淺談輕鋼結構建筑雪荷載設計

 　摘要：本文以實際事故為例，對輕鋼結構雪荷載如何設計以及對事故的分析，提出了一些建議，以供同行學習交流 

　　關鍵詞：雪荷載設計 事分故析 建議 

　　中圖分類號：TU119+.21文獻標識碼：A 文章編號： 　 

　　過去幾年，我國北方地區及江南、華南地區連續遭受超過50年不遇的雪災天氣，給當地的生產生活造成了極大的影響；同時，當地的建筑物也遭受了嚴重的考驗，部分輕鋼結構建筑由于所在區域實際雪荷載大大超過設計取值，或者因設計或施工缺陷，導致部分損壞，甚至倒塌。 

　　例如： 

　　建筑物雪災破壞1 　 

　　建筑物雪災破壞2 　 

　　建筑物雪災破壞3 　 

　　原因分析 

　　一、雪荷載超出荷載規范取值 

　　2008年1月26-28日，江蘇、安徽、湖北等地普降暴雪。據實測屋面雪厚度及雪荷載，數據如下： 

　　實測屋面積雪厚度及積雪荷載（近檐口處） 

　　 常熟雪后實測：320mm 42kg/m2 

　　 兩天后實測：230mm 44kg/m2 　 　 

　　* 以上數據測量方法為：在屋面選取具有代表性的地點，收集1平方米實際積雪，測其重量。 

　　2008年1月暴雪，在江南地區實屬罕見，許多地方實際雪壓超過規范數值。如： 

　　1. 常州超過設計雪壓值27% 

　　2. 常熟、昆山超過設計雪壓值10% 

　　二、建筑物現狀 

　　在所調查的建筑物中，凡按照規范設計、制造和安裝的鋼結構建筑，均沒有發生倒塌或嚴重破壞的問題，比較普遍的現象是結構出現了目測可見的變形，但均為可恢復的彈性變形；檁條變形較主結構為明顯。采用圓鋼拉條作為檁間柔性支撐的檁條側彎變形比較普遍，采用角鋼作為檁間剛性支撐的檁條側彎明顯較少。 　 

　　三、雪荷載計算思考 

　　1、《建筑結構荷載規范GB50009-2001》6.2.1 屋面積雪分布系數中 　 

　　a=2h，但不小于4m，不大于8m 　 

　　以下是實際發生的雪荷載積雪情況 

　　建筑物高低跨處低屋面積雪情況 　 

　　建筑物雨蓬屋面積雪情況 　 

　2、屋面荷載的堆積。 

　　 美國ASCE7-98中，針對有高差的屋面及因相鄰建筑或地形所引起的屋面雪荷載堆積給出了不同的計算方法，此部分堆積是在原屋面雪荷載之上另外疊加的三角形荷載 

　　低屋面上雪荷載的堆積： 

　　背風面堆雪高度 

　　 hd = 0.43 -1.5 

　　 Pg：地面雪壓Psf（鎊/平方英尺） 

　　 Lu：高屋面長度（英尺） 

　　 如果lu ≤ 25英尺時，取lu=25英尺 

　　迎風面堆雪高度 

　　LL：低屋面長度（英尺） 

　　如果LL ≤ 25英尺時，取LL = 25英尺 

　　* 以上取背風和迎風堆雪高度大者為設計用值。 

　　堆雪寬度 

　　對于背風和迎風堆雪寬度，W按下列規定取用 

　　如果hd ≤ hc 

　　W = 4hd ≤ 8hc 

　　如果hd > hc 

　　W =4 ≤ 8hc 

　　同時hd = hc 

　　以上hc是從屋面基本積雪頂面至 

　?、倥R近高屋面的距離， 

　?、谖菝媾畠簤Φ捻敳?， 

　?、畚菝嫱黄鹞锏捻斆?，單位為英尺 

　　如果堆雪寬度W，超過了低屋面的寬度時，則實際堆雪寬度應去掉超出屋面寬度部分的堆雪，但不能減小三角形堆雪的坡度。 

　　雪密度為γ=0.13Pg+14≤30 Pcf 

　　3、中美規范差異 

　　以常見的建筑物高度跨形式舉例計算中美規范的雪荷載堆積計算比較 

　　中國規范計算如下： 

　　屋面最大積雪厚度2W0 

　　假設檁條間距1.5m，最靠近高墻處的檁條所承受的雪荷載為3.0W0.m 

　　取 W0 = 0.5 KN/m2 

　　= 1.5 KN/m 

　　美國ASCE7-98計算如下： 

　　屋面最大堆雪高度 

　　hd = 0.43-1.5 

　　 = 0.43 X 4.617 X 2.1214 - 1.5 

　　 = 2.71英尺 < 9.84 - 0.673 = 9.167 

　　積雪寬度 W = 4hd 

　　= 4 X 2.71 

　　= 10.84 英尺 

　　= 3.304 m 

　　γ = 0.13Pg + 1.4 

　　= 0.13 X 10.25 + 1.4 

　　= 15.23 Pcf 

　　= 248 Kg/M3 

　　第一根檁條承受的荷載為 

　　=[（2.03+1.568）/ 2 + 0.5] X 1.5 

　　=3.103 KN/m 

　　則兩種規范雪堆積對比為 3.103/1.5 = 2.07倍 

　　四、事故原因分析 

　　由此可見，兩種規范在雪荷載堆積計算上，對靠近高跨墻面的檁條雪荷載可能相差約一倍。 

　　當第一根檁條失效后，由于雪荷載在屋面板的拉扯下，可能傳至相臨檁條導致其他檁條鏈銷失效。 

　　由于在主結構設計時，屋面梁考慮了檁條的平面外支撐作用，當檁條失效后，它不僅不能對屋面的鋼梁發揮支撐作用，同時因檁條此時為柔性破壞，形成懸鏈線效應，對主結構產生平面外拉力，致使主結構失穩跨塌。 

　　五、建議 

　　1、規范雪荷載取值問題 

　　從威海、煙臺的雪災到東北地區雪災及中南地區雪災，都可以看出當地雪荷載均超出了50年重現期的取值。 

　　2、高低屋面、女兒墻及屋面突起物等，所產生的雪荷載堆積計算，建議針對輕鋼結構改進計算方法，使之更細致、更周全、更接近實際情況。 

　　3、對于多跨建筑，當屋面坡度大于0.5:12（2.4°），小于3:12 (14°)時，屋面雪荷載的不均勻分布按半坡0.5W0，另外半坡1.0W0。屋面坡度大于3:12 (14°)，小于12:12 (45°)時，雪荷載的不均勻分布按半坡無雪另外半坡1.0W0考慮。 

　　4、謹慎考慮內襯板對檁條下翼緣的支撐作用。當檁條撓度較大時，會發生側扭變形，內襯板與檁條的連接可能發生破壞，起不到對檁條的支撐作用。角鋼或剛性檁間支撐，此時表現得更為有效。 

　　參考文獻 

　　[1]中華人民共和國建設部. 《建筑結構荷載規范》（GB50009中文字幕无码专区,亚洲中文字幕久在线1024,色综合久久88中文字幕宅男,亚洲 中文字幕 欧美 国产