浅谈轻钢结构建筑雪荷载设计

 　摘要：本文以实际事故为例，对轻钢结构雪荷载如何设计以及对事故的分析，提出了一些建议，以供同行学习交流 

　　关键词：雪荷载设计 事分故析 建议 

　　中图分类号：TU119+.21文献标识码：A 文章编号： 　 

　　过去几年，我国北方地区及江南、华南地区连续遭受超过50年不遇的雪灾天气，给当地的生产生活造成了极大的影响；同时，当地的建筑物也遭受了严重的考验，部分轻钢结构建筑由于所在区域实际雪荷载大大超过设计取值，或者因设计或施工缺陷，导致部分损坏，甚至倒塌。 

　　例如： 

　　建筑物雪灾破坏1 　 

　　建筑物雪灾破坏2 　 

　　建筑物雪灾破坏3 　 

　　原因分析 

　　一、雪荷载超出荷载规范取值 

　　2008年1月26-28日，江苏、安徽、湖北等地普降暴雪。据实测屋面雪厚度及雪荷载，数据如下： 

　　实测屋面积雪厚度及积雪荷载（近檐口处） 

　　 常熟雪后实测：320mm 42kg/m2 

　　 两天后实测：230mm 44kg/m2 　 　 

　　* 以上数据测量方法为：在屋面选取具有代表性的地点，收集1平方米实际积雪，测其重量。 

　　2008年1月暴雪，在江南地区实属罕见，许多地方实际雪压超过规范数值。如： 

　　1. 常州超过设计雪压值27% 

　　2. 常熟、昆山超过设计雪压值10% 

　　二、建筑物现状 

　　在所调查的建筑物中，凡按照规范设计、制造和安装的钢结构建筑，均没有发生倒塌或严重破坏的问题，比较普遍的现象是结构出现了目测可见的变形，但均为可恢复的弹性变形；檩条变形较主结构为明显。采用圆钢拉条作为檩间柔性支撑的檩条侧弯变形比较普遍，采用角钢作为檩间刚性支撑的檩条侧弯明显较少。 　 

　　三、雪荷载计算思考 

　　1、《建筑结构荷载规范GB50009-2001》6.2.1 屋面积雪分布系数中 　 

　　a=2h，但不小于4m，不大于8m 　 

　　以下是实际发生的雪荷载积雪情况 

　　建筑物高低跨处低屋面积雪情况 　 

　　建筑物雨蓬屋面积雪情况 　 

　2、屋面荷载的堆积。 

　　 美国ASCE7-98中，针对有高差的屋面及因相邻建筑或地形所引起的屋面雪荷载堆积给出了不同的计算方法，此部分堆积是在原屋面雪荷载之上另外叠加的三角形荷载 

　　低屋面上雪荷载的堆积： 

　　背风面堆雪高度 

　　 hd = 0.43 -1.5 

　　 Pg：地面雪压Psf（镑/平方英尺） 

　　 Lu：高屋面长度（英尺） 

　　 如果lu ≤ 25英尺时，取lu=25英尺 

　　迎风面堆雪高度 

　　LL：低屋面长度（英尺） 

　　如果LL ≤ 25英尺时，取LL = 25英尺 

　　* 以上取背风和迎风堆雪高度大者为设计用值。 

　　堆雪宽度 

　　对于背风和迎风堆雪宽度，W按下列规定取用 

　　如果hd ≤ hc 

　　W = 4hd ≤ 8hc 

　　如果hd > hc 

　　W =4 ≤ 8hc 

　　同时hd = hc 

　　以上hc是从屋面基本积雪顶面至 

　　①临近高屋面的距离， 

　　②屋面女儿墙的顶部， 

　　③屋面突起物的顶面，单位为英尺 

　　如果堆雪宽度W，超过了低屋面的宽度时，则实际堆雪宽度应去掉超出屋面宽度部分的堆雪，但不能减小三角形堆雪的坡度。 

　　雪密度为γ=0.13Pg+14≤30 Pcf 

　　3、中美规范差异 

　　以常见的建筑物高度跨形式举例计算中美规范的雪荷载堆积计算比较 

　　中国规范计算如下： 

　　屋面最大积雪厚度2W0 

　　假设檩条间距1.5m，最靠近高墙处的檩条所承受的雪荷载为3.0W0.m 

　　取 W0 = 0.5 KN/m2 

　　= 1.5 KN/m 

　　美国ASCE7-98计算如下： 

　　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 

　　积雪宽度 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 

　　第一根檩条承受的荷载为 

　　=[（2.03+1.568）/ 2 + 0.5] X 1.5 

　　=3.103 KN/m 

　　则两种规范雪堆积对比为 3.103/1.5 = 2.07倍 

　　四、事故原因分析 

　　由此可见，两种规范在雪荷载堆积计算上，对靠近高跨墙面的檩条雪荷载可能相差约一倍。 

　　当第一根檩条失效后，由于雪荷载在屋面板的拉扯下，可能传至相临檩条导致其他檩条链销失效。 

　　由于在主结构设计时，屋面梁考虑了檩条的平面外支撑作用，当檩条失效后，它不仅不能对屋面的钢梁发挥支撑作用，同时因檩条此时为柔性破坏，形成悬链线效应，对主结构产生平面外拉力，致使主结构失稳跨塌。 

　　五、建议 

　　1、规范雪荷载取值问题 

　　从威海、烟台的雪灾到东北地区雪灾及中南地区雪灾，都可以看出当地雪荷载均超出了50年重现期的取值。 

　　2、高低屋面、女儿墙及屋面突起物等，所产生的雪荷载堆积计算，建议针对轻钢结构改进计算方法，使之更细致、更周全、更接近实际情况。 

　　3、对于多跨建筑，当屋面坡度大于0.5:12（2.4°），小于3:12 (14°)时，屋面雪荷载的不均匀分布按半坡0.5W0，另外半坡1.0W0。屋面坡度大于3:12 (14°)，小于12:12 (45°)时，雪荷载的不均匀分布按半坡无雪另外半坡1.0W0考虑。 

　　4、谨慎考虑内衬板对檩条下翼缘的支撑作用。当檩条挠度较大时，会发生侧扭变形，内衬板与檩条的连接可能发生破坏，起不到对檩条的支撑作用。角钢或刚性檩间支撑，此时表现得更为有效。 

　　参考文献 

　　[1]中华人民共和国建设部. 《建筑结构荷载规范》（GB500092001） 【M】.北京：中国建筑工业出版社2002.