張超，彭延建

(中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100028)

臺風地區(qū)LN G接收站風速設計標準的探討

張超，彭延建

(中海石油氣電集團有限責任公司，北京 100028)

國內(nèi)LN G接收站及其他相關設施多位于東南沿海，在臺風頻繁登陸的廣東、海南、廣西、福建、浙江等省份都有LN G項目分布。LN G接收站建設和運營過程中也曾有遭受臺風破壞的先例。對于接收站主要設施設備的抗風設計，美國等國的規(guī)范的設計風速取值要高于我國的規(guī)范要求，并且對建設地點有無臺風傾向進行了區(qū)別，要求LN G設施應設計為能夠抵御風荷載的直接作用，而不會帶來結(jié)構(gòu)和功能完整性的損失。典型情況下應采用3s陣風風速作為設計風速取值。建議在將來的LN G接收站建設過程中，在有臺風傾向的地區(qū)，建設施工單位應適度進一步提高對風荷載敏感、非LN G相關設施設備（如塔吊、臨建等）的抗風強度，避免發(fā)生人身傷亡和經(jīng)濟損失。

LNG接收站;臺風;風荷載;設計風速

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.004

1 引言

國內(nèi)LNG接收站及其他相關設施多位于東南沿海，在臺風頻繁登陸的廣東、海南、廣西、福建、浙江等省份都有LNG項目分布。LNG接收站建設和運營過程中也曾有遭受臺風破壞的先例：中石化廣西北海LNG接收站位于南海北部海域，超強臺風頻發(fā)，2014年7月超強臺風“威馬遜”正面登陸，強風力持續(xù)約14h，最大風力達到17級。此次強臺風中未造成人員傷亡，但現(xiàn)場有較大損失：施工現(xiàn)場1臺塔吊自根部折斷，另有1臺塔吊根部型鋼嚴重變形，其余6臺塔吊均不同程度受損。臨建設施及生活區(qū)遭臺風嚴重破壞。4臺罐的大、小門洞的加固防雨措施受到嚴重破壞，罐內(nèi)保冷玻璃磚不同程度的受雨水浸濕。自陸地通往施工現(xiàn)場的10根高壓線線桿被風刮斷，造成施工現(xiàn)場線路中斷，20多天后施工生產(chǎn)才恢復正常。2012年，超強臺風“韋森特”曾在廣東登陸，珠海高欄島自動氣象站錄得最大陣風60m/s，給珠海LNG現(xiàn)場造成較大影響。

國際上LNG項目也有受臺風襲擊者造成損失的案例。2007年9月，颶風“溫貝托”在不到兩天的時間內(nèi)形成，并在得克薩斯州路易斯安那州邊界登陸，風速達35.7m/s，海水將在建的GoldenPassLNG接收站淹沒。由于儲罐建設正處于較為脆弱的階段，還沒有升頂，在建儲罐的襯板遭到損壞。

LNG接收站設施設備的抗風設計主要依據(jù)風荷載規(guī)范。風荷載規(guī)范作為結(jié)構(gòu)抗風設計的主要指導文獻，是結(jié)構(gòu)設計的主要依據(jù)。國內(nèi)眾多學者對中外規(guī)范進行了比較[1～3]。金鋒、陳瑞金[4]分別利用中美規(guī)范計算了設備支撐鋼框架的主體結(jié)構(gòu)風荷載，根據(jù)計算結(jié)果，采用美國規(guī)范計算的風剪力值，大約為中國規(guī)范計算值的1.2～1.3倍，彎矩約為中國規(guī)范計算值的1.1～1.2倍。對于海岸地帶油罐可能經(jīng)受臺風襲擊的情況，張有渝[5]提出位于臺風區(qū)海岸立式油罐的設計應考慮的問題，風速的取值應以該地區(qū)臺風風速作為瞬時風速，若采用30a一遇時距10min的基本風壓，除乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)外，宜加大20%～40%。Kim,DongHyawnetal.[6]對于風荷載對LNG接收站卸料臂的影響進行了研究，考慮風速的不確定性，對LNG卸料臂的可靠性進行了分析。

從接收站遭受高強臺風的實例可以看出，雖然LNG接收站的設施設備按照相關規(guī)范進行了抗風設計，但在面臨高強臺風時，仍然造成了巨大的經(jīng)濟損失。所以,仍有必要對接收站內(nèi)設計風速標準進行探討。

2 國內(nèi)接收站設計風速取值

國內(nèi)接收站對于結(jié)構(gòu)抗風設計的技術路線，一般是遵循現(xiàn)行《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》[7]（GB50009—2012）、《港口工程荷載規(guī)范》[8]（JTS 144-1—2010）、《高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》[9]（GB 50135—2006）、《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》[10]（JTS 165-5—2009）。定義的風荷載標準值，一般形式為：

風荷載標準值=風振系數(shù)×體型系數(shù)×高度變化系數(shù)×基本風壓

其中，基本風壓為:“根據(jù)全國各氣象臺站歷年來的最大風速記錄,按基本風壓的標準要求,將不同風儀高度和時次時距的年最大風速,統(tǒng)一換算為離地10m高,地面粗糙度為B,自記最大10min平均風速(m/s)。根據(jù)該風速數(shù)據(jù),經(jīng)統(tǒng)計分析確定重現(xiàn)期為50a的最大風速,作為當?shù)氐幕撅L速v0?；撅L壓可統(tǒng)一按公式w=v02/1600(kN/m2)計算。

目前，國內(nèi)接收站設計風速取值，陸上一般取離地10m高,重現(xiàn)期50a最大10min平均風速(m/s)。對于陸上高聳建構(gòu)筑物，各項目設計原則有所差異，如美國芝加哥橋梁公司在福建LNG接收站的設計中，要求設計煙囪，火炬塔架和高塔結(jié)構(gòu)時應考慮20%的風荷載安全余量。

在《液化天然氣接收站工程設計規(guī)范》(GB51156—2015)中，要求液體裝卸臂應按最大受風面進行風載荷計算，并符合現(xiàn)行國家標準《高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB 50135—2006）的規(guī)定；船用裝卸臂的設計風速為：工作狀態(tài)小于等于20m/s，復位狀態(tài)為60m/s。項目另有規(guī)定時按項目設計文件執(zhí)行。

對于LNG碼頭和碼頭上部設備設施《液化天然氣碼頭設計規(guī)范》（JTS 165—5—2009）中要求，“基本風壓采用離地10m高、100a一遇的風速計算。承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)整體計算宜取10min平均最大風速。工作平臺和棧橋面以上的結(jié)構(gòu)物承載能力極限狀態(tài)宜取3s平均最大風速?！?/p>

綜合以上，目前國內(nèi)規(guī)范對LNG接收站的設計風速取值，考慮到LNG接收站作為生命線工程，已經(jīng)考慮了適當提高，特別是對于碼頭上的設備和結(jié)構(gòu)。在重現(xiàn)期的要求上，碼頭已經(jīng)提高到100a。對于平均時距，碼頭工作平臺和棧橋面以上的結(jié)構(gòu)物，平均時距縮短到3s。

3 國內(nèi)外設計風速取值比較

各國設計風速的取值，其風荷載規(guī)范是主要指導文獻和結(jié)構(gòu)設計的主要依據(jù)。隨著理論和計算技術的發(fā)展，以及工程經(jīng)驗的累積，風荷載規(guī)范也隨之多次修正。美國風荷載規(guī)范是ASCE/SEI 7-05:Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures[11]。日本最新的風荷載規(guī)范是2004年版的《AIJ RecommendationsforLoadsonBuilding》，即日本建筑學會的《建築物荷重指針·同解説》[12]。歐洲現(xiàn)行風荷載規(guī)范是EN 1991-1-4：2005(Eurocode1:Actionsonstructures-Part1-4:General actions-Windactions)。

不同國家的風荷載規(guī)范，對于基本風速時距，歐洲、加拿大、中國和日本都選用10min的平均風速，而美國、英國和澳大利亞則選擇3s的陣風風速。平均風速時距取值越短，則風速越大，缺乏實測資料時，不同時距平均風速進行換算，3s陣風風速約是10min平均風速的1.43倍。日本規(guī)范《油料儲存用鋼制焊接容器》（JISB8501—2013）規(guī)定，在有可能遭受強風的海岸、河岸地區(qū)，以及儲罐高度超過25m的計算段，風壓值取定常數(shù)3000，單位為Pa。法國某公司在海南某地設計的立式鋼制油罐，設計風速取臺風瞬時風速60m/s。

對中美規(guī)范進行比較，將美國規(guī)范中的基本風壓公式，與國內(nèi)規(guī)范統(tǒng)一計量單位后，公式形式與國內(nèi)規(guī)范基本相等。也即風速和風壓的關系基本相等，美國規(guī)范風荷載與國內(nèi)規(guī)范的差異，主要在于風速的取值不同。美國規(guī)范中，定義的基本風速為:“距地高10m,地面粗糙度為C(相當中國B類),3s陣風風速,無颶風傾向地區(qū)重現(xiàn)期為50a,颶風傾向的地區(qū)重現(xiàn)期為500a?！?/p>

對LNG接收站或液化廠等基礎設施，在美國交通運輸部管道與危險物質(zhì)安全管理局的網(wǎng)站答疑上，對LNG相關設施設備設計風速的取值有如下規(guī)定：

根據(jù)美國聯(lián)邦法律49CFR§193.2067關于風荷載的說明，LNG設施應設計為能夠抵御風荷載的直接作用，而不會帶來結(jié)構(gòu)和功能完整性的損失。典型情況下應采用3s陣風風速作為設計風速取值。

對于工廠預制的、容積不大于265m3的LNG或其他危險品流體容器，風荷載的計算應基于ASCE/SEI7-05Minimum DesignLoadsforBuildingsandOtherStructures。

對于其他LNG設施，風荷載的計算應基于以下原則：

假定的持續(xù)風速不應低于67m/s；

當采用低于67m/s的風速作為設計風速時，應有足夠的支持數(shù)據(jù)，支持數(shù)據(jù)應被管理當局認可；

超越概率應采用50a超越概率0.5%的設計風速，即重現(xiàn)期為9 975a，取值低于此數(shù)據(jù)時應有足夠的支持數(shù)據(jù)。

從以上比較可以看出，美國規(guī)范的設計風速取值要高于我國的規(guī)范要求，并且美國設計規(guī)范中，對建設地點有無臺風傾向進行了區(qū)別。而對于LNG相關設施設備，美國規(guī)范有更嚴格的特殊規(guī)定。

4 結(jié)論與建議

目前，LNG碼頭相比其他貨種碼頭，結(jié)構(gòu)設計風速提高了等級；接收站儲罐等高聳設施設備，按特定的規(guī)范執(zhí)行，風荷載和地震都是水平力作用，儲罐按能夠抵御SSE地震（4 975a一遇）設計，一般大于風荷載。因此,按照LNG相關標準設計建成后的碼頭、儲罐等設施設備，一般能夠抵御“彩虹”級別的臺風。但是對于建設期的塔吊、臨建（一般由施工單位自行委托設計），以及公用性的路燈、線桿等，由于并不需要遵循LNG行業(yè)標準進行設計，因此,在超強臺風中可能發(fā)生損壞。

建議在將來的LNG接收站建設過程中，在有臺風傾向的地區(qū)，建設施工單位應適度進一步提高對風荷載敏感、非LNG相關設施設備（如塔吊、臨建等）的抗風強度，避免發(fā)生人身傷亡和經(jīng)濟損失。

對接收站設施設備的設計風速取值，建議參考美國經(jīng)驗，按照有無臺風傾向?qū)Φ貐^(qū)進行分類，提高有臺風傾向地區(qū)的設計風速標準，如重現(xiàn)期由50a一遇改為100a一遇或更高。

【1】陳鑫,李愛群,王泳,等.國內(nèi)外規(guī)范自立式高聳結(jié)構(gòu)等效風荷載及響應比較[J].建筑結(jié)構(gòu)學報,2014,35(4):304-311.

【2】梁樞果,王磊,王述良,等.國內(nèi)外規(guī)范圓截面高聳結(jié)構(gòu)橫風向等效風荷載取值對比研究[J].特種結(jié)構(gòu),2013(5):94-98.

【3】吳純?nèi)A.淺議中美規(guī)范風荷載計算對比[J].低溫建筑技術,2015,37 (6):95-98.

【4】金鋒,陳瑞金.中美結(jié)構(gòu)設計規(guī)范風荷載計算比較[J].石油化工設計,2011,28(4):55-59.

【5】張有渝.海岸立式油罐設計問題的探討[J].油氣儲運,1994(2):30-33.

【6】Kim,DongHyawn;Lim,JongKwon;Koh,JaePil.Reliabilityanalysisof LNGunloadingarmconsideringvariabilityofwindload[J].Journalof KoreanSociety of Steel Construction,Volume19,Issue 2007,(2).223-231.

【7】GB50009—201建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].

【8】JTS144-1—2010港口工程荷載規(guī)范[S].

【9】GB50135—2006高聳結(jié)構(gòu)設計規(guī)范[S].

【10】JTS165-5—2009液化天然氣碼頭設計規(guī)范[S].

【11】ASCE.MinimumDesignLoadsforBuildings and Other Structures (ASCE/SEI7-10)[J].AmericanSocietyofCivilEngineers,2014,559 (3):996.

【12】日本建築學會.建築物荷重指針·同解説[M].日本建築學會,丸善(発売),2004.

Discussion of Design WindSpeedforLNGReceivingTerminal in Typhoon Area

ZHANGChao,PENG Yan-jian,
(CNOOC Gas&Power GroupLtd.,Beijing 100028,China)

LNGreceivingterminalandotherrelatedfacilitiesinChinalocatedinthesoutheastcoast,alsodistributedintyphoonarea such as Guangdong, Hainan, Guangxi, Fujian, Zhejiang etc. There were LNG receiving terminals had been damaged by typhoon in construction or operation phase. For the wind speed should be used in LNG facility equipment design calculations, the United States and other countries' specification for designwind speed values are higher than China's specification requirements,which requires that LNGfacilities be designed to withstand the direct effect of wind forces without loss of structural or functional integrity. Structural engineering design is typically performed using 3-second gust wind speeds. This paper suggests that in the construction of LNG receiving terminals in hurricane area,constructioncontractorshouldimprovethedesignwindspeedvalueforsomeLNGfacilitiesorequipments(suchascranes,overlay,etc.).

LNGreceivingterminals；typhoon；windload；designwindspeed

TU352.2;TU203

A

1007-9467（2016）09-0035-03

2016-03-10

張超（1981～），男，吉林扶余人，高級工程師，從事液化天然氣儲罐研究，（電子信箱）32311690@qq.com。