钢结构设计风荷载常见问题 及《门规》和《荷规》风荷载区别

计算屋面围护结构时风荷载标准值计算公式

w _k = βμ _w μ _z w ₀

    w _k = β _gz μ _s1 μ _z w ₀

对比这两个公式，区别在于阵风系数和体型系数的选取两个方面。后面内容将分为两个方面介绍： 1. 阵风系数； 2. μ _s

β ：系数。

(1)   《门刚》计算檩条、墙梁、屋面板和墙面板即其连接时，取 1.5 。计算围护结构时，脉动风相当于放大系数 1.5 来考虑。

(2)    《通规》 4.6.5 第 2 条，围护结构的风荷载放大系数应根据地形特征，脉动风特性和流场特征等因素确定，且不应小于 。 将公式 计算得到 β ，见表 1 。

表 1  系数 β （根据《通规》公式计算）

由表 1 可见，通规计算所得 β 的均大于 1.5 ，故当采用《门规》计算围护结构风荷载标准值时，应采用通规计算风荷载放大系数 β 。  

β _gz ：高度 Z 处的阵风系数，围护结构通过对阵风系数的考虑来反映脉动风。表 2 为《荷规》计算所得的阵风系数 β _gz 。

《通规》 4.6.5 第 2 条，围护结构的风荷载放大系数应根据地形特征，脉动风特性和流场特征等因素确定，且不应小于 。

由于《通范》属于强条，因此我们在对围护结构风荷载计算时，必须按《通规》规定计算脉动风的增大系数，并综合考虑《荷规》的阵风系数，取最大值。

表 2   阵风系数 β _gz （《荷规》表 8.6.1 摘录）

由表 1 和表 2 的对比可知： B 类粗糙度下两者放大系数是相同的； A 类粗糙度下，《通规》的放大系数较大； C ， D 粗糙度下《荷规》放大系数的取值比《通规》取值大。

μ _w ：风荷载系数

以常见的 0°≤ θ  ≤10° 单跨双坡屋面封闭式房屋为例。表 3 、 4 为双坡屋面 0°≤ θ ≤10° 时，风荷载体型系数，用于围护结构和屋面板。

图 1  双坡屋面和挑檐风荷载系数分区（ 0°≤ θ  ≤10° ）

注： a 为计算围护结构构件时房屋边缘带宽度，取房屋最小水平尺寸的 10% 或 0.4h 之中较小值，但不得小于房屋最小尺寸的 4% 或 1m 。

表 3   双坡屋面风荷载系数（风吸力）

表 4  双坡屋面风荷载系数（风压力）

以双坡屋面风荷载系数（风吸力）为例，计算得到风荷载系数表 5 。

表 5  风荷载系数（风吸力）

表 6  风荷载系数（风压力）

注： A 为有效风荷载面积（ m ² ）。

图 3  各区域下风荷载体型系数随受荷面积变化曲线

将表 5 及表 8 中的风荷载体型系数 ( 风吸力）整理并绘制出图 3 。由于《荷规》中 Ra 、 Rb 、 Rc 区域与《门规》中角区，边区、中间区近似一致，故将其进行对比分析。 对于角区（ Ra ）来说，当受荷面积 <6.5m ² 时，《门规》的风荷载体型系数大于《荷规》，反之，《荷规》风荷载体型系数更大。对于边区（ Rb ）来说，《荷规》风荷载体型系数大于《门规》。对于中间区（ Rc ）来说，当受荷面积 <8m ² 时，《荷规》风荷载体型系数大于《门规》，反之，《门规》风荷载体型系数更大。

μ _s1 ：风荷载局部体型系数

以封闭式矩形平面房屋的双坡屋面为例。

图 2  封闭式矩形平面房屋的双坡屋面

风荷载系数分区

注： E 应取 2H 和迎风宽度 B 中较小者

表 7   封闭式矩形平面房屋的双坡屋面

风荷载局部体型系数

《荷规》 8.3.4 条，计算非直接承受风荷载的围护构件（如檩条等）风荷载时，局部体型系数 μ _s1 可按构件的从属面积折减，折减系数按下列规定采用：

1.   当从属面积不大于 1m ² 时，折减系数取 1.0 ；

2.   当从属面积大于或属于 25m ² 时，对墙面的折减系数取 0.8 ，对局部体型系数绝对值大于 1.0 的屋面区域折减系数取 0.6 ，对其他屋面区域折减系数取 1.0 ；

3.   当从属面积大于 1m ² 小于 25m ² 时，墙面和绝对值大于 1.0 的屋面体型系数可采用对数插值，即按下式计算局部体型系数：

《荷规》  8.3.5 条，计算围护结构风荷载时，建筑物内部压力的局部体型系数可按下列规定采用：

1.   封闭式建筑物，按其外表面风压的正负情况取 -0.2 或 0.2 。

整理出坡度  α≤5° 时封闭式矩形平面房屋的 双坡屋面风荷载局部体型系数 μ _s1 见表 8 。

表 8  风荷载局部体型系数 μ _s1

各区风压力均为 +0.2 。