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001453

硕士工程硕士Cosmé Asseya

2017-07-23

确定单层建筑物的内部压力系数 cpi 按照 EN 1991-1-4

与雪荷载不同，风荷载是作用在世界上每个国家/地区的每种结构上的唯一气候荷载。风速取决于建筑物的地理位置。目前，这是进行区域划分（风区）和在官方标准中考虑海拔高度的主要原因之一。在一个没有面罩作用的场地，还应考虑动压力根据离地高度的变化。

风对结构的影响，在墙体上产生力，如果存在开口，力有时会进入建筑物。由于复杂的建筑结构和风荷载规范规定了风荷载的计算，所以这是结构工程师面临的主要挑战之一。

标准与应用范围

欧洲标准的统一使得 EC 1 成为许多欧洲国家的当前标准。欧洲规范 1 规定了高度小于 200 m 的建筑物的风作用规则和计算方法。 EN 1991-1-4 还规定了常见的烟囱、格构式塔架和桥梁（公路桥梁、吊车桥和人行道）的规范。与其他欧洲规范不同，每个国家/地区都有自己的 EC 1 国家附录。风荷载区域（地理地图）和其他系数。

压力系数 – 概述

建筑物的每面墙都有两个面（内部和外部）暴露在风中。减少或放大建筑物上的风压力，取决于风的大小，开口，以及在脸上的影响类型（超压或低压）。对于任何结构，我们建议同时考虑以下两个影响：外部压力和内部压力。

因为很多建筑都被认为是封闭式的，所以风的内部压力可以忽略不计。

内压系数 – C_pi

室内压力系数c_pi与建筑物洞口的大小和布局有关。在这里，我们讨论的是永久开口（例如缝隙、烟道等）。

如果在建筑物的至少两个面上（外墙或屋面），每个面上的洞口总面积占该面总面积的 30% 或更多，则按照 EC 1 中 7.3 和 7.4 中定义的规范（隔热屋面） ) 必须适用。

内部压力系数可以通过几个步骤确定（见图 01）。

确定cpi系数的流程图

实际案例：开放式工业机库

翘曲区域尺寸:

周长	:	20 m
宽度	:	10 m
总高度	:	5.5 m

洞口

门	:	3 m·3 m（4个开口）
		5 m · 3 m（1 个洞口）
窗口	:	2.5 m·1.5 m

工业建筑3D视图

确定每面开口面积的百分比

	面面积	开口面积	百分比
龙的平移0°	80 m ²	24.00 m ²	30％
旋转180°	80 m ²	18.00 m ²	23％
小齿轮-90°	47.5 m ²	9.00 m ²	19％
小齿轮 + 90°	47.5 m ²	3.75 m ²	7.9％
斜率0°	104.4 m ²	0.00 m ²	0％
180°倾斜	104.4 m ²	0.00 m ²	0％

检查开口面积时，没有一个面的开口面积超过 30%。因此，我们面临的是一栋没有主导面的建筑物。

计算宽度 e

e = \min (b; 2 h) = \min (10 m; 2 \cdot 5, 5 m) = 10 m

宽度e的计算

结论：当 e ≥ d（建筑物高度 d = 10 m）时，不存在 C 区。

垂直墙图例（EN 1991-1-4：2005，图7.5）

风荷载分区的显示

计算h/d

\frac{h}{d} = \frac{5, 5}{10} = 0, 55

计算 h/d

阅读区

0, 25 \leq \frac{h}{d} \leq 1

读取区

其中 c_pe为负。

矩形建筑群墙体外部压力系数建议值

开业报告

\begin{array}{l} μ = \frac{(\sum Öffnungsflächen, wo cpe negativ oder null ist)}{(\sum Öffnungsflächen)} \\ μ = \frac{(1, 5 \cdot 2, 5 3 \cdot (3 \cdot 3))}{(1, 5 \cdot 2, 5 5 \cdot 3 4 \cdot (3 \cdot 3))} = 0, 56 \end{array}

开幕报告

读数系数 c_pi

如果在每个扇形和洞口配置的相应曲线上读取

$\frac{h}{d} \leq 0, 25 oder \frac{h}{d} > 1, 0$

h/d 曲线的极限值

_cpi 。
如果

$0, 25 < \frac{h}{d} < 1$

h/d 曲线的极限值

c_pi是通过每种配置的两条曲线之间的线性插值获得的。

均匀分布孔洞内压系数曲线

确定 c_pi的插值法

\begin{array}{l} c_{pi} (\frac{h}{d}) = c_{pi} (0, 25) \frac{c_{pi} (1) - c_{pi} (0, 25)}{0, 75} \cdot (\frac{h}{d} - 0, 25) \\ c_{pi} (\frac{h}{d}) = 0, 11 \frac{0, 04 - 0, 11}{0, 75} \cdot (0, 55 - 0, 25) = 0, 082 \end{array}

计算 c_pi的插值法

对于拥有主导面的建筑物，指的是具有一个正面的建筑物，该截面的面积是其他所有面的面积的两倍：

c_pi = 0.75 ⋅ c_pe如果主导面的孔洞面积是其他孔洞面积的两倍
c_pi = 0.9 ⋅ c_pe如果主导面的孔洞面积是其他孔洞面积的三倍

在大多数情况下（对于普通建筑物），如果不知道洞口的精确分布，标准建议使用极值 c_pi = +0.2（超压）和 c_pi = 0.3（负压）。

RFEM中考虑内压系数

在RFEM的风荷载生成器中可以在确定内部压力系数后输入。然后将在自动创建荷载时考虑这些数据。

在RFEM中的风荷载生成器中输入内部压力系数

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知识库 001453 | 确定内压系数 (cpi)

作者

Cosme Asseya 是 Dlubal 软件法国巴黎分公司的CEO。他负责协调法语国家/地区的销售、市场营销和技术支持活动。

链接

参考

EN 1991-1-4: Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 1-4: Allgemeine Einwirkungen - Windlasten. Beuth Verlag GmbH, Berlin, 2010.

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