編者按： 近來，偶有某地室外LED屏傾翻傷人事故、某地臨時搭建舞臺坍塌事故等發(fā)生，其原因復(fù)雜不能詳究，但有極大的可能性是與設(shè)備或裝置設(shè)計計算時風(fēng)壓的取值偏低有直接關(guān)系。
因此，分析現(xiàn)行風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)GB50009-2012《建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范》在本行業(yè)使用中存在的問題，針對關(guān)鍵環(huán)節(jié)做適當(dāng)?shù)男拚?，解決原計算在本行業(yè)應(yīng)用時存在的不足（建筑領(lǐng)
廣東深圳專業(yè)醫(yī)用儀器器械工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計醫(yī)療器械設(shè)備的現(xiàn)代化管理思路域應(yīng)用了許久，雖有個別改動，但因為有一套較為完備的計算系統(tǒng)，該標(biāo)準(zhǔn)仍在使用），是作為設(shè)計人員所面臨的任務(wù)。
本文提出了對確定風(fēng)速的關(guān)鍵因數(shù)時距的修正，進而對基本風(fēng)壓值進行修正，希望能對風(fēng)壓計算時基本風(fēng)壓值明顯偏?。ㄅc國外相比）的問題有所改善。
[摘要]從風(fēng)壓計算出發(fā)，探討并推薦露天安裝演藝和游樂設(shè)備設(shè)計中，關(guān)q-0K速、風(fēng)壓和風(fēng)載荷的計算方法。
[關(guān)鍵詞]演藝設(shè)備；游樂設(shè)備；0K/k；風(fēng)速；風(fēng)載荷
文章編號：10.3969/j.issn.1674―8239.2016.04.007
近年來，上演實景演出的大型室外劇場發(fā)展迅速，如湖南的“中國出了個毛澤東”室外劇場、聞名全國的“印象”系列、很多旅游景點建設(shè)的依山傍水的親民劇場等。
據(jù)不完全統(tǒng)計，中國目前有大型實景室外劇場近百個。
演唱會、大型活動的開閉幕式演出等大規(guī)模的戶外露天演出活動也頻繁舉行，設(shè)置與安裝多種多樣的臨時或永久的演出設(shè)備方興未艾。
另外，中國大型游樂園（以上海迪斯尼樂園為代表）的建設(shè)已經(jīng)開始，可以預(yù)計，在不久的將來會形成游樂園的建設(shè)高潮，數(shù)量眾多的露天移動或固定安裝的游樂設(shè)備是游樂園里最能吸引游客的亮點。
這些公共場所群眾聚集的活動，除了在總體策劃上必須考慮的各
廣東深圳專業(yè)醫(yī)療儀器產(chǎn)品外觀工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計基于GSM網(wǎng)絡(luò)的醫(yī)療監(jiān)護系統(tǒng)設(shè)計種安全問題（風(fēng)險分析、防范措施、應(yīng)急預(yù)案、防火、防爆、防恐、疏散等），設(shè)備自身的安全也是必須考慮的重點。
露天安裝設(shè)備與室內(nèi)設(shè)備的最大區(qū)別是設(shè)備必須承受風(fēng)荷載，無論是正規(guī)安裝的，還是臨時搭建的、移動或固定的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計和安裝設(shè)計必須滿足安裝地域最大風(fēng)速和風(fēng)壓的要求，才能確保設(shè)備投入使用時在工作狀態(tài)風(fēng)壓和非工作狀態(tài)風(fēng)壓作用下的安全性能。
近來媒體報道的某地LED屏倒塌傷人事故，也許與露天安裝設(shè)備設(shè)計時對風(fēng)載荷的考慮不周有關(guān)。
本文從風(fēng)壓計算出發(fā)，探討并推薦露天安裝演藝、游樂設(shè)備設(shè)計中關(guān)于風(fēng)速、風(fēng)壓和風(fēng)載荷的計算方法。
1.基本概念
1.1風(fēng)壓
由于物體的阻擋，使物體四周的空氣流動受阻，物體正面氣流的動壓下降、靜壓升高，物體的側(cè)面和背面產(chǎn)生局部渦流，靜壓下降。
和遠處的氣流相比，這種正面靜壓的升高和背面靜壓的降低統(tǒng)稱為風(fēng)壓。
風(fēng)壓就是垂直于氣流方向的物體投影平面所受到的風(fēng)的正壓力。
1.2風(fēng)壓計算
根據(jù)流體運動的伯努利方程，可得出的風(fēng)速和風(fēng)壓的關(guān)系，風(fēng)的動壓為：
?。ü?）為用風(fēng)速計算風(fēng)壓的簡便通用公式。
應(yīng)當(dāng)指出的是，空氣重度和重力加速度隨緯度和海拔高度而變。
一般來說，r/g在高原上要比在平原地區(qū)小。
也就是說，同樣的風(fēng)速在相同的溫度下，其產(chǎn)生的風(fēng)壓在高原上比在平原地區(qū)小。
廣東深圳專業(yè)普朗生化分析儀產(chǎn)品設(shè)計公司折疊式集裝箱研發(fā)綜述 如果將風(fēng)壓p的單位由kN/m2換成N/m2，可得：
1.3基本風(fēng)壓
我國建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的基本風(fēng)壓p。
（標(biāo)準(zhǔn)中使用的風(fēng)壓用符號wn表示），是以空曠平坦地面、離地面10m高度、風(fēng)速時距為10min的平均最大風(fēng)速計算得出的風(fēng)壓，建筑設(shè)計按結(jié)構(gòu)類別考慮平均最大風(fēng)速的重現(xiàn)期（一般結(jié)構(gòu)重現(xiàn)期為30年，高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)為50年，特別重要的結(jié)構(gòu)為100年），由此統(tǒng)計得出最大風(fēng)速v。
在室外演藝和游樂設(shè)備設(shè)計中，推薦采用重現(xiàn)期為50年的基本風(fēng)壓進行結(jié)構(gòu)、零件和穩(wěn)定性計算。
基本風(fēng)壓因地而異，在中國的分布情況是：臺灣和海南島等沿海島嶼、東南沿海是最大風(fēng)壓區(qū)，主要由臺風(fēng)造成。
東北、華北、西北的北部是風(fēng)壓次大區(qū)，主要與強冷氣活動相聯(lián)系。
青藏高原為風(fēng)壓較大區(qū)，主要由海拔高度較高所造成。
其他內(nèi)陸地區(qū)風(fēng)壓都較小。
《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄D.4中附表D.4給出了國內(nèi)各地區(qū)50年一遇的基本風(fēng)壓，露天安裝演藝和游樂設(shè)備設(shè)計時，可根據(jù)所在地域選取并按本文推薦系數(shù)轉(zhuǎn)換后采用。
1.4風(fēng)載荷
風(fēng)載荷（在建筑行業(yè)稱為風(fēng)荷載）也稱風(fēng)的動壓力，是空氣流動對建筑物的工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力。
風(fēng)載荷的大小與基本風(fēng)壓、地形、地面粗糙度、距離地面高度，以及建筑體型等諸因素有關(guān)。
由于沒有專門針對設(shè)備結(jié)構(gòu)計算使用的風(fēng)載荷（設(shè)備專業(yè)把結(jié)構(gòu)及零件所受的力統(tǒng)稱為載荷）研究成果，露天安裝演藝和游樂設(shè)備的風(fēng)載荷計算推薦按照GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》的有關(guān)風(fēng)載荷計算的程序和方法（其主要內(nèi)容也是參照建筑行業(yè)的規(guī)定而來，只不過計算公式改換了形式、具體重要數(shù)值按機械行業(yè)需要進行調(diào)整）進行，但某些重要數(shù)據(jù)需按本文推薦的系數(shù)進行轉(zhuǎn)換。
1.5風(fēng)速與時距
風(fēng)速隨時間不斷變化（見圖1），在一定的時間間隔△吶，風(fēng)速可分解為兩部分：平均風(fēng)速的穩(wěn)定部分和風(fēng)速的脈動部分。
為了對變化的風(fēng)速確定其代表值作為基本風(fēng)壓，一般用規(guī)定時距內(nèi)風(fēng)速的穩(wěn)定部分作為取值標(biāo)準(zhǔn)。
為確定最大平均風(fēng)速而規(guī)定的時間間隔（圖1中的△f）稱為時距。
規(guī)定的時距愈小，所得的最大平均風(fēng)速就愈大，計算所得基本風(fēng)壓也愈大。
時距過大會漏掉很多瞬時風(fēng)速，使計算風(fēng)壓值偏低，時距的選取對風(fēng)壓值的計算結(jié)果影響很大。
1.6風(fēng)力等級
風(fēng)力是指風(fēng)吹到物體上所表現(xiàn)出的力量的大小。
英國人蒲福平（Beaufort scale）于1805年根據(jù)風(fēng)對地面或海面物體的影響程度，擬定了風(fēng)力等級，從O到12共13級。
最小是O級，最大為12級。
陸地上出現(xiàn)的風(fēng)力一般多在O～9級之間，10～12級的風(fēng)力陸上很少見，有則拔樹、摧毀建筑物，破壞力極大。
19世紀末發(fā)明了風(fēng)速儀，風(fēng)力等級開始用風(fēng)速精確的表達，20世紀50年代，風(fēng)速儀測出的自然界風(fēng)速遠遠超過12級，遂逐漸把風(fēng)力等級擴展到17級，但是已經(jīng)無法再用地面或海面情形具體加以描述了（見表1）。
一般認為，風(fēng)速超過61.2m/s就屬于特大臺風(fēng)，如有記錄的30多年前瓊海臺風(fēng)，中心附近最大風(fēng)力為73m/s，已超過17級的最高標(biāo)準(zhǔn)。
國際航海界把特大臺風(fēng)稱為風(fēng)力18級。
目前，風(fēng)速儀測出的風(fēng)速已經(jīng)遠遠超過17級（如有些龍卷風(fēng)的風(fēng)速），達到100m/s～200m/s，其破壞力驚人。
2.關(guān)于時距取值
各國計算風(fēng)載荷的出發(fā)點不同，確定風(fēng)速時所采用的時距也不一致。
例如，中國和日本取10min，俄國取2min，英國根據(jù)建筑物或構(gòu)件的尺寸不同，分別取3s、5s和1
廣東深圳專業(yè)醫(yī)用器械外觀工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計淺談產(chǎn)品設(shè)計中的思維創(chuàng)意5s，美國取3s，為瞬時最大風(fēng)速，即峰值脈動風(fēng)速。
因此，各國基本風(fēng)壓值的標(biāo)準(zhǔn)也有差別。
中國規(guī)范計算風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值的出發(fā)點是基本風(fēng)壓，并在GB20009-2012《建筑結(jié)構(gòu)載荷》中給出了全國各城市的風(fēng)壓值（見該標(biāo)準(zhǔn)附錄E.5）和全國基本風(fēng)壓分布圖（見該標(biāo)準(zhǔn)附錄E.6.3），供設(shè)計計算時選用。
在GB20009-2012《建筑結(jié)構(gòu)載荷》中特別指出：“全國各城市的基本風(fēng)壓值應(yīng)按本規(guī)范附錄E中表E.5重現(xiàn)期R為50年的值采用。
當(dāng)城市或建設(shè)地點的基本風(fēng)壓值在本規(guī)范表E.5沒有給出時，基本風(fēng)壓值應(yīng)按本規(guī)范附錄E規(guī)定的方法，根據(jù)基本風(fēng)壓定義和當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速資料，通過統(tǒng)計分析確定，分析時應(yīng)考慮樣本數(shù)量的影響。
當(dāng)?shù)貨]有風(fēng)速資料時，可根據(jù)附近地區(qū)的基
廣東深圳專業(yè)G形臂產(chǎn)品設(shè)計公司滬港醫(yī)療:“國際醫(yī)療旅游”呼之欲出本風(fēng)壓或長期資料，通過氣象和地形條件的對比分析確定；也可以比照本規(guī)范附錄E中附圖E.6.3全國風(fēng)壓分布圖近似確定”。
中國的規(guī)范較為穩(wěn)定，從1987年版到2012年版，雖然在具體條文上和具體數(shù)據(jù)有局部調(diào)整（如對風(fēng)載荷體型系數(shù)、山峰地形修正系數(shù)、風(fēng)振系數(shù)計算方法等進行調(diào)整和補充），但是基本風(fēng)壓的計算一直沿用了相同的計算方法。
美國和日本的規(guī)范計算風(fēng)載荷標(biāo)準(zhǔn)值的出發(fā)點是基本風(fēng)速，也給出了相應(yīng)的基本風(fēng)速區(qū)劃圖，供設(shè)計計算時選用。
美國的規(guī)范改動較為頻繁，與以前標(biāo)準(zhǔn)相比，近期（2005版）較大的改動是：對于基本風(fēng)壓的確定由以往的最大里程風(fēng)速值改為現(xiàn)在的3s時距的平均值，即采用峰值脈動風(fēng)速。
并據(jù)此進行慨率分析、確定風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)值和其他相關(guān)參數(shù)，對颶風(fēng)影響區(qū)的基本風(fēng)速也做了相應(yīng)調(diào)整。
中國、美國、日本三國對基本風(fēng)速的確定方法，主要差別在于風(fēng)速統(tǒng)計時距和重現(xiàn)期的取值（見表2）。
顯然，由于風(fēng)速統(tǒng)計時距和重現(xiàn)期的不同，美國、日本兩國規(guī)范所定義的基本風(fēng)速大于中國，風(fēng)壓值也大于中國。
以上資料可以看出，時距對風(fēng)速和風(fēng)壓的影響是緊密和直接的。
一般鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計時，安全系數(shù)都不會大于2，在時距10min的平均風(fēng)速和風(fēng)壓下可能沒有問題，但是在瞬時風(fēng)的作用下就可能出現(xiàn)破壞，因為此時風(fēng)壓增大超過了2倍。
我國風(fēng)載荷的取值方法，恰恰忽略了瞬時風(fēng)的巨大破壞作用。
3.露天安裝
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露天安裝演藝和游樂設(shè)備的風(fēng)壓計算，推薦參照GB/T3 811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》的程序與方法進行。
計算的原則是：假定風(fēng)載荷是沿設(shè)備最不利的水平方向作用的靜力載荷。
3.1計算風(fēng)壓
計算風(fēng)壓與陣風(fēng)風(fēng)速有關(guān)，按下式計算：
計算風(fēng)速為空曠地區(qū)離地10m高度處的陣風(fēng)風(fēng)速，即3 s時距的平均瞬時風(fēng)速。
工作狀態(tài)時取10min時距平均風(fēng)速的1.5倍，非工作狀態(tài)時取10 min時距平均風(fēng)速的1.4倍。
計算風(fēng)壓p、3s時距平均瞬時風(fēng)速v10 min時距平均風(fēng)速vp與相當(dāng)風(fēng)力等級的對應(yīng)關(guān)系見表3。
3.2露天安裝的演藝、游樂設(shè)備的風(fēng)載荷
露天安裝的演藝、游樂設(shè)備的風(fēng)載荷分為工作狀態(tài)風(fēng)載荷和非工作狀態(tài)風(fēng)載荷兩種情況。
3.2.1工作狀態(tài)風(fēng)載荷
工作狀態(tài)風(fēng)載荷是指設(shè)備在工作狀態(tài)下能承受的最大風(fēng)力或最大風(fēng)壓，計算時將工作狀態(tài)風(fēng)壓沿設(shè)備全高取為定值，不考慮高度變化對風(fēng)壓值的影響。
為限制工作風(fēng)速不超過極限值所采用的風(fēng)速測量裝置，通常安裝在設(shè)備的最高處。
工作狀態(tài)的計算風(fēng)壓是設(shè)備工作狀態(tài)時的最大風(fēng)壓，用于阻力計算、電動機功率選擇、機構(gòu)零部件和金屬結(jié)構(gòu)的強度剛度計算、過載能力驗算、整機穩(wěn)定性和防滑驗算等。
風(fēng)力系數(shù)
廣東深圳專業(yè)普利德生化分析儀產(chǎn)品設(shè)計公司裝備產(chǎn)品設(shè)計過程質(zhì)量控制c直接采用GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)風(fēng)力系數(shù)c的論述，見標(biāo)準(zhǔn)4.2.2.3.5風(fēng)力系數(shù)。
多片桁架結(jié)構(gòu)風(fēng)力系數(shù)計算中的擋風(fēng)折減系數(shù)r7的計算，見標(biāo)準(zhǔn)4.2.2.3.6擋風(fēng)折減系數(shù)。
露天安裝的演藝、游樂設(shè)備，安全工作的最大風(fēng)力為5級，工作狀態(tài)的計算風(fēng)速和計算風(fēng)壓見表4。
3.2.2非工作狀態(tài)風(fēng)載荷
非工作狀態(tài)風(fēng)載荷是指設(shè)備在非工作狀態(tài)下能承受的最大風(fēng)力作用，即最大風(fēng)壓。
計算非工作狀態(tài)風(fēng)載荷時，要計及設(shè)備受風(fēng)部位離地高度的影響，用風(fēng)壓高度變化系數(shù)對計算風(fēng)壓進行修正。
非工作狀態(tài)風(fēng)載荷與設(shè)備自重載荷進行組合，用于驗算非工作狀態(tài)下設(shè)備零部件即金屬結(jié)構(gòu)的強度、整機抗傾覆穩(wěn)定性和抗風(fēng)錨定裝置的設(shè)計計算。
風(fēng)力系數(shù)c，直接采用GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》中有關(guān)風(fēng)力系數(shù)c的論述，見標(biāo)準(zhǔn)4.2.2.3.5風(fēng)力系數(shù)。
多片桁架結(jié)構(gòu)風(fēng)力系數(shù)計算中的擋風(fēng)折減系數(shù)n的計算，見標(biāo)準(zhǔn)4.2.2.3.6擋風(fēng)折減系數(shù)。
計算非工作狀態(tài)載荷時，可沿高度將設(shè)備劃分為10m的等風(fēng)壓段，以各段中點高度的高度影響變化系數(shù)Kh（表5中所列數(shù)值）乘以計算風(fēng)壓，也可取結(jié)構(gòu)頂部的計算風(fēng)壓作為設(shè)備全高的定值風(fēng)壓。
內(nèi)陸華北、華中和華南地區(qū)取小值，西北、西南、東北和長江下游等地區(qū)取大值。
沿海以上海為界，上?？扇?00N/m2，上海以北取小值，上海以南取大值。
在特定情況下，按用戶要求可根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供的離地10 m高處，50年一遇，10min時距，年平均最大風(fēng)速，換算成3s時距的平均瞬時風(fēng)速（一般不超過50m/s）和計算風(fēng)壓pΠ。
若用戶還要求此計算風(fēng)速超過50m/s時，則應(yīng)進行特殊設(shè)計。
沿海地區(qū)、臺灣和南海諸島，用于抗風(fēng)防滑裝置和錨定裝置設(shè)計時，所采用的計算風(fēng)速不應(yīng)小于55m/s，詳見表6。
4.露天安裝的演藝、游樂設(shè)備風(fēng)載荷計算時的注意事項 風(fēng)壓的大小與風(fēng)速的大小有直接的關(guān)系，因為風(fēng)速采用的是某一時段內(nèi)的平均風(fēng)速。
與其他影響因素相比，時距的選擇對設(shè)計風(fēng)速大小影響最直接、也最大。
不同重現(xiàn)期對設(shè)計風(fēng)速也有影響，但不如時距的影響大。
由于時距的選取對風(fēng)速、風(fēng)壓的大小有直接影響，露天安裝演藝、游樂設(shè)備進行風(fēng)載荷計算時，筆者推薦按以下基本條件與數(shù)據(jù)進行選取：
?。?）基本風(fēng)速為空曠地區(qū)離地10m高度處的、重現(xiàn)期為50年的最大陣風(fēng)瞬時風(fēng)速，即3s時距的峰值脈動風(fēng)速。
?。?）與（1）條件相同，當(dāng)按10min時距平均風(fēng)速選取基本風(fēng)速時，計算風(fēng)速應(yīng)為10min時距平均風(fēng)速的1.5倍。
?。?）當(dāng)直接按GB20009-2012《建筑結(jié)構(gòu)載荷》中給出了全國各城市的風(fēng)壓值（附錄E.5）和全國基本風(fēng)壓分布圖（F.6.3）選取風(fēng)壓時，計算風(fēng)壓為選取風(fēng)壓的2.25倍。
?。?）露天安裝游樂和演藝設(shè)備允許的最大工作風(fēng)級為5級，應(yīng)按10 min時距5級風(fēng)速換算為3 s時距的峰值脈動風(fēng)速計算風(fēng)壓。
參照起重機設(shè)計規(guī)范的規(guī)定：非工作狀態(tài)風(fēng)速按10 min時距當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)速的1.4倍計取，即3s時距的峰值脈動風(fēng)速。
仍為空曠地區(qū)離地10m高度處的、重現(xiàn)期為50年的最大陣風(fēng)瞬時風(fēng)速。
（5）非工作狀態(tài)的計算風(fēng)壓，直接引用GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》的數(shù)據(jù)表，按地區(qū)（內(nèi)陸、沿海、臺灣及南海諸島）選取。
如此推薦的理由如下：
?。?）西方主要技術(shù)發(fā)達國家（如英國、美國）都采用3s時距，日本雖然采用10min時距，但是使用的重現(xiàn)期卻是100年。
?。?）我國起重機行業(yè)在進行風(fēng)壓計算時，已經(jīng)采用3s時距的瞬時風(fēng)速，詳見GB/T3811-2008《起重機設(shè)計規(guī)范》有關(guān)章節(jié)。
?。?）我國對外交往日益增多，引進和出口這類設(shè)備的機會大增，在了解和學(xué)習(xí)國外設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的同時，在風(fēng)載荷計算領(lǐng)域必須采用最嚴格的參數(shù)，以應(yīng)對世界各地尤其是沿海地區(qū)國家的嚴苛條件。
?。?）我國援外工程的多個領(lǐng)域（如港口建設(shè)），根據(jù)受援國關(guān)于時距的規(guī)定，已經(jīng)不用10min時距，而采用2 min時距，這是為了適應(yīng)當(dāng)事國的設(shè)計規(guī)范，說明我國當(dāng)前設(shè)計規(guī)范規(guī)定的10 min時距已經(jīng)不能適應(yīng)援外要求，今后類似的情況或更加苛刻的情況遇見的機會可能更多。
演藝和游樂行業(yè)需提前改變，提前提出應(yīng)對辦法。
為了方便設(shè)計人員查閱使用，現(xiàn)將現(xiàn)存的研究成果列出，供設(shè)計人員參照：
☆不同時距基本風(fēng)速間的換算關(guān)系：V3S：V10min=1.45～1.50：1.0；
☆不同重現(xiàn)期（即慨率保證期）基本風(fēng)速間的換算關(guān)系：V100：V50=1.05：1.0；
☆不同時距風(fēng)速與10min時距風(fēng)速的比值見表7。
有理由相信，只要從設(shè)計方面做好遵守規(guī)范、合理選取設(shè)計參數(shù)、認真選擇設(shè)備結(jié)構(gòu)、精心計算和設(shè)計，露天安裝演藝、游樂設(shè)備在大風(fēng)惡劣氣象條件下發(fā)生的傾翻、坍塌事故就能夠杜絕。
