千年一遇?台风这是要成精了!(中篇)

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来源:小树洞谈光伏支架 作者:John Smart

引言

前一期小树洞介绍了重现期这个概念,也解释了千年一遇台风的含义。就在上周,飓风Micheal在美国Panama City登陆,登陆前1min最大风速达到了可怕的155mph(69.3m/s),重现期达到千年一遇,这到底是怎么计算出来的呢,请看小树洞下面的详细解释。

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??飓风Micheal的形成轨迹

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??飓风Micheal登陆海滩前后对比


ASCE 7-05用重要性系数来转换MRI 50的风速

美标ASCE 7-05(以下称7-05)为2005年时发布的荷载规范,只有一张50年一遇的风区图,使用I到IV四种重要性系数,分别转换成25年,50年,100年一遇的风速。

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??四种重要性系数

那么是如何用一个重要性系数来转换不同重现期的呢?这里引进一个公式(Peterka and Shahid. 1998):

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这里V_50指的是某地50年一遇的风速,V_T指的是需要计算的重现期为T年的风速。

举个例子,假如我们需要求25年一遇风速与50年一遇风速的比值:

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由上可知,25年一遇风速为50年一遇风速的0.93倍。根据伯努利定理,风压正比于风速的平方,所以我们可以得到25年一遇的风压约为50年一遇风压的0.93^2=0.87倍。相应的,100年一遇为50年一遇风压的1.15倍。

而这里计算得到的0.87和1.15,正是7-05里面的重要性系数大小。

ASCE 7-10在ASCE 7-05基础上的重现期转换

美标在2010年时重新编制了一版荷载规范,ASCE 7-10(以下称7-10)。

这里要注意,7-10并没有对7-05进行强制性替换,事实上,在美国有很多州的PE工程师并没有认可7-10的计算方式,而只使用7-05进行设计。

类似于7-05,7-10也对建筑物的风险等级(Risk/Occupancy Category)进行了从I到IV的四种分类,并对应这四种分类,分别规定了四种不同的风区图。

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??ASCE 7-10, Table 1.5-1里区分了4种分类

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??同一地点使用3种不同风速来对应4种重要性等级

7-10里进一步抵消了LRFD的风荷载组合系数1.6,从而提高了风速的重现期。

第1类重要等级,300年一遇的风速,对应原先7-05里25年一遇的风速。

第2类重要等级,700年一遇的风速,对应原先7-05里50年一遇的风速。

第3&4类重要等级,1700年一遇的风速,对应原先7-05里100年一遇的风速。

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这样也使得在美国同一个地区里,不管使用7-05还是7-10,其计算得到的风压是相同的。

但是这里要注意,对于非美国地区的海外项目,是不能直接使用7-10的,而是需要进行风速的转换。举个例子,比如菲律宾的规范NSCP里,马尼拉50年一遇风速为200km/h,由于其是基于7-05,假如使用7-10进行计算,使用第一类重要性,则需要将50年一遇风速转换为300年一遇,利用上面的公式我们可以得到300年一遇风速是50年一遇的1.18倍。也就是说使用7-10时的风速为200*1.18=236km/h。

类似的规范还有:

  • 沙特规范SBC 301

  • 孟加拉规范BNBC

  • 阿根廷规范CIRSOC 102

  • 智利规范Nch 432

    等等…

对于光伏电站,一般会根据业主对于其项目的评估使用ASCE 7-10里的“I类”或者“II类”两种重要性等级。那么光伏跟踪器使用的就是300年或者700年一遇的风速。

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??1700年一遇啊,这飓风可真是要成精了!

飓风Micheal的重现期计算

最后我们来回答前面引言的问题,如何计算飓风Micheal的重现期。

首先,对于飓风的风速一般都是按照1min的持续风速来描述的,Micheal在登陆前,海上10m高度最大风速为155mph,使用1.3的gust factor (根据Powell and Houston. 1996),得到其对应的3s gust风速为201.5mph,而Panama City近海处10m高度上50年一遇约为150mph,计算可得MRIs 约为1556年:

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“下期小树洞带大家一起认识下澳洲规范AS 1170和NCC对重现期的使用方法”

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原文始发于微信公众号(金沙苹果app地址学院):千年一遇?台风这是要成精了!(中篇)

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