The One综合体项目位于斯里兰卡科伦坡市中心商业区，与海边直线距离仅500m。该项目主要包括三座超高层塔楼 （325m的A塔及280m的B塔均主要作为住宅和酒店使用，360m的C塔则作为办公和住宅使用）及3层扩大地下室和12层裙房组成，地下室和裙房主要作为停车场、机房和商业区使用。

场地周边情况如下图所示，周边为四条主干道，场地的东北角为一古建筑，A塔位于场地西北角，平面呈L型，B塔位于场地西南角，整体平面呈一字型且在西侧低区带一弧段与A塔紧邻，C塔位于场地东南角，平面整体上呈梯形，角部采用弧线平滑处理，B、C塔间有一座已建成的供电站。三栋塔楼距离很近且平面均不规则，加上平均高度在300m以上，结构抗风设计将是本项目的难点之一。

本文将针对The One项目设计初期风荷载的对比计算进行介绍，为今后的对外项目提供风荷载计算参考。

• The One项目场地

• The One项目建筑效果图（东北角鸟瞰）

斯里兰卡当地没有自己的设计规范，根据文献4所述，目前斯里兰卡的设计人员主要参考国外标准计算风荷载，这些标准包括：

1972年的英国标准CP3: Chapter V-2，我们另外一个位于马尔代夫的Nasandura多层酒店项目就是用的此规范，此规范早在1998已经被废除，由BS 6399-2: 1997代替；

1997年的英国新标准BS 6399-2，但此本规范在欧洲一体化进程中也于2010年全面废除，由欧洲标准EN 1991-1-4: 2005代替；

2005年颁布的欧洲规范EN 1991-1-4（等同于BSI出版的BS EN 1991-1-4，二者内容完全一致，不同的是由BSI结合英国国内情况加了一个国家附录NA）；

1989年的澳大利亚标准AS 1170.2，但此规范在2002年被更新的澳大利亚/新西兰规范AS/NZS 1170.2: 2002代替；

2002年的澳大利亚/新西兰规范AS/NZS 1170.2，而此本规范实际上也于2011年被最新的2011年规范所替代。

从上面可以看出，斯里兰卡参考的规范主要是英标体系和澳标体系，这可能跟地理位置的相似有关，但这些规范除了EN 1991-1-4外，以上大部分规范都是过时的旧规范，完全没有跟上更新的节奏。从与当地设计人员沟通的情况来看，他们应该不排斥其它国外标准的使用，比如美国规范ASCE 7，但中国荷载规范GB50009的适用性恐怕还是有些问题的。

风荷载计算流程，各国规范大同小异，均是由风速计算风压，结合一系列影响因素（如场地影响，高度修正，动力响应等）的修正得到标准风荷载。但在使用过程中，不同规范有一定的局限和差异，这里主要讨论以下几个问题，适用高度和基本风速，粗糙度类别。

适用高度

考虑到高空风载的复杂性及超高层结构的响应问题，大部分规范都给出了适用高度限制，即规范的计算公式只适用于一定高度以下的动力不敏感结构，而一旦超过这个高度，原则上是不能使用的。

欧洲规范BS EN 1991-1-4就在第1章就指出其计算公式只适用于200m以下的结构；

原英国标准CP3: Chapter V-2虽然没有明确其适用高度，但却没有给出200m以上时主要计算参数S2的值，这等于间接暗示了其也只能用于200m以下的结构；

原英国规范BS 6399-2虽然也没有明确其最大适用高度，但在重要参数Cr的计算中规定了对于动态激励不敏感的结构其最大适用高度为300m，而对于动态激励敏感的结构，其限制高度要更加严格，甚至不能超过20m；

原澳大利亚规范AS1170.2也没有明确适用高度，其提供了两种主要的计算方法，其中第一种只能用于高宽比小于5且第一周期小于1s的结构，第二种方法用于动力敏感的柔性结构，两种方法的适用高度均为500m；

最新的澳大利亚/新西兰规范AS/NZS 1170.2也是在第1章就指出其只适用于200m以下的结构；美国规范ASCE7中提供多种计算方法以针对不同类型的结构风荷载计算，其中第27章的计算方法名义上适用于各种高度，但实际上在计算地表粗糙度相关参数时是有最大高度限值的，对于B/C/D类暴露环境最大适用高度为366m/274m/213m；

国标GB50009 计算风压高度变化系数时给出的最大适用高度为550m，但实际上考虑动力效应的话，脉动风荷载的背景分量因子在计算时也有相应的高度限制，对于A/B/C/D类粗糙度其高度不超过300m/350m/450m/550m。

从上可知，所有规范都是有适用高度限制的，而且从更新过程来看都是越来越严谨。除去部分老旧的规范，就目前斯里兰卡项目来说，对于C塔360m的高度，只有美国规范ASCE7和中国规范GB50009具备可操作性，而且是在粗糙度类别相对较好的情况下。

大部分规范对于超出限制高度的结构均建议进行风洞试验并且给出了风洞试验的相关要求。

其中欧洲标准BS EN 1991-1-4没有对风洞试验提出明确要求，但把这个问题抛给了国家附录，查UK的国家附录NA.2.2给出了大致要求和部分指导性文献；原英国标准CP3: Chapter V-2在附录K中给出了风洞试验的相关要求；

原英国规范BS 6399-2在附录A中给出风洞试验的相关要求；原澳大利亚规范AS1170.2在1.5.2节给出了风洞试验的基本要求和参考文献；

最新的澳大利亚/新西兰规范AS/NZS 1170.2在第6章明确对于自振频率小于0.2Hz或者高度大于200m或者前三阶振型耦合明显的结构需要进行风洞试验，但没有给出具体的要求；

美国规范ASCE7在第31章明确了风洞试验的相关要求；

上述几本规范对于风洞试验的意见均是从概念上出发，没有明确的可操作性。相比之下，我国于2014年颁布的JGJT338-2014《建筑工程风洞试验方法标准》对于风洞试验的规定更加详细，我国高规第4.2.7条对于风洞试验的要求是，高度大于200m或者复杂结构宜进行风洞试验。

基本风速

基本风速作为计算风荷载的一个基础参数，一般通过长期监测后由数理统计得出，其定义为在某个标准地貌和参照高度，以一个确定的平均时距监测到的风速样本为基础得到的某个标准重现期的风速值。

从定义可以看出，基本风速受到多个因素影响，而影响最大的则是平均时距，上述五本规范除了平均时距不同外，其他关于基本风速的定义都是一致的，均是开阔地貌下，离地10m位置，50年重现期。其中CP3: Chapter V-2/ AS 1170.2/ AS/NZS 1170.2均是采用3s阵风，BS 6399-2采用1小时平均时距，BS EN 1991-1-4采用10分钟平均时距。美国规范ASCE7采用3s阵风，我国标准GB50009采用10min的平均时距。

The One项目位于科伦坡，其当地的标准中（Design building for high winds-Sri Lanka）采用时距3s的阵风监测，如下图所示，科伦坡位于分区3，两种不同等级的风速分别为33m/s（对于普通结构）和38m/s（post disaster structures，应该是对抗风要求更高的结构），The One项目根据当地设计的建议应该按post-disaster类型考虑设计。因此现行规范中除了澳洲规范和美国规范，计算中都将涉及到不同时距风速的转换问题。

• 文献4给出的斯里兰卡风速划分及基本风速

关于不同时距的风速转换问题，不少文献都给出了建议值。比较权威的是文献8和9，前者为世界气象组织的会议文件（专门为热带气旋气候区域发布的风速转换指南，斯里兰卡属于此气候区，具备适用性），后者为美国国家标准（由美国电信工业协会发布的用于输电塔风荷载计算的规范），此外不少论文，如文献4、10、11、20也给出了转换关系，文献4实际上是引用的文献13的结论，而文献11则是引用文献12的结论。

下表给出了由各文献确定的3秒阵风风速和10min时距风速的比值，可以看出，文献8至11给出的比值均在1.4左右，十分接近，但文献4的比值却在1.7左右，个人觉得文献4的数据可能存在问题，偏于不安全，建议保守起见取1.4的比值。

下面同时给出了各文献确定的3秒阵风风速和1小时时距风速的比值，可以看出，10min和1小时时距的风速差别不是很大，但文献4的数据依然明显大于其余文献，如果采用英国标准，个人建议可以取1.5的比值。

另外由于英国规范在发展过程中经历了不同的标准，其风速时距由最初的3s到1小时，最后又到欧洲规范的10min，也可以从其给出的风速分布图看出一个大概的比值，基本上1小时时距跟10min时距的风速是差不多的，但3s阵风风速几乎接近前二者的两倍，由于统计风速数据的更新，这里不对其发展过程做深入探讨，但可以肯定的是，时距对计算风速的影响是非常大的，必须加以考虑。

需要特别注意的是，文献20所给出的比值计算相当麻烦，影响因素很多，下文表格的数据针对地面粗糙长度z0=0.05m（相当于B类和C类粗糙度之间）的情况。

• 不同文献转换比值（3秒阵风与600秒时距风速）汇总

• 不同文献转换比值（3秒阵风与1小时时距风速）汇总

• 文献4中给出的不同时距风速转换表格

• 文献8建议的不同时距风速转换表格

• 文献9给出的不同时距风速转换表格

• 文献10给出的不同时距风速转换

• 文献11给出的不同时距风速转换

• 文献20给出的不同时距风速转换

粗糙度类别

各规范的粗糙度类别划分及对应关系汇总如下，基本上是大同小异。粗糙度类别主要影响风速剖面，反映风压随高度变化的规律，各国规范的考虑方式不尽相同，以中欧标准为例，中国采用指数律形式，以风压高度变化系数来反映高度的影响，欧标则采用对数律的形式，以粗糙度系数（与风速线性相关）来反映，前者与后者的平方是对应关系，不同粗糙度的对比也有较大差异，有兴趣的可以参考文献11、20~22。由于此部分内容涉及较多的风工程基础理论，本文不作过多展开，对于工程设计来讲，只需要找到对应的粗糙度类别即可。

文献6对斯里兰卡几种常用的国外标准风荷载计算结果进行了对比，如下图所示。个人认为，抛开可靠度直接对比标准风压的意义不大，因为不同规范肯定采用自己的一套可靠度体系，其组合系数都是不同的，如果只是借鉴其风荷载标准值计算而不采用对应的设计指标控制，那么有可能会造成结构设计的可靠度混乱。

• 文献6给出的某183m高层结构顶部风荷载计算结果对比

为了直观地对比各个规范的标准风压，个人编制了以下几本规范的风压计算表格，给出对比计算结果如下表所示。采用的基准模型假定结构总高度200m，长宽均为40m，层高均为5m，结构共40层，两个方向平动刚度相同，自振周期均为5s，均选择最不利的粗糙度类别，不考虑地形作用及内表面风压，各规范计算所用的基本风速及200m高度处标准风压详下表。

• 不同规范风压（200m高）计算对比

可以看出，BS EN的计算风压远大于其他规范，而CP3 Chapter V-2的计算风压则远小于其他规范，原英国标准，现行澳洲标准，中国规范和美国规范的计算结果相差不是很大，其中美国规范的计算结果较前三者略高。从计算过程来看，CP3 Chapter V-2没有考虑结构的动力响应，其计算结果严重偏小，对于高层结构其计算结果不可用；BS EN 1991-1-4对结构的湍流效应的考虑方式导致其计算结果放大很多，事实上如果不考虑湍流效应，其标准风压计算值与BS 6399相当。由于风荷载影响参数太多，本计算表格的结果与文献6没有可比性。

下图中也给出了不同规范计算的标准风压随高度的变化曲线，其中BS EN UK为考虑英国国家附录的计算结果，BS EN default则采用欧标默认的推荐计算参数。

从图中可以看出，CP3 Chapter V-2是严重偏小的，澳洲标准与英国标准是很接近的，国标在低区小于英澳标准，但在高区大于英澳标准；欧洲标准仍然是最大的，且下图给出了采用默认参数和英国国家附录参数的不同计算结果，在高区，采用英国国家附录的参数计算结果相对偏小一些，但由于英国的国家附录大部分参数都未给出计算公式，只能通过对数坐标系图表查得，实际操作起来误差较大，不够实用；美国标准的计算结果介于中英澳标准和欧洲标准之间且与后者更加接近。

从计算过程来看，CP3 Chapter V-2的计算是最简单的，欧洲标准的计算过程最为复杂且考虑的参数多达60个左右，美澳标准的计算过程也比较复杂，计算参数稍少一些（50个左右）， 中英标准差不多，涉及参数均为30个左右。对比参考文献10~11，欧洲标准的风荷载计算结果确实是要比国标大很多的，尤其在结构底部，差距可以达到3倍以上，即使在高区，也可能达到50%的差距。

• 计算风压对比

结构风荷载的计算，受各种因素的影响，不同国家规范的计算结果差异比较大，涉外项目应尽早与当地审图或者顾问沟通确认风荷载的计算依据，避免做不必要的无用功。由于计算参数太多，本文也只能针对几个与工程设计关系比较密切的参数展开讨论，供其他项目参考。本项目最初拟采用欧标，但在计算风荷载明显更大的情况下，当地审图要求层间位移角的控制上向中澳标准看齐（欧标的层间位移角控制要求相对中澳标准要低），最后不得不与当地审图再次协调后确认采用澳洲标准计算风荷载。事实上此问题也是涉外项目中比较突出的一个典型问题，结构设计是一个具有地域经验性的一门技术，不同国家的工程师基于自己的项目经验对结构控制指标会有自己的判断，提前沟通非常必要。

参考文献

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