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门式刚架轻型房屋钢结构抗雪设计要点

发布于：2024-11-14 13:55:14 来自：建筑结构/钢结构工程

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本文转载自公众号威海图审中心

轻钢屋面是指屋面板较轻（压型钢板或轻质夹芯板），通常通过自攻螺钉固定在檩条上的屋面体系。轻钢屋面体系支撑在实腹钢梁或桁架上，桁架的形式有三角形、梯形、梭形、三铰捞等，可采用角钢薄壁型钢、圆管、方管等来制作。因为加工制作较为繁琐，现已逐渐为实腹钢梁所代替。竖向受力构件可以是钢柱，也可以是混凝土柱，单层厂房较为常见的结构形式是采用钢梁与钢柱固接一体的门式刚架。

根据《门式刚架轻型房屋钢结构技术规范》GB51022-2015（以下简称为《门规》）的规定，“门式刚架轻型房屋”是房屋高度不大于18m，房屋高宽比小于1，采用变截面或等截面实腹刚架，围护系统采用轻型钢屋面和轻型外墙(有时也采用非嵌砌砌体墙)，设置起重量不超过20t的轻中级工作制桥式吊车或悬挂式吊车的钢结构单层房屋。房屋高度超过18m的类似建筑，构件的强度、稳定性设计可参照《门规》。

2023年威海这轮降雪规模超过往年，尤其是文登，临港两区，短时间内大量降雪，造成部分未能及时清雪的轻钢结构厂房倒塌，大量房屋变形受损。经排查，倒塌房屋基本上是设计和建造时间较早的轻钢结构厂房，新近设计的轻钢结构建筑受损相对较轻。

轻钢结构概念涵盖较广，现仅就门式刚架轻型房屋钢结构在抗雪方面的设计要点，总结如下：

1.适当增加设计雪荷载取值

门式刚架轻型房屋钢结构屋盖较轻，属于对雪荷载敏感的结构。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，基本雪压应适当提高。按照现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB?50009的规定，对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压。威海地区为0.6KN/㎡（每平方米60公斤重），对于有外挑天沟或女儿墙等清雪困难的建筑，应在此基础上，适当增加设计雪荷载取值。

2.采用能够减少局部积雪的屋面形式

为减小雪灾事故，轻型钢结构房屋宜采用单坡或双坡屋面的形式，避免中间出现大范围积雪区域；对高低跨屋面，宜采用较小的屋面坡度，防止高屋面上的雪，过多的漂移到低屋面上，从而导致局部堆积过厚；不设或减少女儿墙、屋面突出物等，以减低积雪危害。

3.计算应考虑积雪分布情况

门式钢架结构超载能力差，设计主结构及围护结构时，尤其要注意女儿墙附近，附房墙体附近，高低跨形成的高低屋面和多跨房屋内天沟等处的堆雪荷载。设计门式刚架时，应严格按照《门规》第4.3.2,4.3.3条要求，考虑积雪分布系数，考虑雪的堆积和漂移荷载。对于屋面板和檩条，积雪分布系数应按积雪不均匀分布的最不利情况采用；刚架斜梁应按全跨积雪的均匀分布，不均匀分布和半跨积雪的均匀分布，进行包络设计。

4.适当减小门式刚架梁柱翼缘的宽厚比

《门规》第3.4.1条规定，主刚架构件受压板件中，工字型截面构件受压翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比，不应大于15εk(εk为钢号修正系数，其值为235与钢材牌号中屈服点数值比值的平方根）；第3.4.3条规定，当地震作用组合的效应控制结构设计时，工字型截面构件受压翼缘板自由外伸宽度与其厚度之比，不应大于13εk。另根据《建筑与市政工程抗震通用规范》GB55002-2021第1.0.2条规定，抗震设防烈度6度及以上地区的各类新建，扩建，改建建筑必须进行抗震设防。针对威海地区降雪概率高，强度大的特点，建议不是地震作用组合控制的结构，钢柱及与钢柱相连区段梁（塑性耗能区）的宽厚比限值也按13εk（相当于S3级或四级抗震的要求）考虑，以增加结构延性，防止结构整体垮塌。

5.外挑天沟设计荷载要考虑充分

寒冬天气，天沟会因排水不畅而产生结冰现象，屋面的积雪滑落也会堆积在这里。设计时应充分考虑外挑天沟处，高密度的冰雪荷载以及屋面清雪过程中，可能产生的动力荷载影响。

6.刚架梁柱，抗风柱增加隅撑设置，提高结构稳定性

刚架结构的平面外稳定直接影响结构的承载能力，在屋面斜梁受压区（檐口处和多跨屋脊处）应加密隅撑设置。双侧设置的隅撑，在满足支撑点位置，自身长细比等要求的前提下，可以减小屋面斜梁的平面外计算长度，提高稳定性。同样，在刚架柱，抗风柱上设置隅撑也是提高结构整体稳定性的有效措施。这里需要注意的是，边跨单侧布置的隅撑应充分考虑因檩条变形所传递的侧推力影响。

7.给出屋面板的厚度和强度要求

如屋面板厚或强度不满足要求，在雪荷载作用下，会引起屋面压型钢板板变形过大，卡扣脱开，密封开裂等，造成渗漏。《门规》第11.1.4条规定，采用彩色镀层压型钢板的屋面及墙面板的基板力学性能应符合现行国家标准《建筑用压型钢板》GB／T?12755的要求，基板屈服强度不应小于350N／mm2，对扣合式连接板基板屈服强度不应小于500N／mm2。在设计文件中应予以明确。

8.基本风压应放大1.1倍，风荷载放大系数应满足《工程结构通用规范》GB55001-2021的要求

暴风雪天气，风雪荷载同时组合，是对结构安全的更严峻考验，风荷载的正确取值至关重要。《门规》第4.2.1条风荷载标准值计算公式中的μw称为风荷载系数，和《建筑结构荷载规范》GB?50009-2012中风荷载体型系数μs有所区别。门式刚架轻型房屋钢结构属于对风荷载比较敏感的结构，因此，计算主钢架时，β系数取1.1是对基本风压的适当提高，并非风荷载放大系数，根据《工程结构通用规范》GB55001-2012第4.6.5条规定，对主要受力结构尚应考虑不小于1.2的风荷载放大系数。《门规》未对女儿墙的风荷载系数做出规定，设计时可按《建筑结构荷载规范》GB50009-2012中相应的风荷载体形系数进行取值。女儿墙较高的门刚结构风荷载计算宜按《门规》和《建筑结构荷载规范》包络设计。

9.屋面檩条设置双层拉条

为防止檩条失稳，檩条之间的拉条和撑杆应设置在檩条的受压部位，由于恒载和活载组合下檩条上部受压，恒载和风载组合下檩条下部受压，需同时考虑这两种工况，故应采用双层拉条体系，当檩条下翼缘连接有内衬板时，该内衬板可代替下层拉条体系的作用，可仅设上层拉条体系。双层拉条除了能够有效的增加檩条平面外稳定外，还有利于雪灾后对变形檩条的调正恢复。

10.给出使用过程中及时清雪的要求，推荐采用融雪设计或清雪安全设施

积雪密度粗略可按150㎏/m3计算，根据威海地区百年一遇的基本雪压60㎏/㎡可以算出，设计积雪厚度为40㎝。考虑到屋面檩条的稳定性和经济性，门式钢架的屋面坡度一般较缓（1/8~1/20）,因此即便是自由排水屋面的积雪也不容易自然滑落。当屋面积雪大于设计厚度时，便会存在安全隐患。因此设计单位应根据工程实际情况，在设计文件中给出及时清雪的要求。房屋采暖能够有效减少积雪厚度，或者有针对性的对天沟等关键部位进行融雪设计，使得融化的雪水能够畅通排下，减少局部冰冻堆积；屋面设计宜预先考虑人工清雪时安全绳的固定设施。

综上所述，采取合理的构造措施，能够较为经济和有效的提高门刚结构的稳定性。同时设计荷载考虑充分，适度的减少结构的荷载比（实际承受的荷载与结构能够承受的极限荷载之比），会极大的增加结构的安全性。

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