對(duì)門式鋼架風(fēng)荷載不利作用的分析研究

閆亞汐杜秉旋欒力文劉君陽

(1華北理工大學(xué)輕工學(xué)院，河北 唐山 063000 2河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 秦皇島 066000)

對(duì)門式鋼架風(fēng)荷載不利作用的分析研究

閆亞汐1杜秉旋2欒力文1劉君陽1

(1華北理工大學(xué)輕工學(xué)院，河北 唐山 063000 2河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河北 秦皇島 066000)

本文主要根據(jù)MBMA《低層房屋體系手冊(cè)》中有關(guān)小坡度房屋的規(guī)定針對(duì)門式鋼架風(fēng)荷載計(jì)算過程中的幾種不利情況進(jìn)行了分析比對(duì)。分析得出當(dāng)端區(qū)寬度大于二分之一柱距且小于柱距時(shí)，第二榀剛架最容易出現(xiàn)風(fēng)荷載計(jì)算的錯(cuò)誤。因此在設(shè)計(jì)第二榀剛架時(shí)，應(yīng)反復(fù)核對(duì)端區(qū)寬度，最終確定風(fēng)荷載體系系數(shù)。

門式剛架 風(fēng)荷載 不利作用 體系系數(shù)

一、前言

自20世紀(jì)90年代初以來，以門式剛架形式為主要受力結(jié)構(gòu)的單層輕鋼房屋在我國得到極為廣泛的應(yīng)用。就其優(yōu)點(diǎn)而言，門式剛架輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋自重輕、用鋼??；抗震性能好，在抗震設(shè)防裂度為7度地區(qū)，地震力通常不控制設(shè)計(jì)；可跨越較大跨度。考慮到門式剛架的結(jié)構(gòu)形式以及受力特點(diǎn)，在水平方向主要由風(fēng)荷載控制設(shè)計(jì)。我國現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑架構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009中表8.3.1第2項(xiàng)明確規(guī)定了封閉式雙坡屋面的風(fēng)荷載體型系數(shù)取值。[1-4]如表1所示。

表1 封閉式雙坡屋面的風(fēng)荷載體型系數(shù)取值

二、門式剛架風(fēng)荷載的計(jì)算

雖然《建筑架構(gòu)荷載規(guī)范》中的相關(guān)條款規(guī)定了風(fēng)荷載計(jì)算時(shí)的體型系數(shù)取值，但是并沒有對(duì)門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)的端區(qū)和中間區(qū)進(jìn)行區(qū)分計(jì)算。由結(jié)構(gòu)的構(gòu)成和受力特點(diǎn)分析，端區(qū)和中間區(qū)的風(fēng)荷載體型系數(shù)應(yīng)該有明顯區(qū)別。對(duì)此，《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中做出了相關(guān)規(guī)定：

對(duì)于門式剛架輕型房屋，當(dāng)其屋面坡度α不大于10°，屋面平均高度不大于18m，房屋高寬比不大于1，檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸時(shí)，風(fēng)荷載體型系數(shù)μs應(yīng)按表2采用，雙坡剛架如圖1所示。

表2 剛架的風(fēng)荷載體系系數(shù)

圖1 雙坡剛架

圖1中B為建筑寬度；H為屋頂至地面的平均高度，可近似取檐口高度；Z為計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí)的房屋邊緣帶寬度，取建筑最小水平尺寸的10%或0.4H中之較小值，但不得小于建筑最小尺寸的4%或1m。

三、風(fēng)荷載的作用情況

從表1中可以看出，由于端區(qū)位置的特殊性，處于端區(qū)的剛架的風(fēng)荷載體型系數(shù)μs明顯高于中間區(qū)剛架。如何準(zhǔn)確的劃分端區(qū)與中間區(qū)，針對(duì)這一問題，我們將風(fēng)荷載作用分為三種情況，并逐一分析每種情況對(duì)結(jié)構(gòu)的不利作用。

1 端區(qū)寬度小于二分之一柱距的情況

當(dāng)房屋跨度或檐口高度較小時(shí)，端區(qū)寬度2Z小于二分之一柱距。此時(shí)，端區(qū)寬度內(nèi)只有一榀剛架，且該榀剛架在端區(qū)的受荷面積沒有超過柱距的二分之一。也就是說在這種情況下，我們通常取用邊框架的受荷面積為二分之一柱距計(jì)算出的風(fēng)荷載偏大，邊框架在風(fēng)荷載工況下的設(shè)計(jì)偏于安全。

2 端區(qū)寬度大于二分之一柱距的情況

當(dāng)房屋跨度或檐口高度較大時(shí)，端區(qū)寬度2Z大于二分之一柱距。此時(shí)，端區(qū)寬度內(nèi)只有一榀剛架，但該榀剛架在端區(qū)的受荷面積超過柱距的二分之一。也就是說在這種情況下，我們通常取用邊剛架的受荷面積為二分之一柱距計(jì)算出的風(fēng)荷載是準(zhǔn)確的，邊框架在風(fēng)荷載工況下的設(shè)計(jì)比較合理。但對(duì)于第二榀剛架（圖示2軸框架），雖然該榀剛架不屬于端區(qū)，但在計(jì)算風(fēng)荷載時(shí)我們通常取用該軸兩側(cè)各二分之一的墻面面積作為受荷面積，其中有部分墻面（2Z-2/l）仍屬于端區(qū)。在這種情況下，如果第二榀剛架按中間區(qū)體型系數(shù)取值，那么該榀剛架計(jì)算出的風(fēng)荷載偏小，第二榀剛架在風(fēng)荷載工況下的設(shè)計(jì)偏于不安全。

3 端區(qū)寬度大于柱距的情況

當(dāng)房屋跨度或檐口高度（平均高度不超過18m）特別大時(shí)，端區(qū)寬度2Z大于柱距。此時(shí)，端區(qū)寬度內(nèi)有兩榀剛架，其中邊榀剛架的受荷面積全部在端區(qū)內(nèi)。這種情況下，邊榀剛架的風(fēng)荷載作用情況與第二種情況相同。第二榀剛架的受荷面積有超過二分之一的部分屬于端區(qū)，如果按中間區(qū)體型系數(shù)取值，那么該榀剛架計(jì)算出的風(fēng)荷載將存在嚴(yán)重差異，第二榀剛架的設(shè)計(jì)存在安全隱患。如果按端區(qū)體型系數(shù)取值，那么該榀剛架計(jì)算出的風(fēng)荷載偏大，剛架在風(fēng)荷載工況下的設(shè)計(jì)偏于安全。

四、結(jié)語

由于剛架跨度或檐口高度的差異，端區(qū)的寬度大致分為以上三種情況。當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)為單跨時(shí)，端區(qū)寬度2Z一般由剛架跨度控制，風(fēng)荷載作用一般為前兩種情況；當(dāng)房屋結(jié)構(gòu)為多跨時(shí)，端區(qū)寬度2Z一般由剛架檐口高度控制，風(fēng)荷載作用一般為第三種情況。通過對(duì)三種情況的分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)端區(qū)寬度大于二分之一柱距且小于柱距時(shí)，第二榀剛架最容易出現(xiàn)風(fēng)荷載計(jì)算的錯(cuò)誤。因此在設(shè)計(jì)第二榀剛架時(shí)，應(yīng)反復(fù)核對(duì)端區(qū)寬度，最終確定風(fēng)荷載體系系數(shù)。

[1]GB 50009-2001 建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006．

[2]CECS102:2002門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．北京：中國計(jì)劃出版社， 2003．

[3]王紅梅．談門式剛架的特點(diǎn)及應(yīng)用[J]. 山西建筑，2012（6）：60-61．

[4]單春明．門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)房屋用鋼量的比較及分析[J]．鋼結(jié)構(gòu)，2012（12）：32-35．

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1007-6344（2015）11-0044-01