对门式钢架风荷载不利作用的分析研究

闫亚汐杜秉旋栾力文刘君阳

(1华北理工大学轻工学院，河北 唐山 063000 2河北建材职业技术学院，河北 秦皇岛 066000)

对门式钢架风荷载不利作用的分析研究

闫亚汐1杜秉旋2栾力文1刘君阳1

(1华北理工大学轻工学院，河北 唐山 063000 2河北建材职业技术学院，河北 秦皇岛 066000)

本文主要根据MBMA《低层房屋体系手册》中有关小坡度房屋的规定针对门式钢架风荷载计算过程中的几种不利情况进行了分析比对。分析得出当端区宽度大于二分之一柱距且小于柱距时，第二榀刚架最容易出现风荷载计算的错误。因此在设计第二榀刚架时，应反复核对端区宽度，最终确定风荷载体系系数。

门式刚架 风荷载 不利作用 体系系数

一、前言

自20世纪90年代初以来，以门式刚架形式为主要受力结构的单层轻钢房屋在我国得到极为广泛的应用。就其优点而言，门式刚架轻型钢结构房屋自重轻、用钢省；抗震性能好，在抗震设防裂度为7度地区，地震力通常不控制设计；可跨越较大跨度。考虑到门式刚架的结构形式以及受力特点，在水平方向主要由风荷载控制设计。我国现行国家标准《建筑架构荷载规范》GB50009中表8.3.1第2项明确规定了封闭式双坡屋面的风荷载体型系数取值。[1-4]如表1所示。

表1 封闭式双坡屋面的风荷载体型系数取值

二、门式刚架风荷载的计算

虽然《建筑架构荷载规范》中的相关条款规定了风荷载计算时的体型系数取值，但是并没有对门式刚架轻钢结构的端区和中间区进行区分计算。由结构的构成和受力特点分析，端区和中间区的风荷载体型系数应该有明显区别。对此，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中做出了相关规定：

对于门式刚架轻型房屋，当其屋面坡度α不大于10°，屋面平均高度不大于18m，房屋高宽比不大于1，檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸时，风荷载体型系数μs应按表2采用，双坡刚架如图1所示。

表2 刚架的风荷载体系系数

图1 双坡刚架

图1中B为建筑宽度；H为屋顶至地面的平均高度，可近似取檐口高度；Z为计算围护结构构件时的房屋边缘带宽度，取建筑最小水平尺寸的10%或0.4H中之较小值，但不得小于建筑最小尺寸的4%或1m。

三、风荷载的作用情况

从表1中可以看出，由于端区位置的特殊性，处于端区的刚架的风荷载体型系数μs明显高于中间区刚架。如何准确的划分端区与中间区，针对这一问题，我们将风荷载作用分为三种情况，并逐一分析每种情况对结构的不利作用。

1 端区宽度小于二分之一柱距的情况

当房屋跨度或檐口高度较小时，端区宽度2Z小于二分之一柱距。此时，端区宽度内只有一榀刚架，且该榀刚架在端区的受荷面积没有超过柱距的二分之一。也就是说在这种情况下，我们通常取用边框架的受荷面积为二分之一柱距计算出的风荷载偏大，边框架在风荷载工况下的设计偏于安全。

2 端区宽度大于二分之一柱距的情况

当房屋跨度或檐口高度较大时，端区宽度2Z大于二分之一柱距。此时，端区宽度内只有一榀刚架，但该榀刚架在端区的受荷面积超过柱距的二分之一。也就是说在这种情况下，我们通常取用边刚架的受荷面积为二分之一柱距计算出的风荷载是准确的，边框架在风荷载工况下的设计比较合理。但对于第二榀刚架（图示2轴框架），虽然该榀刚架不属于端区，但在计算风荷载时我们通常取用该轴两侧各二分之一的墙面面积作为受荷面积，其中有部分墙面（2Z-2/l）仍属于端区。在这种情况下，如果第二榀刚架按中间区体型系数取值，那么该榀刚架计算出的风荷载偏小，第二榀刚架在风荷载工况下的设计偏于不安全。

3 端区宽度大于柱距的情况

当房屋跨度或檐口高度（平均高度不超过18m）特别大时，端区宽度2Z大于柱距。此时，端区宽度内有两榀刚架，其中边榀刚架的受荷面积全部在端区内。这种情况下，边榀刚架的风荷载作用情况与第二种情况相同。第二榀刚架的受荷面积有超过二分之一的部分属于端区，如果按中间区体型系数取值，那么该榀刚架计算出的风荷载将存在严重差异，第二榀刚架的设计存在安全隐患。如果按端区体型系数取值，那么该榀刚架计算出的风荷载偏大，刚架在风荷载工况下的设计偏于安全。

四、结语

由于刚架跨度或檐口高度的差异，端区的宽度大致分为以上三种情况。当房屋结构为单跨时，端区宽度2Z一般由刚架跨度控制，风荷载作用一般为前两种情况；当房屋结构为多跨时，端区宽度2Z一般由刚架檐口高度控制，风荷载作用一般为第三种情况。通过对三种情况的分析发现，当端区宽度大于二分之一柱距且小于柱距时，第二榀刚架最容易出现风荷载计算的错误。因此在设计第二榀刚架时，应反复核对端区宽度，最终确定风荷载体系系数。

[1]GB 50009-2001 建筑结构荷载规范［S］．北京：中国建筑工业出版社，2006．

[2]CECS102:2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程［S］．北京：中国计划出版社， 2003．

[3]王红梅．谈门式刚架的特点及应用[J]. 山西建筑，2012（6）：60-61．

[4]单春明．门式刚架轻钢结构房屋用钢量的比较及分析[J]．钢结构，2012（12）：32-35．

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