1 概述

隨著我國(guó)工業(yè)的迅速發(fā)展，鋼結(jié)構(gòu)廠房也經(jīng)歷著跨越式的發(fā)展，而鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中需要考慮各種荷載如恒荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、地震荷載等等，本文將著重闡述雪荷載對(duì)輕鋼結(jié)構(gòu)的影響。眾所周知，2007年3月，遼寧地區(qū)遭受罕見的暴風(fēng)雪災(zāi)，多處廠房坍塌，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，以沈陽和鞍山最為嚴(yán)重，雪災(zāi)過后，沈陽地區(qū)提出了對(duì)雪荷載考慮的嚴(yán)格要求，按GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中給出的100年一遇雪壓采用，同時(shí)屋面積雪分布系數(shù)GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范中提高1．5倍采用等特殊要求。隨后2008年初南方遭遇了大雪的侵害，加上低溫的影響，加大了雪的密度，使得鋼結(jié)構(gòu)廠房又經(jīng)歷了一次嚴(yán)峻的考驗(yàn)。雪荷載作為一種大自然給予的荷載，我們?nèi)绾慰紤]其取值才能達(dá)到更加經(jīng)濟(jì)和安全的效果，本文將著重闡述。

2 雪荷載的取值及影響

雪荷載在考慮基本雪壓的同時(shí)，在高低跨，女兒墻及氣樓等位置還需考慮雪堆積，超過了設(shè)計(jì)荷載建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生不同程度的破壞。

2．1 基本雪壓

根據(jù)我國(guó)GB 50009-2001建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范，雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式:Sk=urS0。其中，ur為屋面積雪分布系數(shù)(參見規(guī)范中表 6．2．1);S0為基本雪壓。

美國(guó)規(guī)范ASCE中屋面雪荷載為:屋面坡度小于5°:pf=0．7CeCtIpg。屋面坡度大于5°:ps=Cspf。其中，pf為屋面雪荷載;Ce為暴露系數(shù)(參見ASCE表7-2);Ct為溫度系數(shù)(參見ASCE表7-2);I為重要性系數(shù)(參見ASCE表7-2);pg為地面雪荷載;Cs為坡度系數(shù)(參見ASCE表7-2)。對(duì)于雙坡屋面坡度小于2．38°和21．3/w+0．5中的較大值，或多坡屋面小于15°和弧形屋面中檐口和拱頂?shù)呢Q向夾角小于10°時(shí)屋面雪荷載不能小于如下數(shù)值:當(dāng)?shù)孛嫜┖奢d不大于0．96 kN/m2時(shí)，pf=Ipg;當(dāng)?shù)孛嫜┖奢d大于0．96 kN/m2時(shí)，pf=0．96I。

2．2 雪堆積

在此僅討論高低跨位置的雪堆積。雪堆積的實(shí)際情況及中美規(guī)范中規(guī)定的雪堆積取值參見圖1。

1)中國(guó)規(guī)范規(guī)定。中國(guó)規(guī)范按照積雪長(zhǎng)度為2倍高差，且不小于4 m，不大于8 m，此部分雪荷載的不均勻分布系數(shù)按2．0選取。

2)美國(guó)規(guī)范規(guī)定。美國(guó)規(guī)范中高低跨位置的屋面雪堆積取迎風(fēng)和背風(fēng)屋面中的較大值為設(shè)計(jì)值。背風(fēng)堆積是指從較高屋面吹向較低屋面的堆積值hd，hd直接從圖2獲得，迎風(fēng)值hc見圖3。其中，lu等于較高屋面長(zhǎng)度或全寬，如果低屋面靠近邊墻，lu等于框架跨度(寬度)，如果低屋面靠近山墻，lu等于建筑長(zhǎng)度。迎風(fēng)屋面lu取較低的屋面長(zhǎng)度，迎風(fēng)堆積荷載值取0．75×hd。堆積設(shè)計(jì)值hd取迎風(fēng)值和背風(fēng)值中的較大值，但是小于hc。如圖4所示堆積寬度w=4hd，或w=4hd2/hc，堆積荷載值(在最高位置)pd=hdγ(γ =0．426pg+2．2 ＜4．7 kN/m3)。

圖1 雪堆積取值示意圖

圖2 低屋面上的雪堆積形式

圖3 地面雪荷載與堆積高度關(guān)系曲線

如果hd＞hc，則pd=hcγ。如果w大于較低屋面長(zhǎng)度，雪堆積在屋面邊緣為梯形，而不再是三角形。根據(jù)ASCE的規(guī)定，雪堆積用于相鄰建筑的距離在6．1 m范圍內(nèi)，且堆積高度hd可以根據(jù)相鄰建筑之間的距離進(jìn)行折減，折減系數(shù)為(6．1－s)/6．1，s為相鄰建筑的距離，堆積寬度將根據(jù)折減后的hd值重新計(jì)算，同時(shí)hc/hd＜0．2時(shí)，堆積荷載不需考慮。同時(shí)在計(jì)算荷載組合時(shí)除基本雪壓之外，加上堆積雪荷載，滑移雪荷載及考慮雨作用下的雪荷載增大值三者中的較大值。

2．3 破壞形式

當(dāng)實(shí)際產(chǎn)生的雪荷載超過設(shè)計(jì)荷載時(shí)建筑就會(huì)發(fā)生不同形式的破壞，主要有檁條平面外失穩(wěn)，主梁平面外失穩(wěn)，梁柱節(jié)點(diǎn)彎扭失穩(wěn)，屋面局部塌陷，結(jié)構(gòu)整體垮塌等。

圖4 屋面雪荷載堆積圖

3 提高設(shè)計(jì)安全性的措施

雪荷載對(duì)建筑產(chǎn)生了不同形式的破壞，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)就不得不考慮加強(qiáng)措施，主要有以下幾方面:1)荷載取值要偏于安全。對(duì)于雪荷載比較大及頻繁的地區(qū)且結(jié)構(gòu)對(duì)雪荷載比較敏感的建筑應(yīng)特別注意雪荷載的影響，取值要按偏于安全考慮，像沈陽、威海等地區(qū)均按百年一遇雪荷載考慮。2)設(shè)置檁間支撐，阻止平面外失穩(wěn)。建筑受雪的影響而遭到破壞，大部分由于平面外失穩(wěn)，而增加檁間支撐是減少檁條平面外失穩(wěn)的有效途徑，檁條不被破壞，從而降低了梁平面外失穩(wěn)的幾率。3)設(shè)置縱向支撐。增加縱向支撐可以提高建筑的整體穩(wěn)定性，大大降低平面外失穩(wěn)的可能性。4)不要過度優(yōu)化。理論上應(yīng)力比小于1．0即可，但是在實(shí)際的設(shè)計(jì)中梁的應(yīng)力比最好小于0．95。5)進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)不安全部位，施工過程中要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙，且由具有相應(yīng)資質(zhì)的施工單位進(jìn)行施工。

4 工程實(shí)例

1)設(shè)計(jì)資料:某項(xiàng)目建筑長(zhǎng)度150．4 m，寬度60 m，高度19．54 m，在山墻位置附有一長(zhǎng)34 m，寬60 m，高6．14 m的低跨建筑一，邊墻位置附有一長(zhǎng)45 m，寬9．5 m，高4．74 m的毗屋，在此定義為建筑二，屋面坡度均為6%，項(xiàng)目位于新疆，雪荷載為0．8 kN/m2，地面粗糙度為B類。2)設(shè)計(jì)分析:該項(xiàng)目在邊墻及山墻位置的低矮建筑由于建筑物之間的距離為0 m，故而低矮建筑均需考慮雪堆積。按中國(guó)規(guī)范，堆積寬度為2倍高差，且不小于4 m，不大于8 m，由于2倍高差為28 m，大于8 m，故而取8 m，此區(qū)域雪荷載為2倍雪荷載，即1．6 kN/m2。按照美國(guó)ASCE規(guī)范計(jì)算均hc/hd＞0．2，且相鄰建筑間距小于6．1 m，故而也需要考慮雪堆積，經(jīng)計(jì)算屋面雪荷載之外的堆積荷載寬度建筑一和建筑二分別為 7．6 m，5．1 m，堆積荷載最大值分別為 4．82 kN/m2，3．24 kN/m2呈三角形分布，將其作用于檁條和梁上，按ASCE計(jì)算出的荷載堆積比中國(guó)荷載規(guī)范計(jì)算出的荷載堆積更不利一些，故而選用較大值。

5 結(jié)語

雪荷載作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不容忽視的一種荷載，在設(shè)計(jì)的過程中要始終做到安全、經(jīng)濟(jì)、適用原則，綜合考慮以上提高安全性的措施，尤其在有雪堆積的部位更應(yīng)著重考慮，最好能按照中美規(guī)范中的最不利情況考慮。

［1］鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)編輯委員會(huì)．鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］．北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004．

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

［3］GB 50009-2001，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．

［4］梁 棟．淺談?shì)p鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與發(fā)展［J］．山西建筑，2010，36(7):62-63．