。
14 余 热 锅 炉 2008．4
5 结束语
1)风荷载的计算中，我国规范对常见的
建筑外形都明确地标明了体型系数，在设计
中应用比较方便；相比之下印度规范对风荷
载的规定较为繁琐，其中外部风压系数的确
定最为复杂。印度规范对外部风压系数根据
建筑物外形具体尺寸规定了若干原则，对于
很多复杂外形的情况，则必须根据经验，将几
种原则进行组合来确定。所以我国规范和印
度规范计算结果有一定差异。
2)印度规范中对于非封闭建筑物和存在
孔洞的封闭建筑，其内部风压有着详细的规
定，而中国规范尚无这方面的详细考虑。
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能源局张国宝：未来可能淘汰 10万千瓦小机组
国家发改委副主任、能源局局长张国宝日前表示，未来将继续加大电力工业”上大压小”的力度，可能淘汰
l0万千瓦的小机组，扩大一级，压小范围。
此外，张国宝还表示未来工作的重点将是推进煤炭资源整合，大力发展核电和其他可再生能源以及培育
大型能源企业集团。
摘自《能源周讯》[总]第93期
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