門式剛架鋼結構房屋的設計風荷載——關于cecs102：2002附錄a的規(guī)定

1、標 準 介 紹 門式 剛 架 鋼 結 構 房 屋 的 設 計 風 荷 載 — — 關 于 C E C S 1 0 2： 2 0 0 2附 錄 A 的規(guī) 定 邵 卓 民 ( 中 國 工 程 建 設 標 準 化 協(xié) 會 北 京 1 0 0 8 3 5 )1引 言 在 我 國 ，一 般 房 屋 建 筑 的設 計 風 荷 載 均 采 用 國 家 標 準 《 建 筑 結 構 荷 載 規(guī) 范》 G B5 0 0 0 9 - 2 0 0 1的 規(guī) 定

2、 值 ； 而 對 于 低 矮 房 屋 建 筑 的 設 計 風 荷 載 ，協(xié) 會 標 準 《門 式 剛 架 輕 型 房 屋 鋼 結 構 技 術 規(guī) 程 》C E C S 1 0 2：2 0 0 2做 出 了 專 門 的 規(guī) 定 。 這 里 所 稱 的 “ 低 矮 房 屋 ” ， 協(xié) 會 標 準 C E C S 1 0 2和 美 國 荷 載 規(guī) 范 A S C E 7均 定 義 為 屋 面 平 均 高 度 不 大 于 1 8 m、檐 口高

3、度 不 大 于 最 小 水 平 尺 寸 的 房 屋 。低 矮 房 屋 與 其 它 一 般 房屋 的 風 荷 載 取 值 規(guī) 律 不 同 ，是 由 于 兩 者 所 受 氣 流 的 機 理 不 同之 故 。低 矮 房 屋 貼 近 地 面 ，受 地 面 粗 糙 度 的影 響顯 著 ，氣 流 多 呈 湍 流 ，其 風 壓 分 布 一 般 需 通 過 能 反 映 湍 流 影 響 的邊 界 層 風 洞 試 驗 測 得 。 其 它 一 般 房 屋 隨

4、 高 度 的增 加 而 地 面 狀 態(tài) 的 影 響 逐 漸 減 弱 ，氣 流 也 逐 漸 轉 為 平 穩(wěn) 流 ，其 風 壓 分 布 一 般 是 通 過 反 映 平 穩(wěn) 流 作 用 的航 空 風 洞 試 驗 測 得 。在 美 國 荷 載 規(guī) 范 A S C E 7中 ， 以 房 屋 屋 面 平 均 高 度 1 8m 為 界 ( 高 于 和 低 于 ) 分 別 給 出 了 風荷 載 體 型 系數 的 圖 表 ，并 指 出 “ 由于 風 洞

5、試 驗 結 果 是 針 對 特 定 房 屋 類 型 如 低 矮 房 屋 和 高 層 房 屋 得 出 的 ， 因此 設 計 者應 加 小 心 ，不 得 不 加 區(qū)別 地 換 用 圖 表 中 的數 值 。 ”‘ 目前 ，國 際 上 已從 邊 界 層 風 洞 試 驗 獲 得 了低 矮 房 屋 風 壓 分 布 的一 些 結 果 ，其 中美 國金 屬 房屋 制 造 商 協(xié) 會 MB MA 《 低 層 房 屋 體 系 手 冊 》 ( 1 9 9 6

6、 ) 做 出 的規(guī) 定 ， 內容 較 完 整 且 實 用 性 強 。該 手 冊 關 于 風 荷 載 的 規(guī) 定 ， 是 1 9 7 61 9 8 5年 在 美 國 鋼 鐵 研 究 會 A I S I 、加 拿 大 鋼 鐵 工 業(yè) 結 構 研 究 會 S I C C 和 美 國 金 屬房 屋 制造 商 協(xié)會 M B M A共 同資 助下 ， 由有 國際 權 威 性 的 加 拿 大 西 安 大 略 大 學 邊 界 層 風 洞 試 驗 室 B

7、 L WT專 門針 對 一 般 低 矮 房 屋 和 低 矮 鋼 結 構 房 屋 研 究 得 出 的 。 此 成 果 已 先 后 被 加 拿 大 荷 載 規(guī) 范 ( 1 9 8 5 ) 、美 國荷 載 規(guī) 范 A S C E 7 ( 1 9 9 3 ) 和 國 際 風 荷 載 標 準 I S O 4 3 5 4 ( 1 9 9 7 ) 采 用 。我 國荷 載 規(guī) 范 G B5 0 0 0 9 - - 2 0 0 1 關 于 風 荷 載 體

8、 型 系 數 的規(guī)定 ，大多 是 根據 早期 在 航空 風 洞 中得 出 的實 驗結 果 經適 當處理 后做 出的 。我 國至 今 尚無 關 于低 矮 房 屋 的 邊 界 層 風 洞 試 驗 結 果 ?；?于 這 樣 的情 況 ，在 1 9 9 9年 3月 召開 的關 于 C E C S1 0 2中 風荷 載 問題 專 題 審查 會上 做 出決 議 ：“ 目前 我 國關 于低 層 輕 型房 屋 鋼 結 構 的風荷 載 ，資 料 尚不完

9、備 ，為 了保 證 結構 安 全 ，風 荷 載 體 型 系 數 采 用 國 際 上 有 權 威 性 的美 國 MB MA規(guī)定 值 。并 且 ，加 注說 明對本 規(guī)程 未 作 規(guī)定 的 建筑 類 型和體 型 ，其 體 型系 數可 按我 國荷 載規(guī) 范采 用 ?！痹?2 0 0 2 年 1 1 月審 查 C E C S 1 0 2的修 訂稿 時 ，再次 對 此 問 題 進 行討 論 ，維 持 了 1 9 9 9年 的審 查決議 。本 文 將

10、 根 據 美 國 MB M A 手 冊 ( 1 9 9 6 ) 提 供 的 資 料 ， 闡 明 中 國工 程 建 設 標 準 化 協(xié) 會 標 準 《 門式 剛 架 輕 型 房 屋 鋼 結 構 技 術 規(guī) 程 》 C E C S1 0 2： 2 0 0 2附 錄 A“ 風 荷 載 計算 ” 的背 景 ，并 做 出若 干 比較 和 分 析 。2術 語 2 ． 1敞 開式 建 筑 外 墻 面 至 少 有 8 0 ％ 敞 開 的建 筑 。2

11、． 2部 分 封 閉 式 建 筑 受 外 部 正 風 壓 力 的墻 面上 孔 口總 面 積 超 過 該 建 筑物其余外 包面 ( 墻 面和屋面 ) 上 孔 口面積 的總和 ，并 超 過 該 墻 毛 面 積 的 5 ％ ，且 建 筑 物 其 余 外 包 面 的 開 孔 率 不 超 過 2 0 ％ 的建 筑 。 即 A0 >0 ． 0 5 Ag ， A0 >Ao i ， Ao i ／ As i <0 ． 2 0( 1 )式

12、 中 A。 — — 受外 部 正 風壓力 墻 面 上 的孔 口總 面積 ；A。 —— 受 外 部 正 風 壓 力 墻 面 的毛 面 積 ；A—— 除 A。 外 ，建 筑 物其余 外 包 面 ( 墻 面 和 屋 面 ) 上 孔 口面 積 總 和 ；A| i —— 除 A外 ，建 筑 物其 余外 包 面 ( 墻 面 和 屋 面 ) 的 毛 面 積 總 和 。2 ． 3封 閉 式 建 筑 在 所 封 閉 的空 間 中 無 符 合 部 分 封

13、閉式 建 筑 或 敞 開 式 建 筑 定 義 的那 類 孔 口 的建 筑 。 門 、窗 和 其 它 建 筑 附 屬 物 ，如 已設 計 成 抗 風 壓 的 ，而 且 開 閉 的管 理 制 度 落 實 ，則 可 不 作 為 孔 口考 慮 。2 ． 4端 區(qū) 。中 間 區(qū) 確 定 主 要 承 重 結 構 構 件 的風 荷 載 體 型 系 數 時 ，9維普資訊 http://www.cqvip.com 前 ，本 規(guī) 范 暫 不 明 確 低 矮

14、 房 屋 圍 護 結 構 風 荷 載 的 具 體規(guī) 定 ，容 許 設 計 者 參 照 國外 對 低 矮 房 屋 的邊 界 層 風 洞 試 驗 資 料 或 有 關 規(guī) 定 進 行設 計 ” 。 因 此 ，在 公 式 ( 3 ) 中不 再 單 獨 考 慮 陣 風 系 數 。 如 按 荷 載 規(guī) 范 乘 以此 參 數 ( 取 值 1 ． 6 3～2 ． 7 6 ) ，則 圍 護 結 構 的風 荷 載標 準 值 將 顯 著 提 高 ，這 是

15、不 妥 當 的 。根 據 1 9 9 9 年 規(guī) 程 專 題 審 查 會 的 決 議 ，C E C S 1 0 2 - 2 0 0 2中 加 注 說 明 ，對 于 本 規(guī) 程 未作 規(guī) 定 的 建 筑 類 型和 體 型 ，風 荷 載 體 型 系 數 可 按 我 國荷 載 規(guī) 范 采 用 。但 應 注 意 ，此 時 應 配 套 地 采 用 基 本 風 壓 和 陣 風 系 數 ，即 不 須 再 乘 綜 合 調 整 系 數 1 ． 0 5 ，

16、并 按 荷 載 規(guī) 范 對 圍 護 結 構 乘 以 。本 文 4 、 5兩 節(jié) ，將 著 重 闡 明 C E C S1 0 2：2 0 0 2規(guī) 定 的 風 荷 載 體 型 系 數 。采 用 這些 系 數 ，房 屋 必 須 符 合 下 列 三 個 條 件 ：( 1 ) 屋 面平 均 高 度 不 大 于 1 8 m；( 2 ) 檐 口高 度 不 大 于 房屋 的 最 小 水 平 尺 寸 ；以 上 兩 點 是 低 矮 房 屋 的 定 義

17、所 要 求 ，風 洞 試 驗 均 在 這 個 條 件 下 進 行 。( 3 ) 屋 面 坡 度 不 大 于 1 O 。 。MB MA 關 于 風 荷 載 的 規(guī) 定 本 可 適 用 于 平 頂 房 屋 、坡 度 不 大 于 3 O 。 的 單 坡 頂 房 屋 和 各 種 坡 度 的 雙 坡 頂 房 屋 。 由 于 C E C S1 0 2規(guī) 定 門 式 剛 架 房 屋 的 屋 面坡 度 宜 取 1 ／ 8～1 ／ 2 0 ， 即 2 ．

18、 9 。 ～7 ． 1 。 ，故 規(guī) 程 中 只 引 用 了 MB MA 手 冊 中屋 面 坡 度 0 。 ～1 0 。 情 況 下 的 體 型 系 數 。4主 要 承 重 結 構 的 風 荷 載 體 型 系 數 4 ． 1MB MA 的 規(guī) 定 MB MA手 冊 中關 于 主 要 承 重 結 構 風 荷 載 體 型 系 數 的規(guī) 定 ，適 用 于 低 矮 房屋 的 主 要 抗 風 體 系 ，如 剪 力 墻 、橫 隔 墻 、剛 架 、支

19、 撐 框 架 和 空 間 桁 架 等 。 門 式 剛架 是 其 中一 種 。表 2和 表 3中 給 出 的體 型 系數 可 應 用 于 圖 1 一a所 示 的 雙 坡 房 屋 。 這 些 系 數 是 按 端 區(qū)和 中 間 區(qū)分 別 給 出 的 ，端 區(qū) 取值 較 大 。按 照 MB MA手 冊 的規(guī) 定 ，單 坡 頂 房 屋 的 體 型 系 數 可 按 雙 坡 頂 房 屋 的 兩 個 半 邊 處 理 ，如 圖 1 一b中 所示 。表 2

20、 主 要 承 重 結 構 的 橫 向 風 荷 載 體 型 系 數 ( 0 。 ≤ 口≤ 1 0 ~ )建 荷 端 區(qū) 中 間 區(qū) 筑 載 類 狀 I E2 E3 E4 El234型 況 封 I+0 ． 5 0一1 ． 4 0—0 ． 8 0—0 ． 7 0+0 ． 2 5一1 ． 0 0—0． 6 5—0 ． 5 5閉 式 Ⅱ+0 ． 9 0一 1 ． o o一0 ． 4 0—0 ． 3 0+0 ．

21、6 5—0 ． 6 o一0 ． 2 5—0 ． 1 5部 I+0． 1 0一 1 ． 8 0一 1 ． 2 0一 1 ． 1 0—0 ． 1 5一1 ． 4 0一 1 ． 0 5—0 ． 9 5分 封 閉 Ⅱ+ 1． o o一0 ． 9 0—0 ． 3 0—0 ． 2 0+0． 7 5—0 ． 5 0—0 ． 1 5—0 ． 0 5式 敞 I一0 ． 7 0—0 ． 7 0— ． 0 ． 7 0—0 ． 7 0開 式

22、Ⅱ一0 ． 3 0—0 ． 8 0—0 ． 3 0—0 ． 8 0表 3 主 要 承 重 結 構 的 縱 向 風 荷 載 體 型 系 數 f 口 不 限 )建 荷 端 區(qū) 中 間 區(qū) 筑 載 類 狀 型 況 I E， 4 E2 E3 E5 E6 E1 ， 42356封 I一0 ． 7 0一1 ． 4 0—0． 8 0+0． 5 0—0 ． 7 0—0 ． 7 0一 1 ． o o一0 ． 6 5+0 ． 2

23、 5—0 ． 5 5閉 式 Ⅱ一0 ． 3 0一1 ． o o一0 ． 4 0+0 ． 9 0—0 ． 3 0—0 ． 3 0—0 ． 6 o一0 ． 2 5+0 ． 6 5—0 ． 1 5部 分 I— 1 ． 1 0一1 ． 8 0一 1 ． 2 0+0 ． 1 0一 1 ． 1 0一 1 ． 1 0一1 ． 4 0一1 ． 0 5—0 ． 1 5—0 ． 9 5封 閉 Ⅱ一0 ． 2 0—0． 9 0 — 0． 3 0

24、+ 1 ． o o一0． 2 o一0． 2 0—0． 5 0—0． 1 5+0． 75—0． 0 5式 敞 開 I一0 ． 7 0—0 ． 7 0—0． 7 0—0． 7 0式 注 ： 1 ) 表 中 ， 正 號 ( 壓 力 ) 表 示 風 力 由 外 向 里 ，負 號 ( 吸 力 ) 表 示 風 力 由 里 向 外 。2 ) 當 有 一 種 以 上 荷 載 狀 況 時 ，承 重 結 構 應 按 最 不 利 條 件 設 計 。3 )

25、 對 敞 開 式 建 筑 ， 1區(qū) 、 5區(qū) 中 的 遮 擋 面 可 取 +1 ． 0 5 。4區(qū) 、6區(qū) 中 的 遮 擋 面 可 取 一1 ． 0 5 。4 ) 對 屋面 以上 的周邊 突 出物 ，1 區(qū) 、5區(qū)可取 +1 ． 3 0 ，4區(qū) 、6區(qū)可取 一1 ． 3 0 ，其 中 包括迎 風面 與背風 面 的影響 。5 ) 當 端 部 柱 距 不 小 于 端 區(qū) 寬 度 時 ， 端 區(qū)風 荷 載 值 超 過 中 間 區(qū) 的 部 分