鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)風(fēng)荷載常見問題，附《門規(guī)》和《荷規(guī)》風(fēng)荷載區(qū)別

2024-04-17 10:00:37

次

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012（簡(jiǎn)稱“荷規(guī)”）第8章

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015（簡(jiǎn)稱“門規(guī)”）第4.2節(jié)

《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55001-2021（簡(jiǎn)稱“通規(guī)”）第4.6節(jié)

問

題

一

《門剛規(guī)范》和《荷載規(guī)范》都有關(guān)于風(fēng)荷載的規(guī)定，實(shí)際在布置風(fēng)荷載時(shí)，兩本規(guī)范該如何選擇？

A：《門剛規(guī)范》總則中規(guī)定了其適用范圍，其中“本規(guī)范適用于房屋高度不大于 18m，房屋高寬比小于1”主要是針對(duì)本規(guī)范的風(fēng)荷載系數(shù)的要求而規(guī)定的，門剛規(guī)范的風(fēng)荷載系數(shù)主要是根據(jù)美國(guó)金屬房屋制造商協(xié)會(huì) (MBMA) 低矮房屋的風(fēng)壓系數(shù)借鑒而來。

MBMA的《金屬房屋系統(tǒng)手冊(cè)2006》中的系數(shù)就是對(duì)高度不大于18m ，高寬比小1的單層房屋經(jīng)風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果。因此符合高度不大于18m、高寬比小1的單層房屋的風(fēng)荷載完全可以采用《門剛規(guī)范》來布置。

當(dāng)然也可以采用《荷載規(guī)范》，但超過此范圍時(shí)則不適用《門剛規(guī)范》，應(yīng)采用《荷載規(guī)范》；也就是《荷載規(guī)范》中的風(fēng)荷載對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸沒有要求，適用范圍廣泛，而《門剛規(guī)范》中的風(fēng)荷載僅適用高度不大于18m、高寬比小1的單層房屋。

問

題

二

二維模塊中，風(fēng)荷載輸入與修改中的“左風(fēng)”和“右風(fēng)”怎么理解？

A：二維程序中的“左風(fēng)”和“右風(fēng)”的意思分別是從左向右的風(fēng)和從右向左的風(fēng)，“左風(fēng)”即風(fēng)由左向右吹，風(fēng)向其實(shí)是朝右的；“右風(fēng)”即風(fēng)由右向左吹，風(fēng)向其實(shí)是朝左的，具體見下圖。

問

題

三

如下圖所示，根據(jù)《荷載規(guī)范》，左風(fēng)工況下，右側(cè)鋼架柱的風(fēng)荷載應(yīng)該是-1.80kN/m（負(fù)數(shù)），為何程序生成的荷載圖中卻是1.80kN/m（正數(shù)）？

A：《荷載規(guī)范》中體型系數(shù)的正負(fù)是根據(jù)風(fēng)對(duì)構(gòu)件產(chǎn)生的是風(fēng)壓力還是風(fēng)吸力來確定，風(fēng)壓力為正，風(fēng)吸力則為負(fù)（見下圖）。

對(duì)上圖所示的結(jié)構(gòu)而言，左風(fēng)工況下右側(cè)鋼柱受到的是風(fēng)吸力，體型系數(shù)為-0.5（負(fù)數(shù)），計(jì)算的風(fēng)荷載為-1.80kN/m（負(fù)數(shù)）；但在程序中實(shí)現(xiàn)時(shí)則是不區(qū)分左風(fēng)和右風(fēng)工況，統(tǒng)一為風(fēng)向右、向下為正，向左、向上為負(fù)，因此在程序中左風(fēng)工況下，右側(cè)鋼柱雖受到的是風(fēng)吸力，但方向是向右的，程序輸出為1.80kN/m（正數(shù)）。以上規(guī)則同樣適用鋼梁的風(fēng)荷載。

問

題

四

《荷載規(guī)范》中沒有規(guī)定“部分封閉式”結(jié)構(gòu)，為何程序會(huì)給出一個(gè)封閉形式為部分封閉式的選項(xiàng)？選擇部分封閉式后的荷載系數(shù)是如何取值的？如下圖。

A：查看《荷載規(guī)范》時(shí)確實(shí)沒有找到關(guān)于“部分封閉式”的相關(guān)說明，程序是考慮《荷載規(guī)范》表8.3.1的第28項(xiàng)次前后縱墻半敞開雙坡屋面的情況，將這類定義為部分封閉式。

因此對(duì)應(yīng)的荷載系數(shù)也是依據(jù)《荷載規(guī)范》表8.3.1的第28項(xiàng)次來取值的，各構(gòu)件的體型系數(shù)取值如下圖所示，其中3號(hào)構(gòu)件的體型系數(shù)為μs-0.3=-0.6-0.3=-0.9（屋面坡度5.71°，μs=-0.6），其余構(gòu)件直接按規(guī)范取值。

問

題

五

按《門剛規(guī)范》生成的風(fēng)荷載，為何會(huì)有左風(fēng)1、左風(fēng)2這樣的風(fēng)荷載工況？

A：根據(jù)《門剛規(guī)范》表4.2.2-1，對(duì)于封閉式房屋而言，荷載工況會(huì)區(qū)分（+i）內(nèi)壓為壓力、（-i）內(nèi)壓為吸力，因此僅在左風(fēng)工況下程序就會(huì)按照內(nèi)壓為壓力和內(nèi)壓為吸力生成左風(fēng)1和左風(fēng)2這樣兩種工況。如果是敞開式房屋，屋面坡度角在10°到25°之間，則程序會(huì)生成左風(fēng)1、左風(fēng)2和左風(fēng)3這樣三種工況。《門剛規(guī)范》條文說明4.2.2解釋了內(nèi)壓為壓力、內(nèi)壓為吸力兩種工況的由來。

問

題

六

《門剛規(guī)范》中沒有給出女兒墻的風(fēng)荷載體型系數(shù)，鋼結(jié)構(gòu)二維程序中對(duì)于布置了女兒墻的結(jié)構(gòu)，按《門剛規(guī)范》取風(fēng)荷載時(shí)女兒墻上的風(fēng)荷載體型系數(shù)是怎么取的？

A：門式剛架房屋考慮到外立面或其他用途可能會(huì)增設(shè)女兒墻，但是《門剛規(guī)范》中并沒有給出帶女兒墻的房屋的風(fēng)荷載體型系數(shù)，為了適應(yīng)這種情況，在PKPM鋼結(jié)構(gòu)二維程序中，女兒墻的風(fēng)荷載體型系數(shù)則按照《荷載規(guī)范》表8.3.1第15項(xiàng)次進(jìn)行取值。

當(dāng)然《荷載規(guī)范》中僅受風(fēng)面有對(duì)應(yīng)的體型系數(shù)，考慮到女兒墻柱在構(gòu)型上接近于懸臂柱，所以程序中受風(fēng)面和背風(fēng)面均按受風(fēng)面的體型系數(shù)取值。

問

題

七

請(qǐng)問敞開式門式剛架結(jié)構(gòu)在計(jì)算主剛架風(fēng)荷載時(shí)，由于1區(qū)和4區(qū)沒有圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為什么主剛架橫向風(fēng)荷載在1區(qū)和4區(qū)有系數(shù)？

A：根據(jù)《門剛規(guī)范》2.1.8條，敞開式房屋是指各墻面都至少有80%面積為孔口的房屋，因此規(guī)范規(guī)定的敞開式房屋不等于無圍護(hù)結(jié)構(gòu)房屋，其風(fēng)荷載體型系數(shù)按照的規(guī)范中對(duì)于“敞開式房屋”的體型系數(shù)取值，風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值則按照實(shí)際的迎風(fēng)寬度（不是構(gòu)件的擋風(fēng)面積）來計(jì)算。

問

題

八

請(qǐng)問風(fēng)振系數(shù)應(yīng)該如何取值呢？

A：

風(fēng)振系數(shù)仍然可以按照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》計(jì)算。此外，對(duì)于剛度較大的結(jié)構(gòu)，風(fēng)振系數(shù)可以參考陣風(fēng)系數(shù)取值；細(xì)長(zhǎng)、柔性的重要結(jié)構(gòu)，建議進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

荷載規(guī)范作為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容經(jīng)受了長(zhǎng)期的工程實(shí)踐考驗(yàn)，所以風(fēng)振系數(shù)仍然可以按照荷載規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算。只是風(fēng)振系數(shù)計(jì)算值低于1.2的，需要提高取值。原先不考慮風(fēng)振系數(shù)的，需要考慮乘以不小于1.2的風(fēng)振系數(shù)。

在荷載規(guī)范未修訂以前，對(duì)于剛度較大、荷載規(guī)范規(guī)定可以不考慮風(fēng)振的結(jié)構(gòu)，其風(fēng)振效應(yīng)可以只考慮“背景分量”造成的荷載放大，即將陣風(fēng)系數(shù)乘以0.85當(dāng)作風(fēng)振系數(shù)來使用。而對(duì)于荷載規(guī)范無法涵蓋的重要復(fù)雜結(jié)構(gòu)或者重要的柔性建筑結(jié)構(gòu)，建議進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)。

問

題

九

問

題

十

《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定計(jì)算主剛架時(shí)的放大系數(shù)取1.1。通用規(guī)范實(shí)施后，是將原來的放大系數(shù)由1.1改為1.2，還是在原來1.1的基礎(chǔ)上再乘以1.2？

具體情況具體分析，需要以門剛規(guī)范編制組的意見為準(zhǔn)。通用規(guī)范的風(fēng)荷載放大系數(shù)，是考慮風(fēng)荷載脈動(dòng)的增大效應(yīng)，在平均風(fēng)荷載基礎(chǔ)上的放大系數(shù)。因此，主剛架的放大系數(shù)應(yīng)該如何取值，取決于門剛規(guī)范風(fēng)荷載計(jì)算公式的物理含義。如果該系數(shù)是在平均風(fēng)荷載基礎(chǔ)上、考慮風(fēng)荷載脈動(dòng)的放大系數(shù)，則1.1低于1.2的最低限值，需要提高該系數(shù)取值；而如果該系數(shù)只是考慮門剛屬于風(fēng)敏感結(jié)構(gòu)而對(duì)基本風(fēng)壓進(jìn)行調(diào)整，則計(jì)算得到的仍然是平均風(fēng)荷載，還需要另行乘以通用規(guī)范規(guī)定的“風(fēng)荷載放大系數(shù)”。但需再次強(qiáng)調(diào)，1.2并不是一般性的取值依據(jù)，所以既不是將1.1改為1.2即可，也不是將二者連乘就行，需要具體情況具體分析。

在《通規(guī)》頒布以后，對(duì)《門規(guī)》和《荷規(guī)》各自都有什么影響？?jī)杀疽?guī)范在計(jì)算屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)又有什么區(qū)別？

注：《門剛》即《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB51022-2015，《荷規(guī)》即《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012，《通規(guī)》即《工程結(jié)構(gòu)通用規(guī)范》GB55001-2021。

總結(jié)上述結(jié)論

1. 通規(guī)計(jì)算所得β的均大于1.5，故當(dāng)采用《門規(guī)》計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，應(yīng)采用通規(guī)計(jì)算風(fēng)荷載放大系數(shù)β。

2. B類粗糙度下《門規(guī)》與《荷規(guī)》兩者放大系數(shù)均相同的；A類粗糙度下，《通規(guī)》的放大系數(shù)較大；C，D粗糙度下《荷規(guī)》放大系數(shù)的取值比《通規(guī)》取值大。

3. 當(dāng)?shù)孛娲植诙阮悇e為B類，坡度α≤5°時(shí)封閉式矩形平面房屋的雙坡屋面（風(fēng)吸），對(duì)于角區(qū)（Ra）來說，當(dāng)受荷面積<6.5㎡時(shí)，選取《門規(guī)》計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值更為不利，反之，選取《荷規(guī)》計(jì)算更為不利。對(duì)于邊區(qū)（Rb）來說，選取《荷規(guī)》更為不利。對(duì)于中間區(qū)（Rc）來說，當(dāng)受荷面積<8㎡時(shí)，選取《荷規(guī)》計(jì)算風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值更不利，反之，選取《門規(guī)》計(jì)算不利。