開敞式房屋風(fēng)荷載的計算

牛蓓蓓

1 概述

20世紀(jì)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(chǔ)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(xì)致，如開敞式房屋風(fēng)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(fēng)災(zāi)頻發(fā)的國家，關(guān)于低層房屋鋼結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)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(guān)于開敞式房屋風(fēng)荷載的計算方法。

表1 MBMA86開敞式房屋風(fēng)荷載計算參數(shù)

2 開敞式房屋風(fēng)荷載的計算

2.1 設(shè)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(shè)計風(fēng)速為100 mph，四面墻均為開敞，屋面檁條間距5 ft。

2.2 設(shè)計過程

1)基本參數(shù)。

速度風(fēng)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(fēng)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(fēng)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(fēng)支撐。

表5 開敞式建筑主剛架風(fēng)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(fēng)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(guān)于采用系數(shù)+6.0的限制條件，如果所設(shè)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(fēng)支撐的系數(shù)。

d.其他構(gòu)件的風(fēng)荷載。

屋面檁條風(fēng)荷載計算如下:

受風(fēng)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(shè)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(shè)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(fēng)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(fēng)荷載計算如下:

受風(fēng)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，?。?.31。

檐口構(gòu)件設(shè)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(fēng)荷載計算如下:

受風(fēng)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(shè)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(shè)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(shè)計荷載 = －2.7×22.2×1= －60 plf。

3 結(jié)語

工程實踐不斷表明風(fēng)荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計不容忽視的一種荷載，在設(shè)計的過程中要異常重視。本文中關(guān)于MBMA86開敞式房屋風(fēng)荷載的計算介紹旨在希望設(shè)計人員能在理解的基礎(chǔ)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(fēng)速和基本風(fēng)壓問題淺析[J].山西建筑，2010，36(3):92-93.