1、超越雪荷載災(zāi)害 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,天津大學(xué) 2009年10月20日,報(bào)告人 孫國(guó)軍,主要內(nèi)容 引言 基本雪壓 積雪分布系數(shù) 門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究 雪荷載取值和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議,超越雪荷載災(zāi)害作用的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,2007年3月4日清晨至3月5日凌晨，遼寧地區(qū)普遍遭受罕見的暴風(fēng)雪災(zāi)，以沈陽(yáng)和鞍山最為嚴(yán)重,平均積雪深度36厘米 平均風(fēng)力達(dá)到6-7級(jí)，陣風(fēng)9-10級(jí) 輕鋼廠房從數(shù)量和損害程度上相當(dāng)嚴(yán)重 破壞面積超過了百萬平方米,引言,2007年3月日凌晨天津遭遇的雪災(zāi),全市多處廠房、倉(cāng)庫(kù)、市場(chǎng)頂棚發(fā)生坍塌 出現(xiàn)人員傷亡的事故,引言,引言,2008年1月10日以來，我國(guó)南方的大部分地區(qū)遭受的低溫雨

2、雪冰凍災(zāi)害,范圍大 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 積雪深度高,引言,上述的各種災(zāi)害都威脅到我們鋼結(jié)構(gòu)建筑的安全，主要體現(xiàn)在大跨度輕鋼結(jié)構(gòu)在暴雪災(zāi)害下的破壞。,本文的研究角度： 超越雪荷載 大跨度輕鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（門式剛架結(jié)構(gòu)和空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）,超越雪荷載,超越雪荷載：建筑物在使用或施工過程中承受的超越了規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)值的雪荷載。,根據(jù)我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范（GB50092001），雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式：,屋面積雪分布系數(shù),基本雪壓,基本雪壓,基本雪壓計(jì)算公式：,雪的重度,積雪深度,基本雪壓,雪壓比較分析,我國(guó)規(guī)范中給出的基本雪壓取值偏小,通過大量的試驗(yàn)和概率統(tǒng)計(jì)理論，重新確定超越雪荷載災(zāi)害頻發(fā)地區(qū)的基本雪壓 現(xiàn)有荷載規(guī)范基礎(chǔ)

3、上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建議在取雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，引入超越雪荷載災(zāi)害系數(shù)，屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，應(yīng)按下式計(jì)算：,基本雪壓,超越荷載災(zāi)害系數(shù)系數(shù)表,一般鋼結(jié)構(gòu)體系:如普通鋼結(jié)構(gòu)廠房 敏感鋼結(jié)構(gòu)體系:如大跨度鋼結(jié)構(gòu)和輕型鋼結(jié)構(gòu),積雪分布系數(shù),單坡的屋面屋面積雪分布系數(shù)對(duì)比,GB50092001：35 60之間偏小,多屋脊的屋面屋面積雪分布系數(shù)對(duì)比,多屋脊的屋面屋面積雪分布系數(shù)低洼處偏小,1實(shí)際一般情況；2規(guī)范所用圖示；3前蘇聯(lián)規(guī)范圖示,高低跨雪堆分析,我國(guó)：雪堆成曲線圖形的堆積，簡(jiǎn)化為矩形雪堆,前蘇聯(lián)：形成三角形分布,積雪分布系數(shù),積雪分布系數(shù),我們通過分析一個(gè)懸臂結(jié)構(gòu)的彎矩為例，來考慮高低屋面所

4、引起的不均勻荷載系數(shù)。,一個(gè)高度差為3米的高低屋面，低跨為懸挑結(jié)構(gòu)，懸挑9米，基本雪壓按照0.5,取值，,1.0,1.0,0.5,34,31.75,0.5,0.57m,2米,在暴雪災(zāi)害中，由于這些高低差所導(dǎo)致的積雪厚度,實(shí)際雪堆一般成三角形分布 42.45 將積雪分布系數(shù)提高到3.0時(shí)43.00,蘇聯(lián)規(guī)范,我國(guó),天窗、擋風(fēng)板和女兒墻等附屬結(jié)構(gòu)也是產(chǎn)生不均勻分布的原因，應(yīng)該盡量避免。根據(jù)前面的分析，如有一定需要我們要將其高度控制在0.6m以下，否則由于這些附屬結(jié)構(gòu)引起的不均勻積雪荷載系數(shù)提高到3.0才相對(duì)保險(xiǎn),積雪分布系數(shù),門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在超越雪荷載作用下的設(shè)計(jì)問題,檁條平面外失穩(wěn)破壞,主梁

5、平面外失穩(wěn),梁柱節(jié)點(diǎn)彎扭失穩(wěn),地錨斷裂破壞,大跨輕鋼結(jié)構(gòu)（門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)）典型的破壞形式 主要有以下幾種：,門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在超越雪荷載作用下的設(shè)計(jì)問題,從上述的破壞形式可以看出，結(jié)構(gòu)體系的破壞存在著最危險(xiǎn)部位（構(gòu)件），即結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件，解決主要構(gòu)件的安全性，對(duì)提高結(jié)構(gòu)整體抵抗超越荷載作用有明顯作用。,屋面局部塌陷破壞,結(jié)構(gòu)整體垮塌破壞,門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在超越雪荷載作用下的設(shè)計(jì)問題,以一個(gè)輕鋼門式剛架為例，不僅僅是屋面板和檁條的破壞，更有和結(jié)構(gòu)的框架主梁破壞、局部坍塌和整體坍塌破壞。 根據(jù)我國(guó)的 門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程 明確規(guī)定系桿的設(shè)置、檁條斜拉條的設(shè)置方法和原則，結(jié)合上述實(shí)際

6、工程的破壞實(shí)例， 發(fā)現(xiàn)： 大量的坍塌工程中發(fā)現(xiàn)沒有系桿或系桿不符合規(guī)范要求，根本不能形成空間受力體系； 對(duì)于一些縱向支撐設(shè)置符合要求的工程，往往是屋面局部坍塌，整個(gè)剛架沒有坍塌，遭受到的損失會(huì)小很多，可見支撐結(jié)構(gòu)的重要性； 不設(shè)檁條斜拉條更是十分常見 屋脊和邊檁條也沒有采用剛性的拉條，不能形成檁條的平面外受力體系。在雪荷載達(dá)到一定程度時(shí)，檁條進(jìn)入平面外失穩(wěn)狀態(tài)，剛架隨即失去平面外的支撐，整個(gè)結(jié)構(gòu)隨即失穩(wěn)。,門式剛架和網(wǎng)格結(jié)構(gòu)在超越雪荷載作用下的設(shè)計(jì)問題,網(wǎng)格結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ，但是在超越荷載作用下，有些桿件率先達(dá)到屈服，引起整體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力從分布，會(huì)使一些受拉桿件變成受壓構(gòu)件，這些桿件往往不能達(dá)到受壓的要求，進(jìn)而引發(fā)整體結(jié)構(gòu)坍塌破壞。,此外，應(yīng)力集中 、有限元設(shè)計(jì)數(shù)值模擬與實(shí)際工程差別和鋼結(jié)構(gòu)過度優(yōu)化設(shè)計(jì)都促使敏感鋼結(jié)構(gòu)在超越雪荷載作用下存在安全隱患。,雪荷載取值和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議,雪荷載取值和鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建議,4）在設(shè)計(jì)空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的時(shí)候，受最小拉力的桿件應(yīng)該按照受壓桿件計(jì)算。 5）在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)避免應(yīng)力集中現(xiàn)象，如果有應(yīng)力集中現(xiàn)象存在，應(yīng)引起高度重視，這是抵御超越荷載的最不利的部位。 6）在屋面復(fù)雜的大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮不均勻雪荷載分布情況，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，有條件的進(jìn)行風(fēng)洞模型