交通标志牌风荷载的计算分析比较

1.420
④
JTG/T D60-01—2004《公路桥梁抗风设计规范》 1.088
⑤
3.2 数据分析 从表 3 可以看出，在同等的前提条件下，依据
各规范或手册所计算出的单位风荷载数值是不同 的。其中数据①⑤较为接近，而数据②③④要比前 面 2 个数据更大一些。
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王春：交通标志牌风荷载的计算分析比较
第 2 期（总第 178 期） 2015 年 4 月
CHINA MUNICIPAL ENGINEERING
DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2015.02.026
No.2 (Serial No.178) Apr. 2015
交通标志牌风荷载的计算分析比较
王春
（上海市城市建设设计研究总院，上海 200125）
各规范计算结果汇总见表 3。
表 3 各规范计算结果汇总表
依据规范
单位风荷 / 数据 kN·m-2 编号
JTG D82—2009《公路交通标志和标线设置手册》 0.927
①
GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》
1.336
②
CECS 148:2003《户外广告设施钢结构技术规程》 1.224
③
JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》
JTG/T D60-01—2004《公路桥梁抗风设计规范》
基本风速或风压 30 m/s 或 0.55 kN/m2 0.55 kN/m2 31.3 m/s
GB 5768—2009《 道 路 交 通 标 志 和 标 线 》 及
JTG D82—2009《公路交通标志和标线设置手册》
对标志结构设计基本风速描述如下 ：应采用当地空
Sk=wkγQi = 0.954×1.4=1.336 kN/m2。 2.3 CECS 148:2003《户外广告设施钢结构技术
规程》 根据 4.2.1，施加在户外广告牌上高度 z 处的 单位面积风荷载标准值 wk 应按下式计算 ：
（3）
式中 ：βz 为户外广告牌高度 10 m 处的风振系数
；μs 为查表
10 m 高度标志牌 ：
，
则相应的
=0.927 kN/m2 同样，根据规范计算立柱（横梁）所受的单位 面积风载 ：
ρx 为脉动风荷载水平方向相关系数，
ρz 为脉动风荷载竖直方向相关系数，
=0.618 kN/m2 式中 ：Wp 为立柱（横梁）的迎风面宽度 ；Hpo 为立 柱（横梁）的迎风面高度 ；取 WpHpo=1，其他符号 意义同标志牌计算公式（1）。 2.2 GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》
表1风速风压选取表规范基本风速或风压jtgd822009公路交通标志和标线设置手册30ms或jtgd602004公路桥涵设计通用规范o55knmgb500092012建筑结构荷载规范055knmjtgtd600120o4公路桥梁抗风设计规范313msgb57682009道路交通标志和标线及jtgd822009公路交通标志和标线设置手册对标志结构设计基本风速描述如下
JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》 JTG/T D60-01—2004《公路桥梁抗风设计规范》
分项系数 1.4 1.4 1.4 1.1 1.1
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王春：交通标志牌风荷载的计算分析比较
2015 年第 2 期
因各规范对基本风荷载的计算公式不尽相同， 为谨慎起见，仍按各自的分项系数进行荷载组合。 1.2.4 其他假定
，
（1）
式中 ：Fwb 为标志板所受的风载，kN ；γ0 为结构 重要性系数，取 1.0 ；γq 为可变荷载（主要为风 载 ） 分 项 系 数， 取 1.4 ；ρ 为 空 气 密 度， 一 般 取 1.225 8 N·s2·m-4；C 为风力系数，标志板 C 为 1.2， 圆管形立柱 C=0.8 ；V 为基本风速，离地 10 m 高， 50 a 一遇 10 min 平均最大风速值上海地区 30 m/s ； n 为标志板数量，取 n=1 ；Wbi 为第 i 块标志板的宽 度，m，取 1；Hbi 为第 i 块标志板的高度，m，取 1。
标志牌 ：
式中 ：ξ1 为结构阻尼比，对钢结构可取 0.01 ；f1 为 结构第 1 阶自振频率，Hz，为结构基本自振周期 T1 的倒数，查附录 F，一般高耸结构（钢结构）的基 本自振周期为 T1=0.013H ；H 为结构总高度，m，对 于 10 m 标志牌，取 H=10 m ；kw 为地面粗糙度修正 系数，对 A 类、B 类、C 类和 D 类地面粗糙度分别 取 1.28、1.0、0.54 和 0.26，现按 D 类取 kw=0.26。
（5） 式中 ：Fh 为作用在主梁单位长度上的静阵风荷载， N·m-1 ；ρ 为空气密度，kg·m-3，取 1.25 ；Vg 为静 阵风风速，m·s-1，Vg=GvVz ，Vz=K1V10，V10 为基本 风速，m·s-1，查附录 A 表，得 V10 =31.3 m/s，Gv 为 静阵风系数，按表 4.2.1，D 类地表，水平加载长度 取 500 m（接近于一般的高架直线长度），Gv =1.41 ； CH 为主梁的阻力系数，查表 4.4.2，t/b ≤ 1/4，高宽 比 =1，取 CH =1.3；An 为桥梁各构件顺风向投影面积， m2，计算单位风荷载时取 An =1。
摘要：以上海地区为例，参照不同规范对交通标志牌的基本风荷载取值进行对比分析，同时结合一些常用标志杆
件对数值的正确性和适应性进行验证。分析的过程及结果可以为类似的工程算例提供参考。
关键词：交通标志牌；风速；风振系数；高度修正系数
中图分类号：U491.52
文献标志码：A
文章编号：1004-4655（2015）02-0080-04
根据 8.1.1，垂直于建筑物表面上的风荷载标 准值，按主要受力结构计算公式为
（2） 式 中 ：βz 为 高 度 z 处 的 风 振 系 数， 仅 考 虑 结 构 第 一 振 型 的 影 响， 高 度 z 处 的 风 振 系 数 按
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再进行荷载基本组合，可变荷载分项系数 1.4， 则标牌结构单位面积水平荷载组合效应设计值为
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单位风荷载取值越大，设计出的标志牌支撑结 构（立柱与横梁）的尺寸相应越大。同时，设计 时需考虑台风等自然灾害的影响。随着全球气候变 化，台风呈现高频率、高强度的特点 [1]。因此，有 必要选择一个合理的单位风荷载。
数据①所依据的 JTG D82—2009《公路交通标 志和标线设置手册》适用于各级公路交通标志和标 线设置领域。在风荷载计算公式中，考虑结构重 要性系数 γ0 和可变荷载（主要为风载）分项系数 γq 的同时，还考虑标志板和杆件的风力系数，考 虑标志牌多种受力情况，更加适应市政道路工程， 且数值最小，经济性最好。
数。按表 4.3.7-3 中 D 类地表 10 m 高度取 k2 =0.79。
kN/m2 kN/m2 根据 4.1.6 条，作用效应组合中基本组合的风
荷载分项系数 γQj=1.1。 所受风荷载作用效应的设计值为 kN/m2
2.5 JTG/T D60-01—2004《公路桥梁抗风设计规范》
本规范主要适用于斜拉桥、悬索桥及其他桥型 结构的抗风设计，本处仅作对比参考。横向静阵风 荷载公式
数据②所依据的 GB 50009—2012《建筑结构 荷载规范》适用于建筑工程的结构设计，安全系数 偏大。在风荷载计算中，考虑风压高度变化系数、 风荷载体型系数以及风振影响，荷载组合中可变荷 载的分项系数为 1.4。将标志牌杆件归类为一般竖 向悬臂型结构，仅考虑结构第一振型的影响，计算 值为数据②。如将标志牌按围护结构考虑阵风系 数，选取 D 类地面粗糙度的阵风系数 βgz=2.4，计 算所得的单位风荷载设计值为 1.224 kN/m2，相比 较其他规范数据较大。
1 概述 交通标志牌结构广泛分布于道路、桥梁及其他
构筑物上，主要有单柱式、悬臂式和门架式等类型。 随着我国道路建设的飞速发展，标志牌结构数量及 种类也越来越多，要求的使用寿命也越来越长。
在设计中，单位风荷载取值直接影响标志牌结 构的选型、结构稳定及建造成本。然而现行规范对 风荷载定义及计算公式不尽相同，在同等条件下所 得的计算结果区别较大。本文以上海地面标志牌为 例，分别选取 5 本相关的国家规范或手册作为计算 依据，通过比较分析和实际验证，选定合理的规范 和单位风荷载作为设计参考。 1.1 主要参考规范或手册
旷平坦地面上离地 10 m 高，重现期为 50 a10 min
平均最大风速，并不得＜ 22 m/s。
JTG D82—2009《公路交通标志和标线设置手
册》还规定，当无风速纪录时，可查阅 JTG D60—
2004《公路桥涵设计通用规范》的附录 A《全国
基本风速图及全国各气象站基本风速和基本风压
值》。
1.2.2 地面粗糙度
1）JTG D82—2009《公路交通标志和标线设 置手册》
2）GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》 3）CECS 148:2003《户外广告设施钢结构技术 规程》 4）JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》 5）JTG/T D60-01—2004《公路桥梁抗风设计 规范》 1.2 基本假定 由于各规范在风速、地面粗糙度、分项系数等 参数选择上存在差异，为便于统一比较，以上海地
4.2.4 广告牌面板得 μs =1.3 ；μz 为高度 10 m，地 面粗糙度为 D 类，查表 7.2.1 得 μ10 =0.62 ；w0 为 基本风压，按 GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》 的规定上海地区采用 0.55 kN/m2。
则 再进行荷载基本组合，可变荷载分项系数 1.4，
则标牌结构单位面积水平荷载组合效应设计值为 Sk=wkγQi =1.224 kN/m2。 2.4 JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》
风荷载标准值可按下列规定计算 ： （4）
式 中 ：k0 为 设 计 风 速 重 现 期 换 算 系 数， 按 特 大 桥、大桥类别取 k0 =1.0 ；k1 为风载阻力系数，按 P31 桥面系构造取 k1 =1.3 ；k3 为地形、地理条件系 数，按表 4.3.7-1 一般地区取 k3 =1.0 ；Awh 为横向 迎风面积，暂按单位面积 1 m2 考虑，即 Awh =1.0 ；
Wd 为设计基准风压，
，其中，γ 为空气
重 力 密 度，γ =0.012 017e-0.000 1z，10 mγ =
0.012 005 kN/m3, Vd 为高度 Z 处的设计基本风速， Vd=k2k5V10，V10=0.79×1.7×30=40.29 m/s，k2 为 考 虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系
为便于计算，上海地区的地面粗糙度统一选定
为 D 类。
1.2.3 可变荷载分项系数
可变荷载分项系数汇总表见表 2。
表 2 可变荷载分项系数汇总表
规范 JTG D82—2009《公路交通标志和标线设置手册》
GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》 CECS 148:2003《户外广告设施钢结构技术规程》
收稿日期：2014-12-17 作者简介：王春（1975—），男，工程师，硕士，主要从事 建筑工程项目管理工作。
区为例，作出以下基本假定。 1.2.1 基本风速
风速风压选取表见表 1。
表 1 风速风压选取表
规范 JTG D82—2009《公路通标志和标线设置手册》JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》 GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》
基本风荷载计算时，假定道路交通标志杆采用 Q235 圆钢管，标志板离地高度为 10 m，板面宽度 为 5 m。 2 标志牌单位风荷载计算 2.1 JTG D82—2009《公路交通标志和标线设置
手册》 标志牌计算公式为
计 算， 其 中，g 为 峰 值 因 子， 可取 2.5，I10 为 10 m 高度名义湍流强度，对应 D 类 地 面 粗 糙 度， 取 I10=0.39，Bz 为 脉 动 风 荷 载 的 背景分量因子，R 为脉动风荷载的共振分量因子 ； μs 为风荷载体型系数，查表 8.3.1 第 32 项次、第 34 项 次 得 μs=1.3 ；μz 为 地 面 粗 糙 度， 为 D 类， 查表 8.2.1 得高度 10 m 和 30 m，μz 均为 0.51 ；w0 为基本风压，上海地区为 0.55 kN/m2。
10 m 高标志牌 Vg=GVK1V10=1.41×0.79×31.3= 34.87 m/s。
标志牌风荷载标准值为
= 0.989 kN 作用效应组合中基本组合的风荷载分项系数 γQj=1.1，则标志牌所受风荷载作用效应的设计值 为 Fwh×γQj=0.989×1.1=1.088 kN/m2。 3 计算结果及分析 3.1 各规范计算结果汇总