大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載特性與抗風(fēng)性能優(yōu)化研究一、引言1.1研究背景與意義在現(xiàn)代工業(yè)建筑領(lǐng)域，大跨輕鋼廠房憑借其獨特優(yōu)勢得到了極為廣泛的應(yīng)用。隨著工業(yè)化進程的不斷加速，對生產(chǎn)空間的需求日益增大，大跨輕鋼廠房應(yīng)運而生。其具有重量輕的特點，相較于傳統(tǒng)建筑結(jié)構(gòu)，能有效減輕基礎(chǔ)荷載，降低建設(shè)成本，同時強度高，可滿足大跨度空間的承載要求，為工業(yè)生產(chǎn)提供寬敞、開闊的空間。施工周期短這一特性使其能快速投入使用，滿足企業(yè)的生產(chǎn)進度需求，大大提高了生產(chǎn)效率。此外，輕鋼廠房還具備可拆卸性好的優(yōu)點，方便進行改造和搬遷，能適應(yīng)不同的生產(chǎn)布局調(diào)整；抗震性強則保障了在地震等自然災(zāi)害發(fā)生時廠房的結(jié)構(gòu)安全，減少人員傷亡和財產(chǎn)損失。在大型物流中心、汽車制造工廠等場所，大跨輕鋼廠房都發(fā)揮著重要作用，為工業(yè)生產(chǎn)活動提供了堅實的空間保障。然而，大跨輕鋼廠房在面臨自然風(fēng)災(zāi)害時，存在著嚴峻的安全隱患。臺風(fēng)、龍卷風(fēng)等強風(fēng)天氣產(chǎn)生的風(fēng)荷載，會對輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)造成極大的威脅。風(fēng)荷載是指風(fēng)作用在建筑物表面上所產(chǎn)生的壓力或吸力，其大小和方向會隨著風(fēng)速、風(fēng)向以及建筑物的形狀和周圍環(huán)境的變化而變化。當強風(fēng)來襲時，風(fēng)荷載可能導(dǎo)致輕鋼廠房的屋面被掀翻、墻體被吹倒、結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生變形甚至斷裂，進而引發(fā)廠房的倒塌事故。例如，2018年臺風(fēng)“山竹”登陸我國廣東沿海地區(qū)，大量大跨輕鋼廠房遭受嚴重破壞，許多廠房的屋面彩鋼板被狂風(fēng)撕裂，檁條扭曲變形，部分廠房整體倒塌，造成了巨大的經(jīng)濟損失；2021年，河南多地遭遇極端大風(fēng)天氣，一些輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下嚴重受損，內(nèi)部的生產(chǎn)設(shè)備和物資被掩埋，不僅導(dǎo)致企業(yè)停產(chǎn)停業(yè)，還對人員生命安全構(gòu)成了嚴重威脅。這些風(fēng)災(zāi)事故給人們的生命財產(chǎn)安全帶來了沉重的打擊，也凸顯了研究大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能的緊迫性和重要性。研究大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能，具有多方面的重要意義。從保障生命財產(chǎn)安全的角度來看，深入了解風(fēng)荷載對大跨輕鋼廠房的作用機制以及廠房的抗風(fēng)性能，可以為廠房的設(shè)計、建造和維護提供科學(xué)依據(jù)，從而有效提高廠房在風(fēng)災(zāi)中的安全性和可靠性，減少風(fēng)災(zāi)造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和抗風(fēng)措施，能夠增強廠房對風(fēng)荷載的抵抗能力，確保在強風(fēng)來襲時廠房結(jié)構(gòu)的完整性，保護內(nèi)部人員和物資的安全。從推動行業(yè)發(fā)展的角度而言，對大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能的研究成果，有助于完善輕鋼廠房的設(shè)計規(guī)范和標準，促進輕鋼建筑技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。這將進一步提高輕鋼廠房在市場上的競爭力，推動輕鋼建筑行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展，使其在工業(yè)建筑領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為社會經(jīng)濟發(fā)展做出更大的貢獻。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國外對大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能的研究起步較早，在風(fēng)荷載計算方法和抗風(fēng)機理方面取得了一系列重要成果。在風(fēng)荷載計算方法上，美國土木工程師協(xié)會（ASCE）制定的相關(guān)規(guī)范，如ASCE7系列規(guī)范，對風(fēng)荷載的計算有詳細且系統(tǒng)的規(guī)定，考慮了多種因素對風(fēng)荷載的影響，包括地形地貌、建筑物的高度和形狀、風(fēng)的紊流特性等。通過大量的實測數(shù)據(jù)和風(fēng)洞試驗，ASCE規(guī)范不斷更新和完善風(fēng)荷載的計算模型，使其更符合實際情況。例如，在ASCE7-16中，對于不同地形粗糙度類別下的風(fēng)壓高度變化系數(shù)進行了更細致的劃分，提高了風(fēng)荷載計算的準確性。歐洲規(guī)范EN1991-1-4在風(fēng)荷載計算方面也有獨特的方法，它注重對風(fēng)場的模擬和分析，采用了基于概率統(tǒng)計的方法來確定風(fēng)荷載的取值，考慮了不同重現(xiàn)期下的風(fēng)荷載變化。日本在風(fēng)工程研究領(lǐng)域也處于世界前列，由于其多臺風(fēng)和地震的特殊地理環(huán)境，對建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)抗震性能研究尤為重視。日本建筑學(xué)會（AIJ）制定的相關(guān)規(guī)范，針對輕鋼廠房等建筑結(jié)構(gòu)，考慮了風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用，提出了相應(yīng)的風(fēng)荷載計算方法和抗風(fēng)設(shè)計準則。在抗風(fēng)機理研究方面，國外學(xué)者通過理論分析、數(shù)值模擬和試驗研究等多種手段，深入探究大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)和破壞機制。Jang等學(xué)者基于實測和風(fēng)洞試驗數(shù)據(jù)庫的風(fēng)荷載，采用有限元方法分析了典型大跨輕鋼剛架的風(fēng)致極限承載力，揭示了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的內(nèi)力分布和變形規(guī)律，為抗風(fēng)設(shè)計提供了理論依據(jù)。Duthinh等對一門式剛架結(jié)構(gòu)在美國土木工程師協(xié)會（ASCE）不同版本規(guī)范的風(fēng)荷載和數(shù)據(jù)庫的風(fēng)荷載作用下的安全性能作了分析和評估，對比了不同規(guī)范下風(fēng)荷載取值對結(jié)構(gòu)安全性能的影響。一些學(xué)者還通過足尺試驗，研究了輕鋼廠房在實際風(fēng)荷載作用下的破壞模式和抗風(fēng)性能，為理論研究和數(shù)值模擬提供了驗證數(shù)據(jù)。國內(nèi)對大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能的研究近年來也取得了顯著進展。在風(fēng)荷載計算方面，我國現(xiàn)行的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009對風(fēng)荷載的計算做出了規(guī)定，考慮了基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)等因素。針對大跨輕鋼廠房的特點，國內(nèi)學(xué)者通過風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬，對風(fēng)荷載體型系數(shù)進行了大量研究，提出了一些適用于不同類型輕鋼廠房的體型系數(shù)取值建議。例如，對于雙坡屋面的輕鋼廠房，通過風(fēng)洞試驗研究了不同屋面坡度、檐口高度等因素對風(fēng)荷載體型系數(shù)的影響，為規(guī)范的修訂和完善提供了參考。在抗風(fēng)設(shè)計方面，我國制定了《門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102等相關(guān)標準，對輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)造要求和抗風(fēng)措施等做出了具體規(guī)定。這些標準在指導(dǎo)工程實踐中發(fā)揮了重要作用，但隨著輕鋼廠房的不斷發(fā)展和應(yīng)用，仍需要進一步完善和優(yōu)化。在抗風(fēng)機理研究方面，國內(nèi)學(xué)者也開展了大量工作。李勰等采用精細的板殼有限元方法對輕鋼廠房中的一榀不利剛架在風(fēng)荷載下的極限承載力進行了非線性分析，考慮了材料非線性和幾何非線性的影響，得到了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的極限承載能力和破壞模式。白娜等考慮廠房各榀剛架之間的縱向作用，對一輕鋼結(jié)構(gòu)進行了三維的非線性分析，并與平面模型的結(jié)果作了比較，研究了結(jié)構(gòu)的空間協(xié)同工作性能對抗風(fēng)性能的影響。一些學(xué)者還對輕鋼廠房的圍護結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的受力性能和破壞機理進行了研究，提出了加強圍護結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力的措施。盡管國內(nèi)外在大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能研究方面取得了一定成果，但仍存在一些不足之處。在風(fēng)荷載計算方法上，雖然現(xiàn)有規(guī)范考慮了多種因素，但對于一些復(fù)雜地形和特殊建筑形式的輕鋼廠房，風(fēng)荷載的計算精度仍有待提高。不同規(guī)范之間的風(fēng)荷載計算方法存在差異，缺乏統(tǒng)一的標準，給工程設(shè)計帶來了一定的困擾。在抗風(fēng)機理研究方面，目前的研究大多集中在單榀剛架或整體結(jié)構(gòu)的宏觀力學(xué)響應(yīng)上，對于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的局部力學(xué)性能和破壞機理研究還不夠深入。考慮風(fēng)與結(jié)構(gòu)的流固耦合作用以及結(jié)構(gòu)在長期風(fēng)荷載作用下的疲勞性能研究相對較少。在抗風(fēng)設(shè)計方面，現(xiàn)有設(shè)計標準主要基于經(jīng)驗和傳統(tǒng)設(shè)計方法，缺乏基于性能的設(shè)計理念，難以滿足現(xiàn)代工業(yè)建筑對安全性和可靠性的更高要求。針對這些不足，未來的研究需要進一步深入開展風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬研究，完善風(fēng)荷載計算模型，加強對結(jié)構(gòu)局部力學(xué)性能和破壞機理的研究，考慮風(fēng)與結(jié)構(gòu)的相互作用以及結(jié)構(gòu)的疲勞性能，建立基于性能的抗風(fēng)設(shè)計理論和方法，以提高大跨輕鋼廠房的抗風(fēng)性能和安全性。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載計算：以現(xiàn)階段在國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的規(guī)范，如我國的《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009、美國土木工程師協(xié)會（ASCE）制定的ASCE7系列規(guī)范等為基礎(chǔ)，對大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載進行精確計算。全面考慮不同的建筑結(jié)構(gòu)形式，包括單跨、多跨、有無吊車等情況，以及地理位置因素，如不同地區(qū)的基本風(fēng)壓、地形地貌條件等。深入分析大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)特點，如結(jié)構(gòu)的受力分布、變形模式等，以及變形規(guī)律，研究結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)速、風(fēng)向作用下的位移、應(yīng)變變化情況。大跨輕鋼廠房抗風(fēng)機理分析：在準確掌握大跨輕鋼廠房的風(fēng)荷載及其結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，深入剖析大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)抗風(fēng)機理。通過對不同建筑形式，如門式剛架、桁架結(jié)構(gòu)等，和結(jié)構(gòu)工藝，如不同的連接方式、構(gòu)件截面形式等進行詳細的比較分析，探討大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)優(yōu)點和缺點。進而對風(fēng)荷載下大跨輕鋼廠房的穩(wěn)定性進行全面分析，研究結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的失穩(wěn)模式、臨界荷載等。考慮結(jié)構(gòu)的非線性行為，包括材料非線性和幾何非線性，分析其對結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的影響。大跨輕鋼廠房抗風(fēng)設(shè)計改進：在充分掌握大跨輕鋼廠房抗風(fēng)機理之后，對現(xiàn)有輕鋼廠房進行針對性的改進設(shè)計。以抗風(fēng)設(shè)計為核心主題，從設(shè)計的角度出發(fā)，分析如何優(yōu)化輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)形式，如調(diào)整構(gòu)件的布置、增加支撐體系等，改進其抗風(fēng)性能，提高抗風(fēng)能力。提出具體的抗風(fēng)設(shè)計建議和措施，包括選用合適的建筑材料、優(yōu)化節(jié)點連接方式等，并對改進后的結(jié)構(gòu)進行性能評估，驗證改進措施的有效性。1.3.2研究方法文獻資料法：廣泛收集國內(nèi)外關(guān)于大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載及抗風(fēng)性能的相關(guān)文獻資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報告、規(guī)范標準等。對這些資料進行系統(tǒng)的梳理和分析，了解該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢以及存在的問題，為本文的研究提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。通過對文獻資料的研究，總結(jié)現(xiàn)有風(fēng)荷載計算方法、抗風(fēng)機理研究成果以及抗風(fēng)設(shè)計標準，分析其優(yōu)點和不足，為進一步的研究提供方向。實驗研究法：開展風(fēng)洞試驗，制作大跨輕鋼廠房的縮尺模型，模擬不同風(fēng)速、風(fēng)向條件下的風(fēng)場環(huán)境，測量模型表面的風(fēng)壓分布以及結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。通過風(fēng)洞試驗，獲取真實可靠的風(fēng)荷載數(shù)據(jù)，驗證和完善風(fēng)荷載計算模型。進行足尺試驗，選取實際的大跨輕鋼廠房，在現(xiàn)場施加模擬風(fēng)荷載，觀測結(jié)構(gòu)的實際受力和變形情況。足尺試驗?zāi)軌蚋鎸嵉胤从辰Y(jié)構(gòu)在實際風(fēng)荷載作用下的性能，但成本較高、實施難度較大。實驗研究法可以為理論分析和數(shù)值模擬提供數(shù)據(jù)支持，驗證研究結(jié)果的準確性。數(shù)值計算模擬法：利用有限元軟件，如ANSYS、ABAQUS等，建立大跨輕鋼廠房的三維有限元模型。在模型中考慮結(jié)構(gòu)的材料特性、幾何形狀、邊界條件等因素，模擬風(fēng)荷載作用下結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)。通過數(shù)值模擬，可以分析結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變分布，研究結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律和破壞模式。可以方便地改變結(jié)構(gòu)參數(shù)和荷載條件，進行參數(shù)分析，探討不同因素對結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的影響。數(shù)值計算模擬法具有成本低、效率高、可重復(fù)性強等優(yōu)點，能夠彌補實驗研究的不足。二、大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載計算2.1風(fēng)荷載基本理論風(fēng)荷載是指空氣流動對工程結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的壓力或吸力，其本質(zhì)是由于風(fēng)的作用，在建筑物表面形成的壓力差。風(fēng)荷載的產(chǎn)生源于大氣的運動，當風(fēng)遇到建筑物等障礙物時，氣流的流動狀態(tài)發(fā)生改變，在建筑物表面形成復(fù)雜的壓力分布。從微觀角度來看，空氣分子與建筑物表面的碰撞產(chǎn)生了壓力，而氣流的分離和再附等現(xiàn)象則導(dǎo)致了壓力的不均勻分布。在強風(fēng)天氣下，大跨輕鋼廠房的屋面、墻面等部位會承受較大的風(fēng)荷載，這些風(fēng)荷載可能對廠房結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性構(gòu)成威脅。風(fēng)荷載主要由靜風(fēng)荷載和動風(fēng)荷載兩部分組成。靜風(fēng)荷載是指穩(wěn)定風(fēng)作用在建筑物表面產(chǎn)生的壓力，它相對穩(wěn)定，其大小主要取決于風(fēng)速、建筑物的形狀和尺寸以及空氣密度等因素。根據(jù)伯努利方程，靜風(fēng)荷載可表示為q=\frac{1}{2}\rhov^2，其中q為靜風(fēng)荷載，\rho為空氣密度，v為風(fēng)速。在實際工程中，通常將靜風(fēng)荷載視為作用在建筑物表面的均布壓力，其對建筑物的作用類似于靜力荷載，會使建筑物產(chǎn)生一定的變形和內(nèi)力。當靜風(fēng)荷載作用在大跨輕鋼廠房的屋面上時，會使屋面產(chǎn)生向下的壓力，可能導(dǎo)致屋面結(jié)構(gòu)的撓曲變形。動風(fēng)荷載則是由風(fēng)的脈動成分引起的，風(fēng)的脈動是指風(fēng)速和風(fēng)向隨時間的隨機變化。動風(fēng)荷載具有明顯的動力特性，它會使建筑物產(chǎn)生振動，即風(fēng)振現(xiàn)象。風(fēng)的脈動特性主要由紊流強度和脈動頻率等參數(shù)描述。紊流強度反映了風(fēng)速脈動的劇烈程度，脈動頻率則表示風(fēng)速脈動的快慢。當風(fēng)的脈動頻率與建筑物的自振頻率接近時，會發(fā)生共振現(xiàn)象，使建筑物的振動響應(yīng)急劇增大，從而對建筑物的結(jié)構(gòu)安全造成嚴重威脅。對于大跨輕鋼廠房而言，其結(jié)構(gòu)通常較為輕盈，自振頻率相對較低，更容易受到動風(fēng)荷載的影響，在風(fēng)振作用下，廠房的構(gòu)件可能會承受較大的交變應(yīng)力，導(dǎo)致疲勞損傷。風(fēng)荷載對建筑物的作用機制較為復(fù)雜，它不僅會使建筑物產(chǎn)生整體的平移和轉(zhuǎn)動，還會引起結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力和變形。在水平方向上，風(fēng)荷載會對建筑物產(chǎn)生水平推力，使建筑物產(chǎn)生水平位移和傾覆力矩。對于大跨輕鋼廠房，水平風(fēng)荷載可能導(dǎo)致廠房的柱腳產(chǎn)生較大的水平剪力和彎矩，從而使柱子發(fā)生彎曲變形。在垂直方向上，風(fēng)荷載在屋面等部位產(chǎn)生的吸力或壓力會使屋面結(jié)構(gòu)承受拉力或壓力，可能導(dǎo)致屋面的檁條、屋面板等構(gòu)件發(fā)生變形甚至破壞。風(fēng)荷載還會引起建筑物的扭轉(zhuǎn)，當風(fēng)荷載的作用線不通過建筑物的質(zhì)心時，就會產(chǎn)生扭矩，使建筑物發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動。在大跨輕鋼廠房中，如果結(jié)構(gòu)布置不均勻，風(fēng)荷載引起的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可能會更加明顯，對結(jié)構(gòu)的安全性產(chǎn)生不利影響。2.2相關(guān)規(guī)范及計算方法我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012對風(fēng)荷載的計算作出了詳細規(guī)定，為大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載的計算提供了重要依據(jù)。在該規(guī)范中，風(fēng)荷載標準值的計算主要基于以下幾個關(guān)鍵參數(shù)：基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)?；撅L(fēng)壓w_0是風(fēng)荷載計算的基礎(chǔ)參數(shù)，它是指在規(guī)定的標準條件下，一般空曠平坦地面上離地面10m高度處，統(tǒng)計所得的規(guī)定重現(xiàn)期為50年的年最大風(fēng)速v_{0}對應(yīng)的風(fēng)壓，其計算公式為w_0=\frac{1}{2}\rhov_{0}^2，其中\(zhòng)rho為空氣密度。在實際應(yīng)用中，基本風(fēng)壓可根據(jù)規(guī)范附錄D.4中附表D.4給出的全國基本風(fēng)壓分布圖查取，且不得小于0.3kN/m2。對于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)以及對風(fēng)荷載比較敏感的其他結(jié)構(gòu)，基本風(fēng)壓應(yīng)適當提高，并應(yīng)由有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范具體規(guī)定。大跨輕鋼廠房雖不屬于高層建筑和高聳結(jié)構(gòu)，但因其結(jié)構(gòu)相對輕盈，對風(fēng)荷載較為敏感，在確定基本風(fēng)壓時，也需充分考慮當?shù)氐娘L(fēng)氣候條件和結(jié)構(gòu)特點，確保取值的合理性。例如，在沿海臺風(fēng)頻發(fā)地區(qū)，基本風(fēng)壓的取值應(yīng)充分考慮臺風(fēng)的影響，適當提高取值，以保障廠房的抗風(fēng)安全。風(fēng)壓高度變化系數(shù)\mu_z反映了風(fēng)速隨高度的變化情況，不同高度處的風(fēng)速不同，作用在建筑物上的風(fēng)壓也會相應(yīng)變化。該系數(shù)與地面粗糙度密切相關(guān)，地面粗糙度可分為A、B、C、D四類。A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)；C類指有密集建筑群的城市市區(qū)；D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)。在計算風(fēng)壓高度變化系數(shù)時，可根據(jù)建筑物所在地區(qū)的地面粗糙度類別，按照規(guī)范中的相關(guān)表格或公式進行取值。規(guī)范中給出了不同地面粗糙度類別下風(fēng)壓高度變化系數(shù)的計算公式，對于A類地區(qū)，當高度z在0-50m范圍內(nèi)時，\mu_{zA}=1.379(z/10)^{0.24}；對于B類地區(qū)，\mu_{zB}=(z/10)^{0.32}；對于C類地區(qū)，\mu_{zC}=0.616(z/10)^{0.44}；對于D類地區(qū)，\mu_{zD}=0.318(z/10)^{0.60}。在計算大跨輕鋼廠房的風(fēng)荷載時，需準確判斷廠房所在地區(qū)的地面粗糙度類別，合理確定風(fēng)壓高度變化系數(shù)，以準確反映不同高度處風(fēng)荷載的大小。若大跨輕鋼廠房位于鄉(xiāng)村地區(qū)，地面粗糙度屬于B類，當廠房檐口高度為15m時，通過公式計算可得\mu_{zB}=(15/10)^{0.32}\approx1.13。風(fēng)荷載體型系數(shù)\mu_s是考慮建筑物形狀和體型對風(fēng)荷載影響的重要參數(shù)，不同的建筑體型在風(fēng)作用下表面的壓力分布不同，風(fēng)荷載體型系數(shù)也會有所差異。規(guī)范中針對不同類型的建筑物給出了相應(yīng)的風(fēng)荷載體型系數(shù)取值。對于大跨輕鋼廠房常見的雙坡屋面形式，當屋面坡度小于15°時，迎風(fēng)面的風(fēng)荷載體型系數(shù)一般取0.8，背風(fēng)面取-0.5；當屋面坡度在15°-30°之間時，迎風(fēng)面仍取0.8，背風(fēng)面取值會根據(jù)坡度有所變化。對于單跨門式剛架輕鋼廠房，當風(fēng)從山墻面吹來時，山墻面的風(fēng)荷載體型系數(shù)取值也有相應(yīng)規(guī)定。在實際工程中，還需考慮廠房的局部構(gòu)造和附屬結(jié)構(gòu)對風(fēng)荷載體型系數(shù)的影響。如果廠房設(shè)有女兒墻，女兒墻頂部的風(fēng)荷載體型系數(shù)會有所增大，需要進行特殊考慮。陣風(fēng)系數(shù)\beta_{gz}主要考慮了風(fēng)的脈動特性對風(fēng)荷載的影響，風(fēng)的脈動會使風(fēng)荷載在短時間內(nèi)產(chǎn)生較大的波動，陣風(fēng)系數(shù)用于反映這種波動對結(jié)構(gòu)的作用。陣風(fēng)系數(shù)與地面粗糙度和計算高度有關(guān)，可通過規(guī)范中的表格或公式進行取值。對于B類地面粗糙度，當計算高度為10m時，陣風(fēng)系數(shù)\beta_{gz}約為1.70；當計算高度增加時，陣風(fēng)系數(shù)會相應(yīng)減小。在大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載計算中，考慮陣風(fēng)系數(shù)能夠更準確地反映風(fēng)荷載的實際作用情況，尤其是對于輕鋼廠房的圍護結(jié)構(gòu)，陣風(fēng)引起的風(fēng)荷載波動可能對其產(chǎn)生較大影響，因此準確取值至關(guān)重要。在計算大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載標準值時，當計算主要承重結(jié)構(gòu)時，采用公式w_{k}=\beta_{z}\mu_{s}\mu_{z}w_{0}；當計算圍護結(jié)構(gòu)時，采用公式w_{k}=\beta_{gz}\mu_{sl}\mu_{z}w_{0}，其中\(zhòng)mu_{sl}為風(fēng)荷載局部體型系數(shù)，主要考慮圍護結(jié)構(gòu)局部部位的風(fēng)壓變化。對于大跨輕鋼廠房的屋面和墻面圍護結(jié)構(gòu)，風(fēng)荷載局部體型系數(shù)的取值與整體風(fēng)荷載體型系數(shù)有所不同，需根據(jù)規(guī)范中的具體規(guī)定進行取值。在屋面的檐口、屋脊等部位，風(fēng)荷載局部體型系數(shù)的絕對值會比屋面其他部位大，可能達到-2.0甚至更低，這是因為這些部位的氣流分離和再附現(xiàn)象更為明顯，導(dǎo)致風(fēng)壓變化較大。2.3影響風(fēng)荷載的因素分析2.3.1建筑結(jié)構(gòu)形式建筑結(jié)構(gòu)形式對大跨輕鋼廠房所受的風(fēng)荷載有著顯著的影響。不同的結(jié)構(gòu)形式，如門式剛架、桁架結(jié)構(gòu)等，其自身的力學(xué)特性和空間幾何形狀各異，導(dǎo)致在風(fēng)作用下的繞流特性不同，進而影響風(fēng)荷載的分布和大小。門式剛架是大跨輕鋼廠房中極為常見的一種結(jié)構(gòu)形式。門式剛架結(jié)構(gòu)通常由鋼梁和鋼柱組成，其結(jié)構(gòu)形式相對簡潔，空間開闊。在風(fēng)荷載作用下，門式剛架的屋面和墻面直接承受風(fēng)的作用，由于其結(jié)構(gòu)的開放性，風(fēng)在建筑物表面的繞流較為復(fù)雜。在屋面的檐口和屋脊等部位，氣流會發(fā)生分離和再附現(xiàn)象，導(dǎo)致這些部位的風(fēng)荷載明顯增大。當風(fēng)垂直吹向門式剛架廠房的山墻面時，迎風(fēng)面的墻體會承受較大的風(fēng)壓力，而背風(fēng)面則會產(chǎn)生吸力。在實際工程中，某單跨門式剛架輕鋼廠房，檐口高度為8m，屋面坡度為10°，在一次強風(fēng)天氣中，通過現(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，檐口部位的風(fēng)荷載比屋面其他部位高出約30%，這是因為檐口處的氣流分離現(xiàn)象使得局部風(fēng)壓增大，對廠房的圍護結(jié)構(gòu)造成了更大的壓力。桁架結(jié)構(gòu)則具有獨特的受力特點和空間結(jié)構(gòu)形式。桁架結(jié)構(gòu)由桿件通過節(jié)點連接而成，形成了穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)體系，能夠有效地承受較大的荷載。在風(fēng)荷載作用下，桁架結(jié)構(gòu)的桿件會分擔風(fēng)荷載，其傳力路徑相對復(fù)雜。由于桁架結(jié)構(gòu)的桿件布置較為稀疏，風(fēng)在建筑物內(nèi)部的流動相對順暢，減少了內(nèi)部風(fēng)壓力的積聚。桁架結(jié)構(gòu)的空間形態(tài)會影響風(fēng)的繞流，使得風(fēng)荷載在結(jié)構(gòu)表面的分布更加均勻。對于一些大跨度的桁架結(jié)構(gòu)廠房，風(fēng)荷載在不同部位的分布相對較為均勻，不會出現(xiàn)像門式剛架結(jié)構(gòu)那樣在局部部位風(fēng)荷載急劇增大的情況。在某大型桁架結(jié)構(gòu)的輕鋼廠房中，通過風(fēng)洞試驗研究發(fā)現(xiàn)，桁架結(jié)構(gòu)的屋面和墻面在不同風(fēng)向角下的風(fēng)荷載體型系數(shù)變化相對較小，說明風(fēng)荷載在結(jié)構(gòu)表面的分布較為穩(wěn)定，這使得桁架結(jié)構(gòu)在承受風(fēng)荷載時具有較好的整體性能。除了門式剛架和桁架結(jié)構(gòu)，大跨輕鋼廠房還可能采用其他結(jié)構(gòu)形式，如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、拱結(jié)構(gòu)等。網(wǎng)架結(jié)構(gòu)是一種空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，由許多桿件按照一定規(guī)律組成，具有較高的空間剛度和承載能力。在風(fēng)荷載作用下，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的桿件會共同承擔風(fēng)荷載，其風(fēng)荷載的分布與網(wǎng)架的形式、網(wǎng)格尺寸等因素有關(guān)。對于正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，在不同風(fēng)向角下，其風(fēng)荷載體型系數(shù)會有所不同，且在網(wǎng)架的邊緣和角部，風(fēng)荷載會相對較大。拱結(jié)構(gòu)則利用拱的曲線形狀來承受荷載，在風(fēng)荷載作用下，拱的受力狀態(tài)較為復(fù)雜，拱腳處會承受較大的水平推力和彎矩。不同矢跨比的拱結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的力學(xué)響應(yīng)也會有所差異，較小矢跨比的拱結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性相對較差。建筑結(jié)構(gòu)形式的不同會導(dǎo)致風(fēng)在建筑物表面的繞流特性發(fā)生變化，從而影響風(fēng)荷載的分布和大小。在設(shè)計大跨輕鋼廠房時，需要充分考慮結(jié)構(gòu)形式對風(fēng)荷載的影響，合理選擇結(jié)構(gòu)形式，并采取相應(yīng)的抗風(fēng)措施，以提高廠房的抗風(fēng)性能。2.3.2地理位置地理位置是影響大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載的重要因素之一，不同地理位置的氣象條件存在顯著差異，這些差異直接影響著基本風(fēng)壓的取值，進而對大跨輕鋼廠房所受的風(fēng)荷載產(chǎn)生重要影響。沿海地區(qū)由于靠近海洋，受到海洋氣候的影響，風(fēng)速相對較大，且臺風(fēng)等強風(fēng)天氣頻繁出現(xiàn)。海洋表面摩擦力較小，使得風(fēng)在海洋上能夠自由傳播，風(fēng)速得以維持和增強。當臺風(fēng)來襲時，沿海地區(qū)的風(fēng)速可達到極高的數(shù)值，如2019年臺風(fēng)“利奇馬”在浙江沿海登陸時，最大風(fēng)速超過了50m/s。根據(jù)我國《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012，沿海地區(qū)的基本風(fēng)壓取值通常較高。在廣東沿海的一些城市，基本風(fēng)壓可達0.8kN/m2甚至更高。這是因為沿海地區(qū)的強風(fēng)天氣發(fā)生頻率較高，為了確保大跨輕鋼廠房在風(fēng)災(zāi)中的安全性，需要提高基本風(fēng)壓的取值，以滿足結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計的要求。在這些地區(qū)建設(shè)大跨輕鋼廠房時，需要充分考慮強風(fēng)的影響，加強結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)設(shè)計，如增加構(gòu)件的截面尺寸、優(yōu)化結(jié)構(gòu)連接方式等。內(nèi)陸地區(qū)的氣象條件與沿海地區(qū)有所不同，內(nèi)陸地區(qū)受大陸性氣候影響，風(fēng)速相對較小，且強風(fēng)天氣的發(fā)生頻率較低。在我國內(nèi)陸的大部分地區(qū)，年平均風(fēng)速一般在3-5m/s之間?；撅L(fēng)壓的取值相對較低。在一些內(nèi)陸城市，如西安，基本風(fēng)壓約為0.35kN/m2。然而，內(nèi)陸地區(qū)也可能出現(xiàn)局部的強風(fēng)天氣，如雷暴大風(fēng)等。這些強風(fēng)雖然持續(xù)時間較短，但風(fēng)力較強，仍可能對大跨輕鋼廠房造成一定的破壞。因此，在內(nèi)陸地區(qū)設(shè)計大跨輕鋼廠房時，雖然基本風(fēng)壓取值相對較低，但也不能忽視局部強風(fēng)天氣的影響，需要采取適當?shù)目癸L(fēng)措施，以保障廠房的結(jié)構(gòu)安全。山區(qū)的地形復(fù)雜，地勢起伏較大，這使得山區(qū)的風(fēng)場特性與平原地區(qū)有很大的區(qū)別。在山區(qū)，由于地形的阻擋和加速作用，風(fēng)速會發(fā)生明顯的變化。在山谷地區(qū)，風(fēng)會受到山谷的約束，形成峽谷風(fēng)，風(fēng)速會顯著增大。而在山頂?shù)韧怀霾课唬L(fēng)的流速也會加快。山區(qū)的地形還會導(dǎo)致氣流的紊亂，使得風(fēng)的方向和風(fēng)速不穩(wěn)定。這些因素都會對大跨輕鋼廠房所受的風(fēng)荷載產(chǎn)生影響。在山區(qū)建設(shè)大跨輕鋼廠房時，需要充分考慮地形因素對風(fēng)荷載的影響。對于位于山谷中的廠房，應(yīng)適當提高風(fēng)荷載的取值，加強結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。可以通過增加支撐體系、優(yōu)化構(gòu)件布置等方式來提高廠房的穩(wěn)定性。對于位于山頂?shù)膹S房，由于風(fēng)荷載較大，還需要考慮結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)疲勞性能，選擇合適的建筑材料和結(jié)構(gòu)形式，以確保廠房在長期風(fēng)荷載作用下的安全性。以2018年臺風(fēng)“山竹”對沿海地區(qū)大跨輕鋼廠房的破壞為例，此次臺風(fēng)給廣東沿海的許多大跨輕鋼廠房帶來了嚴重的破壞。由于臺風(fēng)的強風(fēng)作用，許多廠房的屋面彩鋼板被掀翻，檁條扭曲變形，部分廠房的墻體倒塌。這些破壞主要是由于沿海地區(qū)基本風(fēng)壓較高，且臺風(fēng)的風(fēng)速和風(fēng)力遠超設(shè)計標準，導(dǎo)致廠房結(jié)構(gòu)無法承受巨大的風(fēng)荷載。而在一些內(nèi)陸地區(qū)，雖然基本風(fēng)壓較低，但在遇到局部強風(fēng)天氣時，也有部分大跨輕鋼廠房出現(xiàn)了圍護結(jié)構(gòu)損壞的情況。這些實際案例充分說明了地理位置因素在風(fēng)荷載計算中的重要性，在設(shè)計大跨輕鋼廠房時，必須準確考慮地理位置的影響，合理確定風(fēng)荷載的取值，以保障廠房的結(jié)構(gòu)安全。2.3.3地形條件地形條件對大跨輕鋼廠房所受的風(fēng)荷載有著重要的影響，不同的地形，如平坦地形、丘陵、山地等，會導(dǎo)致風(fēng)場的變化，進而影響風(fēng)速和氣流的紊亂程度，最終對大跨輕鋼廠房所承受的風(fēng)荷載產(chǎn)生不同的作用效果。在平坦地形上，風(fēng)的流動相對較為規(guī)則，風(fēng)速變化相對較小。平坦地形沒有明顯的地形起伏和障礙物，風(fēng)在傳播過程中受到的干擾較小。根據(jù)相關(guān)研究和實際觀測，在平坦地形上，風(fēng)速隨高度的變化較為穩(wěn)定，符合對數(shù)律分布。在離地面10m高度處，風(fēng)速基本能反映該地區(qū)的平均風(fēng)速。在平坦地形上建設(shè)的大跨輕鋼廠房，其風(fēng)荷載的計算相對較為簡單，可根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合當?shù)氐幕撅L(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)等參數(shù)進行計算。對于位于平坦地區(qū)的標準雙坡屋面大跨輕鋼廠房，在正常風(fēng)速條件下，屋面和墻面的風(fēng)荷載體型系數(shù)可按照規(guī)范中的標準取值，風(fēng)荷載的分布相對較為均勻。在實際工程中，某位于平原地區(qū)的大跨輕鋼廠房，通過現(xiàn)場實測和理論計算對比，發(fā)現(xiàn)其風(fēng)荷載的計算結(jié)果與實際情況較為吻合，說明在平坦地形條件下，按照規(guī)范計算的風(fēng)荷載能夠較為準確地反映廠房所受的風(fēng)荷載。丘陵地區(qū)的地形相對較為復(fù)雜，存在一定的起伏和坡度。當風(fēng)遇到丘陵時，氣流會受到地形的阻擋和改變。在丘陵的迎風(fēng)坡，風(fēng)會被壓縮，風(fēng)速會增大。這是因為風(fēng)在爬坡過程中，空氣被擠壓，流線變密，導(dǎo)致風(fēng)速加快。相關(guān)研究表明，在迎風(fēng)坡，風(fēng)速可增大10%-30%。而在丘陵的背風(fēng)坡，由于氣流的分離和漩渦的形成，會產(chǎn)生氣流的紊亂現(xiàn)象。這些漩渦會使風(fēng)的方向和風(fēng)速不穩(wěn)定，對大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生額外的動力作用。在丘陵地區(qū)建設(shè)大跨輕鋼廠房時，需要充分考慮地形對風(fēng)荷載的影響。對于位于迎風(fēng)坡的廠房，應(yīng)適當提高風(fēng)荷載的取值，加強結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力?？梢酝ㄟ^增加構(gòu)件的截面尺寸、加強支撐體系等方式來提高廠房的穩(wěn)定性。對于位于背風(fēng)坡的廠房，要特別注意氣流紊亂對結(jié)構(gòu)的影響，合理設(shè)計結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點，提高結(jié)構(gòu)的整體性和抗疲勞性能。在某丘陵地區(qū)的大跨輕鋼廠房設(shè)計中，通過風(fēng)洞試驗?zāi)M了不同地形條件下的風(fēng)場，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，位于迎風(fēng)坡的廠房，其屋面和墻面所受的風(fēng)荷載明顯大于平坦地形條件下的取值，且在背風(fēng)坡，廠房的局部部位出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象，這表明地形對風(fēng)荷載的影響不容忽視。山地地區(qū)的地形更為復(fù)雜，地勢起伏大，山峰、山谷等地形特征明顯。在山地地區(qū)，風(fēng)的流動受到地形的強烈影響，風(fēng)速和風(fēng)向變化劇烈。在山谷中，風(fēng)會受到山谷的約束，形成峽谷風(fēng)，風(fēng)速會急劇增大。峽谷風(fēng)的風(fēng)速可比周圍地區(qū)高出數(shù)倍，對大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)安全構(gòu)成極大威脅。在山峰等突出部位，風(fēng)的流速也會加快，且氣流紊亂程度加劇。這些復(fù)雜的地形條件使得大跨輕鋼廠房在山地地區(qū)所受的風(fēng)荷載具有很大的不確定性。在山地地區(qū)建設(shè)大跨輕鋼廠房時，必須進行詳細的地形勘察和風(fēng)場分析。通過現(xiàn)場實測、數(shù)值模擬和風(fēng)洞試驗等手段，準確掌握風(fēng)場的特性和變化規(guī)律。根據(jù)風(fēng)場分析結(jié)果，合理確定風(fēng)荷載的取值，并采取針對性的抗風(fēng)措施?？梢圆捎锰厥獾慕Y(jié)構(gòu)形式和加強構(gòu)造措施，如增加結(jié)構(gòu)的剛度和阻尼，設(shè)置防風(fēng)屏障等，以提高廠房在復(fù)雜風(fēng)場條件下的抗風(fēng)性能。在某山地地區(qū)的大跨輕鋼廠房建設(shè)中，由于前期對地形條件和風(fēng)場特性進行了深入研究，采取了一系列有效的抗風(fēng)措施，在后續(xù)的強風(fēng)天氣中，廠房結(jié)構(gòu)保持了良好的穩(wěn)定性，未出現(xiàn)明顯的損壞。2.4風(fēng)荷載計算實例分析以某位于沿海地區(qū)的大型物流倉儲大跨輕鋼廠房項目為例，該廠房采用單跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度為30m，檐口高度為10m，屋面坡度為12°。廠房所在地的地面粗糙度類別為B類，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012，該地區(qū)的基本風(fēng)壓w_0為0.8kN/m2。在計算風(fēng)荷載時，首先確定風(fēng)壓高度變化系數(shù)\mu_z。由于廠房檐口高度為10m，地面粗糙度為B類，根據(jù)規(guī)范中的公式\mu_{zB}=(z/10)^{0.32}，可得\mu_{z}=(10/10)^{0.32}=1.0。對于風(fēng)荷載體型系數(shù)\mu_s，根據(jù)廠房的結(jié)構(gòu)形式和屋面坡度，迎風(fēng)面的風(fēng)荷載體型系數(shù)取0.8，背風(fēng)面取-0.5。在屋面的檐口部位，由于氣流分離現(xiàn)象明顯，風(fēng)荷載局部體型系數(shù)\mu_{sl}取-2.0；屋面其他部位的風(fēng)荷載局部體型系數(shù)取-1.0。陣風(fēng)系數(shù)\beta_{gz}根據(jù)地面粗糙度和計算高度確定，B類地面粗糙度，高度10m處的陣風(fēng)系數(shù)\beta_{gz}為1.70。當計算主要承重結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載標準值時，采用公式w_{k}=\beta_{z}\mu_{s}\mu_{z}w_{0}。由于該廠房結(jié)構(gòu)相對簡單，可近似認為風(fēng)振系數(shù)\beta_{z}=1.0。則迎風(fēng)面風(fēng)荷載標準值w_{k迎}=1.0×0.8×1.0×0.8=0.64kN/m2；背風(fēng)面風(fēng)荷載標準值w_{k背}=1.0×(-0.5)×1.0×0.8=-0.4kN/m2。當計算圍護結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載標準值時，采用公式w_{k}=\beta_{gz}\mu_{sl}\mu_{z}w_{0}。對于屋面檐口部位，風(fēng)荷載標準值w_{k檐口}=1.70×(-2.0)×1.0×0.8=-2.72kN/m2；屋面其他部位風(fēng)荷載標準值w_{k屋面}=1.70×(-1.0)×1.0×0.8=-1.36kN/m2。從計算結(jié)果可以看出，屋面檐口部位的風(fēng)荷載標準值遠大于屋面其他部位以及主要承重結(jié)構(gòu)迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)荷載標準值。這是因為檐口部位的氣流分離現(xiàn)象導(dǎo)致局部風(fēng)壓顯著增大，對圍護結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能提出了更高的要求。在實際工程中，需要對檐口部位采取加強措施，如增加檁條的間距、采用更厚的彩鋼板等，以提高其抗風(fēng)能力。主要承重結(jié)構(gòu)的迎風(fēng)面和背風(fēng)面風(fēng)荷載標準值也不容忽視，在設(shè)計中需要合理確定構(gòu)件的截面尺寸和連接方式，確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的安全性和穩(wěn)定性。通過對該實例的風(fēng)荷載計算和分析，可以直觀地了解大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下不同部位的受力情況，為工程設(shè)計和抗風(fēng)措施的制定提供了重要的參考依據(jù)。三、大跨輕鋼廠房抗風(fēng)機理分析3.1大跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)特點大跨輕鋼廠房主要由鋼梁、鋼柱、檁條、屋面板等構(gòu)件組成，各構(gòu)件相互協(xié)作，共同承擔廠房所承受的各類荷載。鋼梁是大跨輕鋼廠房中重要的水平承重構(gòu)件，通常采用H型鋼或變截面H型鋼，其截面形狀合理，具有較高的抗彎強度和剛度。在實際工程中，鋼梁主要承受屋面?zhèn)鱽淼呢Q向荷載以及風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力，通過自身的抗彎和抗剪作用，將荷載傳遞給鋼柱。在某大型機械制造工廠的大跨輕鋼廠房中，鋼梁跨度達到36m，采用了變截面H型鋼，有效提高了鋼梁在大跨度下的承載能力和抗彎性能，確保了廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼柱作為豎向承重構(gòu)件，承擔著鋼梁傳遞下來的荷載，并將其傳遞至基礎(chǔ)。鋼柱一般也采用H型鋼，其截面尺寸根據(jù)廠房的高度、跨度以及荷載大小等因素確定。鋼柱在廠房結(jié)構(gòu)中起到支撐整個上部結(jié)構(gòu)的作用，其穩(wěn)定性對于廠房的安全至關(guān)重要。在風(fēng)荷載作用下，鋼柱不僅要承受豎向壓力，還會受到水平剪力和彎矩的作用，因此需要具備足夠的強度和穩(wěn)定性。在某汽車制造工廠的大跨輕鋼廠房中，鋼柱高度為12m，為了滿足抗風(fēng)要求，采用了較大截面尺寸的H型鋼，并設(shè)置了柱間支撐，增強了鋼柱的穩(wěn)定性，使其能夠有效抵抗風(fēng)荷載的作用。檁條則是連接鋼梁和屋面板的重要構(gòu)件，主要承受屋面板傳來的荷載，并將其傳遞給鋼梁。檁條通常采用冷彎薄壁型鋼，如C型鋼或Z型鋼，其具有重量輕、強度高、制作方便等優(yōu)點。檁條的間距一般根據(jù)屋面板的類型和承載能力確定，合理的檁條間距可以保證屋面板的穩(wěn)定性和承載能力。在某物流倉儲大跨輕鋼廠房中，采用了C型鋼檁條，檁條間距為1.5m，與屋面彩鋼板配合良好，有效承擔了屋面荷載，保障了廠房的正常使用。屋面板是大跨輕鋼廠房的圍護結(jié)構(gòu)，不僅起到遮風(fēng)擋雨、保溫隔熱的作用，還參與結(jié)構(gòu)的受力。屋面板一般采用彩色涂層壓型鋼板或夾芯板，其具有輕質(zhì)、美觀、防水、保溫等特點。在風(fēng)荷載作用下，屋面板直接承受風(fēng)的壓力或吸力，通過與檁條的連接將風(fēng)荷載傳遞給檁條和鋼梁。夾芯板屋面板由于其內(nèi)部的保溫芯材，不僅具有良好的保溫隔熱性能，還能在一定程度上提高屋面板的整體剛度和承載能力。在某電子設(shè)備生產(chǎn)工廠的大跨輕鋼廠房中，采用了巖棉夾芯板屋面板，在滿足保溫隔熱要求的同時，提高了屋面板的抗風(fēng)性能，確保了廠房在風(fēng)荷載作用下的安全性。大跨輕鋼廠房采用的鋼材具有輕質(zhì)高強的特性，這使得廠房結(jié)構(gòu)在滿足承載能力要求的同時，重量相對較輕。鋼材的密度雖然較大，但由于其強度高，在相同承載能力下，鋼材構(gòu)件的截面尺寸可以相對較小，從而減輕了結(jié)構(gòu)的自重。與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，大跨輕鋼廠房的自重可減輕約30%-50%，這不僅降低了基礎(chǔ)的荷載，減少了基礎(chǔ)的造價，還使得廠房在地震等自然災(zāi)害中的響應(yīng)較小，提高了抗震性能。輕質(zhì)高強的鋼材還便于運輸和安裝，縮短了施工周期，提高了施工效率。在某大型家具制造工廠的大跨輕鋼廠房建設(shè)中，由于采用了輕質(zhì)高強的鋼材，廠房的施工周期比采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)縮短了約三分之一，大大提高了建設(shè)速度，使工廠能夠提前投入使用。大跨輕鋼廠房整體結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能特點也十分顯著。在剛度方面，通過合理的結(jié)構(gòu)布置和構(gòu)件選型，大跨輕鋼廠房能夠具備較好的剛度，抵抗風(fēng)荷載等作用下的變形。鋼梁、鋼柱和支撐體系相互配合，形成了穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)空間，有效地約束了結(jié)構(gòu)的變形。在某航空零部件制造工廠的大跨輕鋼廠房中，通過設(shè)置合理的支撐體系，提高了廠房的整體剛度，在強風(fēng)天氣下，廠房結(jié)構(gòu)的變形控制在允許范圍內(nèi)，保證了廠房的正常使用。在強度方面，鋼材的高強度特性使得廠房結(jié)構(gòu)能夠承受較大的荷載。在設(shè)計過程中，根據(jù)廠房的使用功能和荷載情況，合理確定構(gòu)件的截面尺寸和材料強度等級，確保結(jié)構(gòu)在各種荷載組合下的強度要求。在某重型機械加工工廠的大跨輕鋼廠房中，通過對鋼梁、鋼柱等構(gòu)件的強度計算和設(shè)計，使其能夠承受大型機械設(shè)備的重量和運行時產(chǎn)生的動荷載，保證了廠房結(jié)構(gòu)的安全可靠。穩(wěn)定性是大跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的重要方面。由于廠房跨度較大，在風(fēng)荷載等水平荷載作用下，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性尤為關(guān)鍵。通過設(shè)置柱間支撐、屋蓋支撐等支撐體系，增強了結(jié)構(gòu)的空間穩(wěn)定性，防止結(jié)構(gòu)發(fā)生失穩(wěn)破壞。在某食品加工工廠的大跨輕鋼廠房中，柱間支撐和屋蓋支撐的合理設(shè)置，有效提高了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，使得廠房在風(fēng)荷載作用下能夠保持良好的工作狀態(tài)。在實際工程中，還需要考慮結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性，如鋼梁、鋼柱等構(gòu)件的腹板和翼緣在壓力作用下可能發(fā)生局部屈曲，通過合理的構(gòu)造措施，如設(shè)置加勁肋等，可以提高構(gòu)件的局部穩(wěn)定性。在某汽車零部件制造工廠的大跨輕鋼廠房中，在鋼梁和鋼柱的腹板上設(shè)置了加勁肋，有效防止了腹板在風(fēng)荷載作用下的局部屈曲，保證了構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。3.2風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)3.2.1應(yīng)力分析利用有限元分析軟件ANSYS，對某典型大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力分布進行模擬分析。該廠房為單跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度24m，檐口高度8m，屋面坡度10°。鋼材選用Q345，彈性模量為2.06×10?MPa，泊松比為0.3。在模擬過程中，根據(jù)前文所述的風(fēng)荷載計算方法，確定風(fēng)荷載的大小和方向，并將其施加到有限元模型上。模擬結(jié)果顯示，在風(fēng)荷載作用下，大跨輕鋼廠房不同部位呈現(xiàn)出不同的應(yīng)力大小和分布規(guī)律。鋼梁的應(yīng)力分布較為復(fù)雜，在跨中部位，由于承受較大的彎矩，鋼梁上翼緣受壓，下翼緣受拉，應(yīng)力值相對較大。通過模擬數(shù)據(jù)可知，跨中部位上翼緣的最大壓應(yīng)力可達180MPa，下翼緣的最大拉應(yīng)力可達150MPa。在鋼梁與鋼柱的連接處，由于應(yīng)力集中現(xiàn)象，應(yīng)力值明顯增大。該部位的應(yīng)力集中系數(shù)可達1.3-1.5，最大應(yīng)力值可超過200MPa。這是因為連接處的力流傳遞發(fā)生突變，導(dǎo)致局部應(yīng)力增大。在實際工程中，此處容易出現(xiàn)疲勞裂紋，需要加強構(gòu)造措施，如設(shè)置加勁肋等，以提高連接部位的承載能力。鋼柱在風(fēng)荷載作用下，主要承受壓力和彎矩。在柱腳部位，由于直接承受上部結(jié)構(gòu)傳來的荷載，且受到基礎(chǔ)的約束，應(yīng)力值較大。柱腳處的最大壓應(yīng)力可達220MPa，同時還存在一定的剪應(yīng)力。在鋼柱的中部，應(yīng)力相對較小，但在風(fēng)荷載較大時，也不容忽視。在風(fēng)荷載作用下，鋼柱中部的應(yīng)力會隨著風(fēng)荷載的增大而線性增加，當風(fēng)荷載達到一定程度時，可能會導(dǎo)致鋼柱的失穩(wěn)。因此，在設(shè)計鋼柱時，需要充分考慮風(fēng)荷載的影響，合理確定柱的截面尺寸和長度，確保其穩(wěn)定性。檁條作為連接鋼梁和屋面板的構(gòu)件，在風(fēng)荷載作用下也承受一定的應(yīng)力。檁條的應(yīng)力主要集中在與鋼梁和屋面板的連接部位。在這些部位，由于傳遞風(fēng)荷載時的局部受力，應(yīng)力值相對較大。檁條與鋼梁連接部位的最大應(yīng)力可達120MPa，與屋面板連接部位的最大應(yīng)力可達100MPa。為了提高檁條的抗風(fēng)性能，可以采用增加檁條截面尺寸、優(yōu)化連接方式等措施。采用高強度螺栓連接，可以提高連接的可靠性，減少應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過模擬分析，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力集中區(qū)域主要出現(xiàn)在鋼梁與鋼柱的連接處、柱腳部位以及檁條與鋼梁、屋面板的連接部位。這些區(qū)域由于受力復(fù)雜，容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，是結(jié)構(gòu)設(shè)計和加固的重點部位。在實際工程中，應(yīng)采取相應(yīng)的措施，如設(shè)置加勁肋、加厚連接板等，來提高這些部位的承載能力和抗風(fēng)性能。在鋼梁與鋼柱的連接處設(shè)置加勁肋后，應(yīng)力集中現(xiàn)象得到明顯改善，應(yīng)力值降低了約20%-30%，有效提高了結(jié)構(gòu)的安全性。3.2.2變形分析在風(fēng)荷載作用下，大跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)的變形情況較為復(fù)雜，涉及多個方面的變形，包括水平位移、豎向位移以及構(gòu)件的彎曲變形等，這些變形對結(jié)構(gòu)安全有著至關(guān)重要的影響，其發(fā)展趨勢也值得深入研究。水平位移是大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下的重要變形表現(xiàn)之一。通過有限元模擬分析可知，在風(fēng)荷載作用下，廠房的整體水平位移呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律。在迎風(fēng)面，水平位移相對較大，隨著高度的增加，水平位移逐漸增大。在某一實際工程案例中，當風(fēng)荷載為1.0kN/m2時，檐口高度處的水平位移可達30mm，而在柱腳處的水平位移相對較小，約為10mm。水平位移的大小與風(fēng)荷載的大小、結(jié)構(gòu)的剛度以及支撐體系的設(shè)置密切相關(guān)。風(fēng)荷載越大，水平位移越大；結(jié)構(gòu)剛度越小，水平位移也越大。合理設(shè)置支撐體系可以有效減小水平位移。在該工程中，通過增加柱間支撐的數(shù)量和剛度，水平位移減小了約20%。過大的水平位移可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，影響廠房的正常使用。當水平位移超過一定限值時，會使結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布發(fā)生改變，增加結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力，從而降低結(jié)構(gòu)的安全性。在設(shè)計大跨輕鋼廠房時，需要嚴格控制水平位移，確保其在允許范圍內(nèi)。豎向位移也是結(jié)構(gòu)變形的重要組成部分。屋面在風(fēng)荷載作用下會產(chǎn)生豎向位移，主要表現(xiàn)為向下的撓曲變形。對于大跨輕鋼廠房的屋面，在風(fēng)吸力作用下，可能會出現(xiàn)向上的位移。在某雙坡屋面輕鋼廠房中，當風(fēng)吸力為0.8kN/m2時，屋脊處的豎向位移可達40mm，檐口處的豎向位移相對較小，約為20mm。豎向位移的大小與屋面結(jié)構(gòu)的剛度、檁條的間距以及屋面板的連接方式等因素有關(guān)。屋面結(jié)構(gòu)剛度越大，豎向位移越??；檁條間距越小，豎向位移也越小。采用可靠的屋面板連接方式，如自攻螺釘連接，并確保連接的緊密性，可以有效減小豎向位移。豎向位移過大會導(dǎo)致屋面漏水、積水等問題，影響廠房的正常使用功能。嚴重的豎向位移還可能導(dǎo)致屋面結(jié)構(gòu)的破壞，如屋面板的撕裂、檁條的斷裂等。在設(shè)計和施工過程中，需要采取措施控制豎向位移，如增加屋面支撐、優(yōu)化屋面結(jié)構(gòu)布置等。構(gòu)件的彎曲變形在風(fēng)荷載作用下也較為明顯。鋼梁和鋼柱作為主要的承重構(gòu)件，在風(fēng)荷載作用下會發(fā)生彎曲變形。鋼梁在跨中部位的彎曲變形相對較大，根據(jù)模擬分析，當鋼梁跨度為30m，風(fēng)荷載為1.2kN/m2時，跨中部位的最大彎曲變形可達50mm。鋼柱在風(fēng)荷載作用下，也會產(chǎn)生一定的彎曲變形，尤其是在柱頂和柱腳部位。鋼柱的彎曲變形會導(dǎo)致柱的偏心受壓，從而增加柱的內(nèi)力，降低柱的穩(wěn)定性。構(gòu)件的彎曲變形還會影響結(jié)構(gòu)的整體剛度和承載能力。過大的彎曲變形會使結(jié)構(gòu)的剛度降低，在后續(xù)的風(fēng)荷載作用下，變形會進一步增大，形成惡性循環(huán)，最終可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。在設(shè)計構(gòu)件時，需要合理選擇構(gòu)件的截面尺寸和材料強度，提高構(gòu)件的抗彎能力，以減小彎曲變形。為了研究變形對結(jié)構(gòu)安全的影響以及變形的發(fā)展趨勢，可以通過建立不同風(fēng)荷載工況下的有限元模型，進行多工況分析。隨著風(fēng)荷載的逐漸增大，結(jié)構(gòu)的變形呈現(xiàn)出非線性增長的趨勢。當風(fēng)荷載較小時，結(jié)構(gòu)變形與風(fēng)荷載基本呈線性關(guān)系；當風(fēng)荷載超過一定閾值時，變形增長速度加快，結(jié)構(gòu)進入非線性階段。通過對不同風(fēng)荷載工況下的變形分析，可以確定結(jié)構(gòu)的彈性階段和彈塑性階段的界限，為結(jié)構(gòu)的安全評估提供依據(jù)。還可以通過監(jiān)測實際工程中的結(jié)構(gòu)變形，與模擬結(jié)果進行對比分析，驗證模擬的準確性，同時也可以及時發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)在使用過程中出現(xiàn)的變形異常情況，采取相應(yīng)的措施進行處理。3.3抗風(fēng)機理探討3.3.1結(jié)構(gòu)體系的抗風(fēng)作用大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)體系主要由剛架體系和支撐體系組成，它們在抵抗風(fēng)荷載的過程中協(xié)同工作，發(fā)揮著各自獨特的作用。剛架體系是大跨輕鋼廠房的主要承重結(jié)構(gòu)，由鋼梁和鋼柱組成。在風(fēng)荷載作用下，剛架體系通過鋼梁和鋼柱的抗彎、抗剪作用來抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。鋼梁在風(fēng)荷載作用下，主要承受彎矩和剪力，通過自身的抗彎剛度來抵抗彎矩，使鋼梁在風(fēng)荷載作用下的變形控制在允許范圍內(nèi)。當風(fēng)荷載作用于屋面時，屋面荷載通過檁條傳遞給鋼梁，鋼梁將彎矩傳遞給鋼柱。鋼柱則主要承受軸向壓力和彎矩，通過自身的抗壓和抗彎能力來抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。在實際工程中，某大跨輕鋼廠房的剛架體系在一次強風(fēng)天氣中，鋼梁和鋼柱共同承受了風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力，雖然結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了一定的變形，但仍保持了整體的穩(wěn)定性。剛架體系中的梁柱節(jié)點對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能也起著至關(guān)重要的作用。梁柱節(jié)點的連接方式和構(gòu)造形式會影響節(jié)點的剛度和承載能力。剛性連接節(jié)點能夠有效地傳遞彎矩和剪力，使剛架體系形成一個整體，提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。在某大跨輕鋼廠房中，采用了全焊接的剛性連接節(jié)點，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點能夠很好地傳遞內(nèi)力，保證了剛架體系的整體性和穩(wěn)定性。而鉸接連接節(jié)點則主要傳遞剪力，彎矩傳遞能力較弱，適用于一些對節(jié)點轉(zhuǎn)動要求較高的結(jié)構(gòu)。在某些特殊的大跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)中，為了滿足建筑功能的需求，采用了鉸接連接節(jié)點，但在設(shè)計時需要充分考慮節(jié)點的抗剪能力和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。支撐體系是大跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)體系的重要組成部分，包括柱間支撐和屋蓋支撐。支撐體系的主要作用是增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，提高結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力。柱間支撐一般設(shè)置在廠房的縱向柱列之間，能夠有效地抵抗縱向風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力。當縱向風(fēng)荷載作用于廠房時，柱間支撐將水平力傳遞給基礎(chǔ)，從而保證廠房在縱向的穩(wěn)定性。在某大跨輕鋼廠房中，柱間支撐采用了交叉支撐的形式，在風(fēng)荷載作用下，交叉支撐能夠有效地限制鋼柱的側(cè)向位移，提高了結(jié)構(gòu)的縱向抗風(fēng)能力。屋蓋支撐則設(shè)置在屋蓋系統(tǒng)中，主要用于保證屋蓋結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性，抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的扭矩和水平力。屋蓋支撐通過將屋蓋結(jié)構(gòu)的水平力傳遞給柱間支撐或基礎(chǔ)，從而保證屋蓋結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的穩(wěn)定性。在某大型物流倉儲大跨輕鋼廠房中，屋蓋支撐采用了上弦橫向支撐和下弦縱向支撐相結(jié)合的形式，有效地增強了屋蓋結(jié)構(gòu)的平面外剛度，提高了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。支撐體系與剛架體系之間的協(xié)同工作也非常重要。支撐體系能夠為剛架體系提供側(cè)向約束，減小剛架體系在風(fēng)荷載作用下的變形。剛架體系則為支撐體系提供了豎向支撐，保證支撐體系能夠有效地發(fā)揮作用。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，通過合理布置支撐體系，使其與剛架體系形成一個有機的整體，在風(fēng)荷載作用下，支撐體系和剛架體系協(xié)同工作，有效地抵抗了風(fēng)荷載的作用，保證了廠房結(jié)構(gòu)的安全。3.3.2構(gòu)件連接的抗風(fēng)性能大跨輕鋼廠房構(gòu)件之間的連接方式主要有螺栓連接和焊接兩種，不同的連接方式對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能有著不同的影響。螺栓連接是大跨輕鋼廠房中常用的連接方式之一，具有施工方便、可拆卸等優(yōu)點。在風(fēng)荷載作用下，螺栓連接節(jié)點主要通過螺栓的抗剪和抗拉能力來傳遞內(nèi)力。螺栓的抗剪能力取決于螺栓的直徑、數(shù)量和材質(zhì)等因素。在設(shè)計螺栓連接節(jié)點時，需要根據(jù)風(fēng)荷載的大小和方向，合理確定螺栓的直徑和數(shù)量，以確保節(jié)點能夠承受風(fēng)荷載產(chǎn)生的剪力。在某大跨輕鋼廠房的螺栓連接節(jié)點設(shè)計中，根據(jù)風(fēng)荷載計算結(jié)果，選用了直徑為20mm的高強度螺栓，并合理布置了螺栓的數(shù)量，使得節(jié)點在風(fēng)荷載作用下能夠有效地傳遞剪力，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。螺栓的抗拉能力則主要取決于螺栓的預(yù)緊力和材質(zhì)。通過施加適當?shù)念A(yù)緊力，可以提高螺栓的抗拉能力，防止螺栓在風(fēng)荷載作用下松動。在實際工程中，需要嚴格控制螺栓的預(yù)緊力，確保其符合設(shè)計要求。螺栓連接節(jié)點在風(fēng)荷載作用下的受力性能和破壞模式也值得關(guān)注。當風(fēng)荷載較小時，螺栓連接節(jié)點主要處于彈性工作狀態(tài)，螺栓能夠有效地傳遞內(nèi)力。隨著風(fēng)荷載的增大，螺栓連接節(jié)點可能會進入彈塑性工作狀態(tài)，螺栓會發(fā)生變形，甚至出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。當風(fēng)荷載繼續(xù)增大時，螺栓可能會被剪斷或拉斷，導(dǎo)致節(jié)點破壞。在某大跨輕鋼廠房的風(fēng)洞試驗中，發(fā)現(xiàn)當風(fēng)荷載達到一定程度時，螺栓連接節(jié)點出現(xiàn)了滑移現(xiàn)象，部分螺栓的預(yù)緊力減小，這表明螺栓連接節(jié)點在風(fēng)荷載作用下的受力性能會發(fā)生變化，需要在設(shè)計和施工中加以考慮。為了提高螺栓連接節(jié)點的抗風(fēng)性能，可以采取一些措施，如增加螺栓的數(shù)量、提高螺栓的強度等級、采用防松措施等。在某大跨輕鋼廠房的改造工程中，通過增加螺栓的數(shù)量和采用高強度螺栓，提高了螺栓連接節(jié)點的抗風(fēng)能力，使其在后續(xù)的風(fēng)災(zāi)中能夠保持良好的工作狀態(tài)。焊接連接是另一種常見的連接方式，具有連接強度高、整體性好等優(yōu)點。在風(fēng)荷載作用下，焊接連接節(jié)點通過焊縫的強度來傳遞內(nèi)力。焊縫的強度取決于焊縫的類型、尺寸和焊接質(zhì)量等因素。在設(shè)計焊接連接節(jié)點時，需要根據(jù)風(fēng)荷載的大小和方向，合理確定焊縫的類型和尺寸，確保焊縫能夠承受風(fēng)荷載產(chǎn)生的內(nèi)力。在某大跨輕鋼廠房的焊接連接節(jié)點設(shè)計中，采用了對接焊縫和角焊縫相結(jié)合的方式，并根據(jù)風(fēng)荷載計算結(jié)果，合理確定了焊縫的尺寸，使得節(jié)點在風(fēng)荷載作用下能夠有效地傳遞內(nèi)力，保證了結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。焊接質(zhì)量對焊接連接節(jié)點的抗風(fēng)性能也有著重要影響，焊接過程中出現(xiàn)的氣孔、夾渣、裂紋等缺陷會降低焊縫的強度，影響節(jié)點的受力性能。在實際工程中，需要嚴格控制焊接質(zhì)量，加強對焊縫的檢測和驗收。焊接連接節(jié)點在風(fēng)荷載作用下的受力性能和破壞模式也與螺栓連接節(jié)點有所不同。焊接連接節(jié)點的整體性較好，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點一般不會出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。但當風(fēng)荷載過大時，焊縫可能會發(fā)生開裂，導(dǎo)致節(jié)點破壞。在某大跨輕鋼廠房的實際工程中，由于風(fēng)荷載過大，部分焊接連接節(jié)點的焊縫出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，影響了結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。為了提高焊接連接節(jié)點的抗風(fēng)性能，需要保證焊接質(zhì)量，合理設(shè)計焊縫的形狀和尺寸，在節(jié)點處設(shè)置加勁肋等加強措施。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，在焊接連接節(jié)點處設(shè)置了加勁肋，有效地提高了節(jié)點的抗風(fēng)能力，避免了焊縫在風(fēng)荷載作用下的開裂。3.4不同建筑形式和結(jié)構(gòu)工藝的抗風(fēng)性能比較不同建筑形式的大跨輕鋼廠房在風(fēng)荷載作用下的抗風(fēng)性能存在顯著差異。單跨輕鋼廠房結(jié)構(gòu)相對簡單，內(nèi)部空間開闊，在風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的受力和變形較為直觀。由于其僅有一個跨度，沒有中間的支撐結(jié)構(gòu)，在大風(fēng)作用下，屋面和墻面的變形相對較大。在某單跨輕鋼廠房的風(fēng)洞試驗中，當風(fēng)速達到25m/s時，屋面的最大豎向位移達到了45mm，墻面的最大水平位移達到了30mm。單跨輕鋼廠房的優(yōu)點是施工方便，造價相對較低，適用于對空間要求較高、荷載較小的工業(yè)生產(chǎn)場所，如小型倉庫、輕型加工車間等。多跨輕鋼廠房由多個跨度組成，中間有支撐結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性相對較好。在風(fēng)荷載作用下，各跨之間可以相互協(xié)同工作，分擔風(fēng)荷載，從而減小結(jié)構(gòu)的變形。在某三跨輕鋼廠房中，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，在相同的風(fēng)荷載作用下，其屋面和墻面的變形比單跨輕鋼廠房減小了約20%-30%。多跨輕鋼廠房的缺點是結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，施工難度較大，造價也相對較高。它適用于對空間和承載能力要求較高的工業(yè)生產(chǎn)場所，如大型機械制造工廠、汽車生產(chǎn)車間等。高低跨輕鋼廠房存在不同高度的跨度，其結(jié)構(gòu)形式更為復(fù)雜。在風(fēng)荷載作用下，高低跨交接處的氣流會發(fā)生復(fù)雜的變化，導(dǎo)致該部位的風(fēng)荷載明顯增大。在某高低跨輕鋼廠房中，高低跨交接處的風(fēng)荷載體型系數(shù)比其他部位高出約50%。高低跨輕鋼廠房的優(yōu)點是可以滿足不同生產(chǎn)工藝對空間高度的要求，適用于一些有特殊工藝需求的工業(yè)生產(chǎn)場所，如化工車間、電力廠房等。在設(shè)計高低跨輕鋼廠房時，需要特別加強高低跨交接處的結(jié)構(gòu)設(shè)計，采取有效的抗風(fēng)措施，以提高該部位的抗風(fēng)性能。不同結(jié)構(gòu)工藝的大跨輕鋼廠房抗風(fēng)性能也有所不同。普通輕鋼工藝在大跨輕鋼廠房中應(yīng)用廣泛，其技術(shù)成熟，成本相對較低。普通輕鋼工藝的構(gòu)件連接方式多采用螺栓連接和焊接，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點的受力性能對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能有重要影響。如果節(jié)點連接不牢固，在風(fēng)荷載作用下容易出現(xiàn)松動、滑移等現(xiàn)象，從而影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在某采用普通輕鋼工藝的大跨輕鋼廠房中，由于部分螺栓連接節(jié)點在長期風(fēng)荷載作用下出現(xiàn)松動，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的變形增大，在一次強風(fēng)天氣中，屋面出現(xiàn)了局部塌陷的情況。新型輕鋼工藝則在普通輕鋼工藝的基礎(chǔ)上進行了改進和創(chuàng)新，采用了新的材料、連接方式或結(jié)構(gòu)體系。一些新型輕鋼工藝采用了高強度鋼材，提高了構(gòu)件的強度和剛度，從而增強了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。在某采用新型輕鋼工藝的大跨輕鋼廠房中，通過采用高強度鋼材，結(jié)構(gòu)的整體剛度提高了約30%，在風(fēng)荷載作用下的變形明顯減小。一些新型輕鋼工藝采用了先進的連接技術(shù)，如自攻螺釘連接、鉚接等，提高了節(jié)點的連接可靠性。采用自攻螺釘連接的節(jié)點在風(fēng)荷載作用下的滑移量比傳統(tǒng)螺栓連接節(jié)點減小了約50%。新型輕鋼工藝還可能采用了一些新的結(jié)構(gòu)體系，如預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)、空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)等，這些結(jié)構(gòu)體系具有更好的空間受力性能和抗風(fēng)性能。預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)可以通過施加預(yù)應(yīng)力來提高結(jié)構(gòu)的剛度和承載能力，在風(fēng)荷載作用下，結(jié)構(gòu)的變形更小。通過對不同建筑形式和結(jié)構(gòu)工藝的大跨輕鋼廠房進行實例分析和模擬研究，可以總結(jié)出它們的優(yōu)缺點和適用條件。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)具體的使用要求、場地條件、經(jīng)濟成本等因素，綜合考慮選擇合適的建筑形式和結(jié)構(gòu)工藝，以提高大跨輕鋼廠房的抗風(fēng)性能和安全性。四、大跨輕鋼廠房抗風(fēng)設(shè)計與改進4.1現(xiàn)行抗風(fēng)設(shè)計方法與標準我國在大跨輕鋼廠房抗風(fēng)設(shè)計方面，制定了一系列全面且細致的規(guī)范和標準，這些規(guī)范和標準為大跨輕鋼廠房的抗風(fēng)設(shè)計提供了堅實的技術(shù)支撐和嚴格的設(shè)計依據(jù)?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012作為風(fēng)荷載計算的核心規(guī)范，明確規(guī)定了風(fēng)荷載的計算方法和相關(guān)參數(shù)的取值。其中，基本風(fēng)壓的確定基于長期的氣象觀測數(shù)據(jù)，考慮了不同地區(qū)的風(fēng)氣候特征，為風(fēng)荷載計算提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。風(fēng)壓高度變化系數(shù)根據(jù)地面粗糙度類別進行劃分，不同的地面粗糙度對應(yīng)不同的系數(shù)取值，以準確反映風(fēng)速隨高度的變化情況。風(fēng)荷載體型系數(shù)則針對各種常見的建筑體型，通過風(fēng)洞試驗和實際工程經(jīng)驗總結(jié)，給出了相應(yīng)的取值，考慮了建筑形狀和體型對風(fēng)荷載分布的影響。陣風(fēng)系數(shù)的引入，考慮了風(fēng)的脈動特性對風(fēng)荷載的放大作用，使風(fēng)荷載計算更加符合實際情況。在計算大跨輕鋼廠房風(fēng)荷載標準值時，根據(jù)計算對象是主要承重結(jié)構(gòu)還是圍護結(jié)構(gòu)，分別采用不同的計算公式，充分考慮了不同結(jié)構(gòu)部位的受力特點?！堕T式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》CECS102對大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計、構(gòu)造要求和抗風(fēng)措施等作出了具體規(guī)定。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，詳細規(guī)定了門式剛架的設(shè)計原則和方法，包括剛架的內(nèi)力計算、構(gòu)件截面設(shè)計等。對于鋼梁和鋼柱的設(shè)計，考慮了風(fēng)荷載作用下的彎矩、剪力和軸力等內(nèi)力組合，通過合理選擇構(gòu)件的截面形式和尺寸，確保結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的強度和穩(wěn)定性。在構(gòu)造要求方面，對梁柱節(jié)點、檁條與鋼梁的連接、屋面板與檁條的連接等關(guān)鍵部位的構(gòu)造作出了明確規(guī)定。梁柱節(jié)點采用剛性連接時，應(yīng)保證節(jié)點的強度和剛度，能夠有效地傳遞彎矩和剪力；檁條與鋼梁的連接應(yīng)牢固可靠，防止在風(fēng)荷載作用下出現(xiàn)松動和脫落；屋面板與檁條的連接應(yīng)采用合適的連接方式，如自攻螺釘連接、咬口連接等，并確保連接的緊密性和耐久性。在抗風(fēng)措施方面，規(guī)定了支撐體系的設(shè)置要求，包括柱間支撐和屋蓋支撐。支撐體系應(yīng)合理布置，能夠有效地傳遞風(fēng)荷載，增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。對于柱間支撐，應(yīng)根據(jù)廠房的跨度、高度和柱距等因素，合理確定支撐的形式和布置位置；對于屋蓋支撐，應(yīng)根據(jù)屋蓋的結(jié)構(gòu)形式和荷載情況，設(shè)置上弦橫向支撐、下弦橫向支撐和縱向支撐等，確保屋蓋結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的平面外穩(wěn)定性。在實際設(shè)計流程中，首先需要對大跨輕鋼廠房的工程概況進行詳細了解，包括廠房的建筑形式、跨度、高度、屋面坡度等基本信息，以及廠房所在地的地理位置、地形條件等環(huán)境因素。這些信息對于準確計算風(fēng)荷載和進行結(jié)構(gòu)設(shè)計至關(guān)重要。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》確定風(fēng)荷載的各項參數(shù)，包括基本風(fēng)壓、風(fēng)壓高度變化系數(shù)、風(fēng)荷載體型系數(shù)和陣風(fēng)系數(shù)等。在確定這些參數(shù)時，需要嚴格按照規(guī)范的要求，結(jié)合工程實際情況進行取值。對于基本風(fēng)壓，應(yīng)根據(jù)當?shù)氐臍庀筚Y料和規(guī)范附錄中的基本風(fēng)壓分布圖進行查取；對于風(fēng)壓高度變化系數(shù)，應(yīng)根據(jù)廠房所在地的地面粗糙度類別和計算高度，按照規(guī)范中的公式進行計算。根據(jù)風(fēng)荷載參數(shù)計算風(fēng)荷載標準值，分別計算主要承重結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載。在計算過程中，應(yīng)注意公式的正確使用和參數(shù)的準確取值。根據(jù)風(fēng)荷載標準值和相關(guān)設(shè)計規(guī)范，進行大跨輕鋼廠房的結(jié)構(gòu)設(shè)計。在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要考慮結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性等要求。對于鋼梁和鋼柱，應(yīng)進行內(nèi)力計算和截面設(shè)計，確保構(gòu)件在風(fēng)荷載和其他荷載組合作用下的強度和穩(wěn)定性；對于支撐體系，應(yīng)進行布置設(shè)計和內(nèi)力計算，確保支撐體系能夠有效地傳遞風(fēng)荷載，增強結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。還需要對結(jié)構(gòu)的節(jié)點進行設(shè)計，確保節(jié)點的連接強度和剛度滿足要求。在完成結(jié)構(gòu)設(shè)計后，應(yīng)對設(shè)計結(jié)果進行復(fù)核和驗算，確保設(shè)計的合理性和安全性。復(fù)核內(nèi)容包括結(jié)構(gòu)的內(nèi)力計算、構(gòu)件截面尺寸的合理性、支撐體系的布置和受力情況等。通過復(fù)核和驗算，可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并進行調(diào)整和改進。4.2抗風(fēng)設(shè)計優(yōu)化策略4.2.1結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化合理布置支撐體系是提高大跨輕鋼廠房抗風(fēng)性能的重要措施之一。在廠房縱向，柱間支撐起著至關(guān)重要的作用。柱間支撐一般采用交叉支撐的形式，這種形式能夠有效地抵抗縱向風(fēng)荷載產(chǎn)生的水平力。通過合理調(diào)整交叉支撐的角度，可以優(yōu)化其傳力路徑，提高支撐體系的效率。研究表明，當交叉支撐的角度在45°-60°之間時，支撐體系的抗風(fēng)效果最佳。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，將柱間支撐的角度從原來的30°調(diào)整為45°，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，在相同風(fēng)荷載作用下，廠房縱向的水平位移減小了約15%，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到了顯著提高。在廠房橫向，屋蓋支撐對于增強結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能也具有重要意義。屋蓋支撐包括上弦橫向支撐、下弦橫向支撐和縱向支撐等。上弦橫向支撐能夠限制屋架上弦的側(cè)向位移，提高屋蓋結(jié)構(gòu)的平面外穩(wěn)定性；下弦橫向支撐則可以增強屋架下弦的側(cè)向剛度，抵抗風(fēng)荷載產(chǎn)生的扭矩；縱向支撐能夠?qū)⑽萆w結(jié)構(gòu)的水平力傳遞給柱間支撐，從而保證整個結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作。通過優(yōu)化屋蓋支撐的布置方式，可以提高屋蓋結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力。在某大型物流倉儲大跨輕鋼廠房中，增加了下弦縱向支撐的數(shù)量，并合理調(diào)整了其位置，使屋蓋結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的變形明顯減小，提高了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。優(yōu)化剛架幾何形狀也是提高大跨輕鋼廠房抗風(fēng)性能的有效手段。剛架的跨度和高度對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能有著顯著影響。在滿足使用功能的前提下，適當減小剛架的跨度，可以降低結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的彎矩和變形。某大跨輕鋼廠房的剛架跨度原本為36m，通過優(yōu)化設(shè)計，將跨度減小到30m，在相同風(fēng)荷載作用下，剛架的最大彎矩減小了約20%，結(jié)構(gòu)的變形也得到了有效控制。剛架的高度也需要合理控制，過高的剛架會增加風(fēng)荷載的作用面積，從而增大結(jié)構(gòu)的受力。在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)廠房的實際需求和場地條件，合理確定剛架的高度。剛架的梁柱截面形狀和尺寸也會影響結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。采用變截面的梁柱可以更好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的受力特點，提高材料的利用率。對于鋼梁，在跨中部位承受較大彎矩，采用變截面鋼梁，將跨中截面加大，可以提高鋼梁的抗彎能力；對于鋼柱，在柱腳部位承受較大的壓力和彎矩，采用變截面鋼柱，將柱腳截面加大，可以增強鋼柱的穩(wěn)定性。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，采用了變截面的鋼梁和鋼柱，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力分布更加均勻，構(gòu)件的承載能力得到了充分發(fā)揮，抗風(fēng)性能得到了明顯提升。4.2.2材料選擇與應(yīng)用鋼材是大跨輕鋼廠房的主要建筑材料，其性能對結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能有著至關(guān)重要的影響。在選擇鋼材時，需要充分考慮風(fēng)荷載大小和結(jié)構(gòu)受力特點。對于承受較大風(fēng)荷載的部位，如柱腳、鋼梁與鋼柱的連接處等，應(yīng)選用強度較高的鋼材。Q345鋼材具有較高的屈服強度和抗拉強度，在大跨輕鋼廠房中應(yīng)用廣泛。在風(fēng)荷載較大的沿海地區(qū)，某大跨輕鋼廠房的柱腳和梁柱連接部位采用了Q345鋼材，與采用Q235鋼材相比，結(jié)構(gòu)的承載能力提高了約30%，有效增強了結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的安全性。鋼材的韌性也是影響結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的重要因素。在強風(fēng)作用下，結(jié)構(gòu)可能會受到?jīng)_擊和振動，具有良好韌性的鋼材能夠吸收能量，減少結(jié)構(gòu)的損壞。Q345鋼材的韌性較好，能夠在一定程度上抵抗風(fēng)荷載的沖擊。對于一些對結(jié)構(gòu)安全性要求較高的大跨輕鋼廠房，可以選用更高強度等級的鋼材，如Q390、Q420等。這些鋼材不僅具有更高的強度，還具有更好的韌性和可焊性，能夠進一步提高結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。在某大型工業(yè)廠房的建設(shè)中，采用了Q390鋼材，通過風(fēng)洞試驗和實際使用驗證，該廠房在強風(fēng)天氣下能夠保持良好的結(jié)構(gòu)性能，有效保障了生產(chǎn)活動的正常進行。除了鋼材，其他建筑材料的選擇也會對大跨輕鋼廠房的抗風(fēng)性能產(chǎn)生影響。屋面板作為廠房的圍護結(jié)構(gòu)，直接承受風(fēng)荷載的作用，其材料的選擇尤為重要。目前，大跨輕鋼廠房常用的屋面板材料有彩色涂層壓型鋼板和夾芯板。彩色涂層壓型鋼板具有重量輕、施工方便、美觀等優(yōu)點，但在風(fēng)荷載較大時，其抗風(fēng)能力相對較弱。夾芯板則在彩色涂層壓型鋼板的基礎(chǔ)上，增加了保溫芯材，不僅提高了保溫隔熱性能，還增強了屋面板的整體剛度和抗風(fēng)能力。在風(fēng)荷載較大的地區(qū)，某大跨輕鋼廠房采用了巖棉夾芯板屋面板，與采用彩色涂層壓型鋼板屋面板相比，在相同風(fēng)荷載作用下，屋面板的變形減小了約40%，有效提高了廠房的抗風(fēng)性能。檁條作為連接鋼梁和屋面板的構(gòu)件，其材料的選擇也會影響結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。冷彎薄壁型鋼是常用的檁條材料，如C型鋼和Z型鋼。C型鋼和Z型鋼具有重量輕、強度高、制作方便等優(yōu)點。在風(fēng)荷載較大的情況下，可以采用壁厚較大的C型鋼或Z型鋼，以提高檁條的承載能力。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，將檁條的壁厚從原來的2mm增加到2.5mm，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，檁條在風(fēng)荷載作用下的應(yīng)力明顯降低，變形減小，提高了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。還可以采用新型的檁條材料，如高強度鋁合金檁條。鋁合金檁條具有重量輕、耐腐蝕、強度高等優(yōu)點，能夠有效提高檁條的抗風(fēng)性能。在一些對建筑外觀和耐久性要求較高的大跨輕鋼廠房中，采用鋁合金檁條可以取得較好的效果。4.2.3構(gòu)造措施加強增加節(jié)點板厚度是加強大跨輕鋼廠房構(gòu)造措施、提高抗風(fēng)性能的重要手段之一。節(jié)點是結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接部位，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點承受著復(fù)雜的內(nèi)力，如剪力、彎矩和軸力等。節(jié)點板作為節(jié)點的重要組成部分，其厚度直接影響節(jié)點的承載能力和剛度。當節(jié)點板厚度較小時，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點板可能會發(fā)生變形甚至破壞，從而影響整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，當節(jié)點板厚度為8mm時，在風(fēng)荷載作用下，節(jié)點處出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中，部分節(jié)點板發(fā)生了屈服變形。而將節(jié)點板厚度增加到10mm后，節(jié)點處的應(yīng)力集中現(xiàn)象得到明顯改善，節(jié)點板的變形也得到了有效控制，結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性得到了提高。在實際工程中，應(yīng)根據(jù)風(fēng)荷載的大小和節(jié)點的受力情況，合理確定節(jié)點板的厚度。對于承受較大風(fēng)荷載的節(jié)點，如柱腳節(jié)點、梁柱連接節(jié)點等，應(yīng)適當增加節(jié)點板的厚度。在沿海地區(qū)的某大跨輕鋼廠房中，由于風(fēng)荷載較大，柱腳節(jié)點的節(jié)點板厚度從常規(guī)的10mm增加到12mm，通過現(xiàn)場監(jiān)測和實際使用驗證，該廠房在強風(fēng)天氣下，柱腳節(jié)點保持了良好的工作狀態(tài)，未出現(xiàn)明顯的變形和損壞，有效保障了廠房的結(jié)構(gòu)安全。設(shè)置隅撐也是提高大跨輕鋼廠房抗風(fēng)性能的重要構(gòu)造措施。隅撐主要用于增強鋼梁和鋼柱的穩(wěn)定性，防止其在風(fēng)荷載作用下發(fā)生平面外失穩(wěn)。隅撐一般設(shè)置在鋼梁和鋼柱的翼緣與檁條或墻梁之間，通過將鋼梁和鋼柱的翼緣與檁條或墻梁連接起來，形成一個穩(wěn)定的三角形結(jié)構(gòu)，從而提高鋼梁和鋼柱的平面外剛度。在風(fēng)荷載作用下，鋼梁和鋼柱可能會受到平面外的彎矩和剪力，隅撐能夠有效地抵抗這些力，限制鋼梁和鋼柱的平面外變形。在某大跨輕鋼廠房中，通過設(shè)置隅撐，鋼梁在風(fēng)荷載作用下的平面外變形減小了約30%，提高了鋼梁的穩(wěn)定性，進而增強了整個結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。隅撐的設(shè)置位置和間距也會影響其作用效果。隅撐應(yīng)設(shè)置在鋼梁和鋼柱的翼緣受壓區(qū)，且間距不宜過大。一般來說，隅撐的間距不應(yīng)大于鋼梁或鋼柱受壓翼緣寬度的16倍。在某大跨輕鋼廠房的設(shè)計中，隅撐的間距原本為2m，通過有限元模擬分析發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)荷載作用下，鋼梁的平面外變形較大，部分隅撐出現(xiàn)了屈曲現(xiàn)象。將隅撐的間距減小到1.5m后，鋼梁的平面外變形明顯減小，隅撐的受力狀態(tài)得到改善，有效提高了結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。在設(shè)置隅撐時，還應(yīng)注意隅撐與鋼梁、鋼柱以及檁條或墻梁之間的連接方式，確保連接牢固可靠。通常采用焊接或高強度螺栓連接，以保證隅撐能夠有效地傳遞力。4.3改進措施的實施與效果評估以某位于沿海地區(qū)的大型機械制造大跨輕鋼廠房項目為例，該廠房原采用單跨門式剛架結(jié)構(gòu)，跨度為36m，檐口高度為12m，屋面坡度為15°。在以往的強風(fēng)天氣中，廠房曾出現(xiàn)屋面局部損壞、圍護結(jié)構(gòu)松動等問題，抗風(fēng)性能有待提高。針對該廠房，實施了一系列抗風(fēng)設(shè)計改進措施。在結(jié)構(gòu)形式優(yōu)化方面，合理布置了支撐體系。在廠房縱向，將柱間支撐的角度從原來的30°調(diào)整為45°，并增加了支撐的數(shù)量。在廠房橫向，優(yōu)化了屋蓋支撐的布置，增加了下弦縱向支撐的數(shù)量，并合理調(diào)整了其位置。優(yōu)化了剛架幾何形狀，將剛架的跨度減小到32m，同時采用了變截面的鋼梁和鋼柱，在跨中部位和柱腳部位加大了截面尺寸。在材料選擇與應(yīng)用方面，將主要承重構(gòu)件的鋼材由原來的Q235更換為Q345，提高了鋼材的強度和韌性。屋面板采用了更厚的巖棉夾芯板，檁條采用了壁厚較大的C型鋼。在構(gòu)造措施加強方面，增加了節(jié)點板厚度，將梁柱連接節(jié)點的節(jié)點板厚度從10mm增加到12mm。在鋼梁和鋼柱的翼緣受壓區(qū)設(shè)置了隅撐，隅撐的間距減小到1.5m。為了評估改進措施的效果，采用了現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬相結(jié)合的方法。在現(xiàn)場安裝了風(fēng)速儀、位移傳感器和應(yīng)變片等監(jiān)測設(shè)備，實時監(jiān)測廠房在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)。利用有限元軟件ANSYS建立了改進前后的廠房結(jié)構(gòu)模型，進行了風(fēng)荷載作用下的數(shù)值模擬分析。通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)值模擬結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)改進后的廠房在抗風(fēng)性能方面有了顯著提升