海南LNG接收站设计中风荷载参数的选用与考虑

刘艳贤

中海石油海南天然气有限公司570105

摘要：在工程结构设计中，风荷载参数的选用对结构计算起着至关重要的作用，它决定着结构本身的抗力和可靠性，同时，也是评判建构筑物抵抗风荷载能力的依据。海南LNG项目设计中，主要对建筑物、构筑物、设备的抗风能力进行了评估和考虑，参考相关规范并结合地区实际情况，合理选用了风荷载参数和计算依据，确保了建构筑物、设备设计的可靠性和经济性。

关键词：设计、风荷载、基本风压、建构筑物

1、项目设计情况概述

海南液化天然气（LNG）项目（以下简称：海南LNG项目）接收站位于海南省洋浦经济开发区。接收站建设内容包括2座16万m3的LNG储罐，接卸、气化和外输设施及配套的工艺管线，以及1座可停靠26.7万m3LNG船舶的接卸码头及一座3000吨级工作船码头。

在海南LNG项目设计过程中，风荷载参数的选用和设计方法是项目各参建方一直关注的问题，因其为设计的基础，决定着建构筑物、设备的结构可靠性，亦作为评判建构筑物、设备抵抗风荷载能力的依据。对于较大型的建构筑物，风荷载是参与结构计算的荷载之一，是仅次于地震力的重要的荷载参数；而对于钢结构和一些自重较轻的构筑物，风荷载是结构计算的控制力和重要依据。

2、设计依据及设计方法

目前，根据国内LNG行业的设计惯例和设计能力局限性，接收站工程设计一般都由多个国内及国际承包商联合完成。如海南LNG项目的储罐主体设计由IHI（日本）完成，工艺厂建、构筑物的设计由中鼎（台湾）和中国五环联合完成，而设备的设计和制造商分布于世界各地。不同国家采用的设计标准和设计参数不同，如国内的设计采用国标（GB标准），IHI对储罐的设计采用欧洲标准（EN标准），大部分设备设计采用美国标准（ASCE标准）。采用的标准体系不同，设计中对风荷载的计算公式不同，所采用的基本参数也存在差异。

中国规范（GB50009）中，风荷载的计算式如下：

ωk＝βzμsμzω0

其中：ωk为风荷载标准值；βz为高度Z处的风振系数；μs、μz分别为体型系数和高度变化系数；ω0为基本风速对应的基本风压。规范对基本风速的定义是：一般空阔平坦地面，离地10m高，10min（分钟）时距，按照50年重现期确定的年平均最大风速。GB规范中统计了全国各地区的基本风压ω0及其对应的基本风速数值V0（V02=1600ω0），作为风荷载计算的基本参数。

欧洲规范（EN标准）对于风荷载的计算公式为：

Pe=qsCpeCa

EN标准的计算公式不同于GB标准，其风荷载计算的基本参数也不同。如EN标准的基本风速时距定义为1h（小时），而GB标准为10min，EN标准的统计基准为海平面，而GB标准的统计基准为空阔平坦地面。因此，EN标准和GB标准的基本风速数值也不同，其换算关系为Vb=0.94V0（Vb为EN标准的基本风速）。

美国标准（ASCE标准）对于风荷载的计算公式为：

P=qGCp-qi（GCpi）/（lb/ft2）

美国标准（ASCE标准）基本风速定义为距离地面10m，地面粗糙度为C（相当于中国B类），3S（秒）阵风风速，重现期为50年（有飓风倾向的地区重现期为500年）。通过上述定义，美国标准基本风速和中国标准基本风速的换算关系为：V中=0.7V美。

由上所述，不同国家由于采用的设计标准不同，对于风荷载计算的公式及计算参数也不同。在大型项目设计中，风荷载计算基本参数（基本风压和基本风速）通常依据水文气象报告的统计数据、规范依据或建设单位的特殊要求确定。对于有国际承包商参与设计的工程项目，提供的基本设计参数应由建设单位依据不同的规范差异和地域特殊性进行确定。不加区分的按照国内规范体系提供设计参数，将造成计算结果的偏差，可能影响结构安全，造成不良后果。

3、海南LNG接收站设计中的风荷载参数选用

3.1建构筑物设计的风荷载参数

海南LNG的建构筑物设计由台湾中鼎和中国五环联合完成，采用的标准为国内标准（GB标准）。根据国内设计惯例，风荷载设计基本参数依据GB50009中统计的国内各地区的基本风压确定；对于项目水文气象报告中，有具体统计数值的，设计取值不应小于该实际统计数值。

本项目水文气象报告只提供了100年重现期3S阵风风速数值为47.6m/s，按照经验折算系数折算到基本风速为33.3m/s（50年重现期10min平均风速）。依据GB50009，海南洋浦地区行政分区属于儋州地区，当地基本风压为0.7KN/m2，对应的基本风速为33.5m/s。但洋浦地区靠近外海，风力较大，气候条件更接近于紧邻的东方地区，东方地区基本风压为0.85KN/m2，对应的基本风速为36.8m/s。故项目设计时，取用了以上三个数值的最大值0.85KN/m2作为基本风压，对应的基本风速为36.8m/s。但对于码头上部的钢结构，因码头延伸到外海，风力较大，故设计采用了100年重现期10min平均风速作为基本风速进行了计算。接收站建构筑物设计基本风速统计见下表：

表1：建构筑物设计基本风速

3.3设备设计的风荷载参数

海南LNG项目设备数量较多，大型设备的设计和制造大部分由国际承包商完成，亦有少量的小型设备（如水泵等）由国内承包商设计和制造。设备制造商来自不同的国家，大部分的大型设备采用美标进行设计，也有少部分设备采用欧标设计。

设备设计过程中，国内规范普遍采用50年重现期10min平均风速作为基本风速进行设计；欧洲标准采用50年重现期1h平均风速作为基本风速进行设计；而美国标准采用100年重现期3S风速作为设计基本风速。因其各为不同的标准体系，采用的计算公式也不同，故设计基本风速也不同，但同一设备风荷载采用不同规范体系计算得出的结果却相差不大。

另外，对于设备及钢结构等这类对风荷载比较敏感的结构物，其抗风暴能力成为项目建设单位运营管理中较为关注的问题。但需注意设计中基本风速对应的风级不等同于设备及建构筑物的抗风等级，因结构物具备的抗力是多种荷载组合计算的结果，而作用于结构物上的各种活荷载一般不会同时发生。因此，结构物承受的风荷载达到设计风速后，不意味着结构物会受损或失效，故对于结构物抗风能力，通常需参考相关设计规定和操作说明，基本风速只能作为抗风能力的参考因素之一。

4、结语

（1）在项目设计过程中，风荷载参数的选用一直受项目参建各方的关注，其决定着结构的可靠性和抗风能力，海南LNG项目设计过程中，主要对建构筑物、储罐和设备的风荷载设计方法和参数进行了选用和考虑。

（2）采用不同的标准体系，风荷载设计标准、计算公式和设计基本参数均不同，本项目设计中，来自不同国家的承包商分别采用了国标、欧标和美标的设计方法进行了风荷载的设计和计算。

（3）海南LNG项目设计中，根据承包商采用的标准不同，结合规范规定和地区特殊情况，对结构物的风荷载选用了合理的设计参数，确保结构物设计的合理性和安全性。

参考文献：

[1]金新阳、王建，建筑结构荷载规范GB50009［S］，2012.

[2]英国标准协会，结构上的荷载EN1991-1-1［S］，2002.

[3]美国土木工程协会，Minimumdesignloadsforbuildingandotherstructures［S］，2010.

作者简介：刘艳贤（1986-），女（汉族），海南省海口市，学历：本科，中海石油海南天然气有限公司，职称：中级工程师；研究方向：土木工程