风载荷

露天设备的大型机架应考虑风载荷。工作状态下机架所受到的最大风载荷和物品受风载作用对机架所产生的水平载荷P_N，总是与水平载荷P_H按最不利的方向叠加的

P_W＝CK_hqA　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式(1)

式中　P_W——作用在机器上或物品上的风载荷，N；

C——风力系数，见(3)；

K_h——风压高度变化系数，见(2)；

q——计算风压，N/m²，见(1)；

A——垂直于风向的迎风面积，m²，见(4)

计算机架风载时，应考虑风对机器是沿着最不利的方向作用

(1)计算风压q

风压与空气密度和风速有关，按式(2)计算

q＝0.613υ²　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式(2)

式中　q——计算风压，N/m²；

υ——计算风速，m/s

计算风压规定为按空旷地区离地10m高度处的计算风速来确定。工作状态的计算风速按陈风风速(即瞬时风速)考虑。非工作状态的计算风速按2min时距平均风速考虑。也可按《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)所附全国基本风压分布图计算。如按式(2)计算，对高原地区应考虑空气稀薄使其密度降低的系数

例　试计算起重机机架的风压。其他装置可以参照计算

室外工作起重机计算风压分三种，即q_Ⅰ、q_Ⅱ、q_Ⅲ，见表1

表1　　　　　　　　　　　　　　　　　起重机计算风压　　　　　　　　　　　　　　　　　　N·m^-2

地　区

工作状态计算风压

非工作状态计算风压

q_Ⅰ

q_Ⅱ

q_Ⅲ

内　陆

0.6q_Ⅱ

150

500~600

沿　海

250

600~1000

台湾及南海诸岛

250

1500

注：1．沿海地区是指大陆离海岸线100km以内的大陆或海岛地区。

2．特殊用途的起重机的工作状态计算风压允许作特殊的规定。流动式起重机(即汽车起重机、轮胎起重机和履带起重机)的工作状态计算风压，当起重机臂长小于50m时取为125N/m²；当臂长等于或大于50m时按使用要求决定。

3．非工作状态计算风压的取值:内陆的华北、华中和华南地区宜取小值；西北、西南和东北地区宜取大值；沿海以上海为界，上海可取800N/m²，上海以北取较小值，以南取较大值；在内河港口峡谷风口地区、经常受特大暴风作用的地区(如湛江等地)或只在小风地区工作的起重机，其非工作状态计算风压应按当地气象资料提供的常年最大风速并用式(2)计算；在海上航行的浮式起重机，可取q_Ⅲ＝1800N/m²，但不再考虑风压高度变化，即取K_h＝1。

q_Ⅰ是起重机正常工作状态计算风压，用于选择电机功率的阻力计算及机构零部件的发热验算；q_Ⅱ是起重机工作状态最大计算风压，用于计算机构零部件和金属结构的强度、刚性及稳定性，验算驱动装置的过载能力及整机工作状态下的抗倾覆稳定性；q_Ⅲ是起重机非工作状态计算风压，用于验算此时起重机机构零部件和金属结构的强度、整机抗倾覆稳定性及起重机的防风抗滑安全装置和锚定装置的设计计算(见GB/T 3811—1983第2.3.2款的规定)。不同类型的起重机按具体情况选取不同的计算风压值。

(2)风压高度变化系数K_h

对于起重机的工作状态计算风压不考虑高度变化(K_h＝1)

所有起重机的非工作状态或其他高耸设备，计算风压均需考虑高度变化。风压高度变化系数K_h见表2

(3)风力系数C

风力系数与结构物的体型、尺寸等有关，按下列各种情况决定

①一般设备单片结构和单根构件的风力系数C见表3

表2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　风压高度变化系数K_h

离地(海)面高度h/m

≤10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

200

1.00

1.23

1.39

1.51

1.62

1.71

1.79

1.86

1.93

1.99

2.05

2.11

2.16

2.20

2.25

2.45

1.00

1.15

1.25

1.32

1.38

1.43

1.47

1.52

1.55

1.58

1.61

1.64

1.67

1.69

1.72

1.82

注：计算起重机风载荷时，可沿高度划分成20m高的等风压区段，以各段中点高度的系数K_h乘以计算风压。

表3　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　单片结构的风力系数C

序   号

结     构     型     式

C

1

型钢制成的平面桁架(充实率φ＝0.3~0.6)

1.6

2

型钢、钢板、型钢梁、钢板梁和箱形截面构件

l/h

5

10

20

30

40

50

1.3

1.4

1.6

1.7

1.8

1.9

3

圆管及管结构

qd²

＜1

≤3

7

10

≥13

1.3

1.2

1.0

0.9

0.7

4

封闭的司机室、机器房、平衡重、钢丝绳及物品等

1.1~1.2

注：1．表中l为结构或结构件的长度；h为其迎风面的高度，m；q为计算风压，N/m²，d为管子外径，m。

2．司机室在地面上的取C＝1.1，悬空的取C＝1.2。

② 两片平行平面桁架组成的空间结构，其整体结构的风力系数可取单片结构的风力系数，而总的迎风面积应按(4)计算

③ 风朝着矩形截面空间桁架或箱形结构的对角线方向吹来，当矩形截面的边长比小于2时，计算的风载荷取为风向着矩形长边作用时所受风力的1.2倍；当矩形截面的边长比等于或大于2时，取为风向着矩形长边作用的风力

④ 三角形截面的空间桁架的风载荷，可取为该空间桁架垂直于风向的投影面积所受风力的1.25倍计算

⑤ 下弦杆为方形钢管、腹杆为圆管的三角形截面空间桁架，在侧向风力作用下，其风力系数C可取1.3

⑥ 当风与结构长轴(或表面)成某一角度吹来时，结构所受的风力可以按其夹角分解成两个方向的分力来计算。顺着风向的风力可按式(3)计算

P_W＝CK_hqAsin²θ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　式(3)

式中　A——迎风面积，m²；

C——风力系数；

θ ——风向与结构纵轴的夹角

(4)迎风面积A

结构和其上物品的迎风面积应按最不利迎风方位计算并取垂直于风向平面上的投影面积

① 单片结构的迎风面积为：

A＝φA₁

式中　A₁——结构或物品的外轮廓面积，m²，如图1所示则A₁＝h_l；

φ ——结构的充实率，即，见表4

图1  结构或物品的面积轮廓尺寸示意图

表4　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　结构的充实率φ

受风结构类型和物品

实体结构和物品

1.0

机构

0.8~1.0

型钢制成的桁架

0.3~0.6

钢管桁架结构

0.2~0.4

② 对两片并列等高、型式相同的结构，考虑前片对后一片的挡风作用，其总迎风面积为：

A＝A₁+ηA₂

式中　A₁——前片结构的迎风面积，A₁＝φ₁A₁₁；

A₂——后片结构的迎风面积，A₂＝φ₂A₁₂；

η ——两片相邻桁架前片对后片的挡风折减系数；它与第一片(前片)结构的充实率φ₁及两片桁架之间的间隔比a/h(见图2)有关，如表5所示

图2  并列结构的间隔比

表5　　　　　　　　　　　　　　　　　　桁架结构挡风折减系数η

φ₁

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

间隔比

a/h

1

0.84

0.70

0.57

0.40

0.25

0.15

2

0.87

0.75

0.62

0.49

0.33

0.20

3

0.90

0.78

0.64

0.53

0.40

0.28

4

0.92

0.81

0.65

0.56

0.44

0.34

5

0.94

0.83

0.67

0.58

0.50

0.41

6

0.96

0.85

0.68

0.60

0.54

0.46

注：其他结构的挡风折减系数可参照GB/T 3811—2008选取。

③ 对n片型式相同且彼此间隔相同的并列等高结构，在纵向风力作用下，应考虑多片结构的重叠挡风折减作用，结构的总迎风面积按下式决定：

　　　　　　　　　　　　　　　　　式(4)

式中　φ₁——前片(第一片)结构的充实率；

A₁₁——前片(第一片)结构的外形轮廓面积，m²

按式(4)算得的迎风面积A用式(1)计算结构的总风载荷时，因各片结构型式相同，只用其中一片结构的风力系数乘之即可

④ 物品的迎风面积。起重机吊运的物品的迎风面积应按其实际轮廓尺寸在垂直于风向平面上的投影来决定。物品的轮廓尺寸不明确时，允许采用近似方法加以估算