《建筑结构荷载规范》GB 50009-2012(以下简称“GB 50009”)第 7.1.2条中规定,对于雪荷载敏感的结构,应该按 100年重现期的雪压。
请问敏感的结构该如何界定?条文说明中举例轻型屋盖为敏感的结构,那么商业综合体屋面上常见的采光顶(顶部一般采用钢化玻璃)等是否属于敏感结构呢?
答:GB50009第7.1.2条为强制性条文,该条条文说明指出:对雪荷载敏感的结构主要是指大跨、轻质屋盖结构,此类结构的雪荷载经常是控制荷载,极端雪荷载作用下容易造成结构整体破坏,后果特别严重,因此基本雪压要适当提高,采用100年重现期的雪压
《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ22012第5.3.2条规定:“采光顶和金属屋面的雪荷载、施工检修荷载应按现行标准《建筑结构荷载规范》GB 50009规定采用。”
商业综合体屋面局部采用轻质采光顶,当其支承结构为雪荷载敏感结构时,应采用100年重现期的雪压进行设计。
《屋面结构雪荷载设计标准》T/CECS796-2020第2.1.1条规定:“均匀分布时的雪荷载标准值超过单位面积自重荷载标准值 40%以上的屋面结构为雪荷载敏感结构。
最近有些地方审图机构提出轻钢结构雪荷载按 100 年重现期取值 . 笔者在此谈一下自己的看法。
《建筑结构荷载规范》7.1.2:基本雪压应采用按本规范规定的方法确定的 50 年重现期的雪压;对雪荷载敏感的结构,应采用 100 年重现期的雪压。很多人认为轻钢结构太轻巧,屋面恒载通常小于雪荷载和活载的最大值,属于对雪荷载敏感结构,因此要求雪荷载按百年取值。但其忽略了:对荷载敏感与否固然与结构形式有关,但跨度对敏感程度的影响绝对更大,抛开跨度仅以结构形式讨论这个问题显然是不对的,恒载主控也未必能降低结构对荷载反应的敏感程度。
《建筑结构荷载规范》7.1.2 条文说明(P212): 对雪荷载敏感的结构主要是指大跨、轻质屋盖结构,此类结构的雪荷载经常是控制荷载,极端雪荷载作用下的容易造成结构整体破坏,后果特别严重,因此基本雪压要适当提高,采用 100 年重现期的雪压。这里指出“大跨度轻质屋盖”按 100 年重现期取值,那么多大的跨度对钢结构来说才算大跨度呢?《钢结构设计规范》(GB50017-201X)( 征求意见稿 ) 对“大跨度”的定义:A.3.1:大跨度钢结构体系指跨度等于或大于 60m 的屋盖结构,大跨度钢结构体系可以按下表 A.3.1 分类:
可见“大跨度”专指“跨度大的屋盖”,这类结构超静定次数少且跨度又大,按百年雪荷载取值是可以理解的。
再查《建筑结构荷载规范》7.1.2 条文说明(P214):“对雪荷载敏感的结构,例如轻型钢屋盖,雪荷载有时会远超过结构自重。屋盖结构的可靠度可能不够,因此对这种情况,建议将基本雪压适当提高”。
这里主要指“混凝土柱 + 钢屋盖结构”,这类结构钢梁接近连续梁或简支梁,超静定次数比较少容易出问题,08 年雪灾倒塌的大多数房子都属于这类结构。但应该注意:08 年以前各地区审图对钢梁挠度控制按 L/180 控制(部分地区倾向 L/250),这种情况下,钢梁通常由强度和稳定性控制,截面较小;08 年以后各地图审按 GB 50017-2003 附录 A项次 4“主梁和桁架”项控制(L/400(L/500))(但无官方明文要求)。实际上,做过设计的都知道:挠度严控(指参考“主梁”)的情况下,梁截面主要由挠度控制,应力比大多都在 0.5~0.75 之间,支座通常采用完全不抗剪连接或部分抗剪连接,梁挠曲产生的支座水平位移得到部分或完全释放。主梁和桁架按 L/400(L/500) 控制主要考虑了“上铺混凝土结构层裂缝的开展要有所限制以及楼屋面上部使用舒适度需求”。对彩板维护的轻型屋盖来说关注的却是屋面板纵横向搭接(或者咬合)呛水的可能性。显然后者要求比前者要低很多。另外,雪荷载增加 10%~15% 对挠度主控的钢屋盖梁来说强度和稳定性应力比增加有限,挠度微增对使用的影响微乎其微。如果轻钢屋盖参照网架挠度的要求(L/250),荷载增加 10%~15% 时强度或稳定性应力比才可能对钢梁截面出现主控的可能。
再比较 100 年重现期和 50 年重现期的雪荷载,可以发现大多数地区相差 0.05kN/m 2 , 一般在 10%~15% 之间。
对门式刚架轻钢结构常用跨度 16~27 米来说增加 0.05kN/m 2 对结构应力比影响不大,算不上对雪荷载太敏感。另外,一般轻钢结构截面由平面外稳定性控制,通过多样化的构造措施可以加强对平面外稳定性的控制(比如对应力比大的区域加密隅撑),很容易调高储备以应对偶发超载。
在一些寒冷的北方地区(如威海),地方政府对雪荷载取值做了专门规定(通常大于规范要求),可以理解为应对统计不足或者地理气候变迁的有效补充。我国版图辽阔地区地貌复杂多样以及区域气候差异明显,补充统计样本以细化“表 E.5”分区是必要的,地方上可以根据地区具体情况规定取值。结构设计应该考虑局部地区地貌和气候实际情况差异取值。回避地方差异和结构差异一律按 100 年重现期涵而盖之的做法是不科学的。另外,加大结构承载储备的手段也是多样化的,通过加大雪荷载重现期取值的做法并非充分必要。同时,设计者也应该明白规范值给定的只是下限,无论采取加大荷载、控制应力比上限还是采取构造措施加大承载储备都需要自己选择和掌控。
荷载规范有规定,对雪荷载敏感的结构,应采用100年重现期的雪压,但何为对雪荷载敏感的结构?却没有可量化的标准。
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