開敞式房屋風荷載的計算

牛蓓蓓

1 概述

20世紀90年代以來，鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展十分迅速，特別是門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)以其用鋼省，造價低，性能好，制作快，工期短，外形美觀等優(yōu)點，受到廣大用戶的普遍歡迎和好評，在國內(nèi)得到迅速推廣，已成為廠房，商店，倉庫，超市及其他很多用途房屋的主要結(jié)構(gòu)形式。

由于這種房屋的特點與傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)廠房有所不同，雖然是單層房屋，形式簡單，但在很多問題上還需要在實踐基礎上不斷總結(jié)、探索、研究提高，才能做到在各方面都取得滿意結(jié)果，達到既安全可靠又經(jīng)濟合理的目的。

我國CECS 102∶2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程編制之時借鑒了國外情況，并結(jié)合了中國實際情況，雖然對常見的主要方面大體都有所規(guī)定，在某些問題上依舊規(guī)定的不夠細致，如開敞式房屋風荷載的計算。

美國輕鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展最早，技術(shù)最成熟。同時美國也是風災頻發(fā)的國家，關于低層房屋鋼結(jié)構(gòu)抗風設計技術(shù)及經(jīng)驗也是十分獨到和先進的。下面根據(jù)本人的理解以實際工程項目為例介紹一下美國MBMA86中關于開敞式房屋風荷載的計算方法。

表1 MBMA86開敞式房屋風荷載計算參數(shù)

2 開敞式房屋風荷載的計算

2.1 設計資料

某項目建筑長度250 ft，寬度200 ft，檐口高度20 ft，屋面坡度

1/12，設計風速為100 mph，四面墻均為開敞，屋面檁條間距5 ft。

2.2 設計過程

1)基本參數(shù)。

速度風壓 q=22.2 psf，見表 1。

邊區(qū)寬度Z。

a.兩者中較小值:建筑物寬度的10%=20 ft。

建筑物檐口高度的40%=8 ft。

b.但不小于建筑物寬度的 4%=8 ft，3 ft。

所以 Z=8 ft。

角區(qū)寬度X。

兩者中較大值:2Z=16 ft，20 ft。

所以 X=20 ft。

2)剛架上風荷載:

由表2可知，需計算兩個荷載工況。

表2 開敞式建筑主剛架風荷載系數(shù)GCp(橫向)

a.中間榀剛架。

不同工況荷載見表3，表4。

表3 工況1荷載

表4 工況2荷載

b.邊榀剛架。

系數(shù)GCp與中間榀的相同，故若無擴建要求僅需按中間榀的一半荷載進行計算。

c.縱向抗風支撐。

表5 開敞式建筑主剛架風荷載系數(shù)GCp(縱向)

由表5可知，邊榀剛架上采用系數(shù)+6.0。

風壓=6.0×22.2=133 psf×邊榀剛架的面積。

注:參見MBMA86表5.2b備注4中關于采用系數(shù)+6.0的限制條件，如果所設計的房屋不符合該限制，則需參見附錄4.3以確定縱向抗風支撐的系數(shù)。

d.其他構(gòu)件的風荷載。

屋面檁條風荷載計算如下:

受風面積:25×5=125 ft2。

屋面懸挑構(gòu)件中間區(qū)系數(shù) = －0.95或 1.25×(－0.8)=－1.0，取 －1.0。

故中間區(qū)屋面檁條設計荷載= －1.0×22.2×5= －111 plf。

屋面懸挑構(gòu)件邊區(qū)系數(shù)=－1.2。

對于邊區(qū)使用系數(shù)－1.2，邊區(qū)屋面檁條設計荷載=－1.2×22.2×5= －133 plf。

注:除了構(gòu)件的彎曲荷載外，如果采用檁間支撐，則需考慮在縱向抗風支撐內(nèi)產(chǎn)生的軸向力，其數(shù)值和方向由支撐的位置和數(shù)量決定。

檐口構(gòu)件風荷載計算如下:

受風面積:25×2.5=62.5 ft2。

屋面懸挑構(gòu)件系數(shù) = －1.31 或 1.25×(－0.8)= －1.0，取－1.31。

檐口構(gòu)件設計荷載 = －1.31×22.2×2.5= －73 plf。

注:檐口構(gòu)件需要驗算其軸向力，同屋面檁條要求。

屋面板和緊固件風荷載計算如下:

受風面積:1×5=5 ft2。

中間區(qū)屋面懸挑構(gòu)件系數(shù)=－1.1。

中間區(qū)設計荷載 = －1.1×22.2×1= －24 plf。

邊區(qū)屋面懸挑構(gòu)件系數(shù)=－1.5。

邊區(qū)設計荷載 = －1.5×22.2×1= －33 plf。

角區(qū)屋面懸挑構(gòu)件系數(shù)=－2.7。

角區(qū)設計荷載 = －2.7×22.2×1= －60 plf。

3 結(jié)語

工程實踐不斷表明風荷載是結(jié)構(gòu)設計不容忽視的一種荷載，在設計的過程中要異常重視。本文中關于MBMA86開敞式房屋風荷載的計算介紹旨在希望設計人員能在理解的基礎上更好的使用CECS 102∶2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程。

[1]CECS 102∶2002，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]侯小玲.建筑結(jié)構(gòu)基本風速和基本風壓問題淺析[J].山西建筑，2010，36(3):92-93.