檩条承受的堆积雪荷载应该如何计算?
对比一下我国的建筑结构荷载规范和美国的MBMA手册可以发现有两个重大区别:其一,我国的建筑结构荷载规范对于风、雪、施工荷载取值普遍比MBMA要小很多;其二,根据建筑物的具体形状,对风、雪、活载的分布取值,我国规范非常简单,不详细,而MBMA考虑得很详尽,但计算复杂。2007 年初,沈阳特大雪灾压垮了许多轻钢结构建筑,几乎都是带有女儿墙或高低跨的建筑,其重要原因是计算檁条的积雪荷载出了问题。在积雪荷载作用下,檩条被压垮,牵动主刚架倒塌,见图7.2-1。按照GB 50009中,在屋面有高低差处的积雪分布按简单的阶形分布模式计算,这个模式用于计算主刚架是可以的,因为它符合等效荷载原理。过去是为了手工计算方便用简化的等效荷载模式,现在采用软件计算,无此必要),但用于檩条计算就极为不妥,因为檩条不能共同平均分担不均匀的积雪荷载,只能承担各自区域内的积雪分布荷载,应该按近似的三角形分布取相应值。但我国的荷载规范没有相应的计算公式,虽然GB50009中规定“屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用”,但由于规范没有给出积雪分布的具体形状和计算方法,导致长期以来设计人员不考虑实际积雪形状,机械套用荷载规范,按仅适用于计算主刚架的2倍积雪矩形分布来计算积雪荷载区域的所有檩条,严重脱离实际工况。
1.高低跨(包括雨篷、女儿墙可参照计算)
各几何参数如图1所示。
求基本积雪深度:
3.屋面有较大突出物
参见图3对突出物的四边,仅考虑边长S>4.5m的积雪效应计算,小于4. 5m的一边不考虑积雪效应计算:
对于多脊多坡的结构形式,如果屋面坡度02.5°,则在坡谷处应考虑有局部堆积雪,见图4,在屋脊处雪荷载减少一半,在坡谷处雪荷载增加一倍,与我国GB 50009相比,主刚架的内力计算GB50009规定,对于框架可按全跨均匀分布情况采用)差别不大(因坡谷处有柱子),但对于檩条的内力计算,差别可达43%。
此外,在高低跨建筑中,如果高跨屋面坡度0> 10°,还需考虑高跨屋面的雪滑落在低跨屋面的情况,-般门式刚架轻钢结构屋面坡度不会达到10,故可以不考虑这-情况,实际上,坡度小于10°时仍会有滑雪情况,只不过不严重,可忽略不计罢了。
4.不均衡雪荷载分布
当屋面坡度大于5°时,尚需考虑不均衡雪荷载分布,如图5所示,MBMA 2002对不平衡雪载分布的规定计算很复杂,需根据建筑物的宽度2W、屋面坡度θ、建筑物的长宽比L/W等因素确定,一般情况下比我国GB 50009的相应规定的不平衡程度更严重,图5 (a)~(d)所示是建筑物的四种不平衡雪分布情况。通过计算分析可知,不平衡雪载分布与整体屋面均匀分布的模式相比,其刚架弯矩相差小,可忽略不计,因此,对于主体刚架按GB 50009的简化模式计算雪荷载是可行的,但对于近檐口檩条来说,荷载相差很大,按MBMA的最不利情况,檁条内力的增大可达90%,应在设计中加以注意。
5.小结
(1) GB 50009的简化等效积雪荷载计算适用于主体刚架,但不适用于檩条。
(2)对于檩条积雪荷载的取值:凡有高低跨处(包括女儿墙),必须按实际的积雪分布图来计算,应吃透GB 50009条文说明的精神,不可简单按其表6. 2.1的积雪分布模型计算。
(3)对于不平衡积雪分布和多几多坡谷积雪等情况,应注意考虑屋面边缘区域和坡谷区域的檩条积雪荷载的增加。