1、門式剛架設(shè)計(jì)中關(guān)于風(fēng)荷載體型系數(shù)s的研究姜蘭潮 馮東 汪一峻（北京交通大學(xué) 北京 100044）摘要：以跨高比Lh為參數(shù)，采用門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程和建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001的風(fēng)荷載體型系數(shù)，以大量的工程實(shí)例進(jìn)行對(duì)比分析，得出門式剛架控制設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)重要結(jié)論。 關(guān)鍵詞：門式剛架風(fēng)荷載體型系數(shù)跨高比（）（）（），概述門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程附錄表系根據(jù)美國(guó)金屬房屋制造商協(xié)會(huì)低層房屋體系手冊(cè)（）中有關(guān)小坡度房屋的規(guī)定，分別給出房屋端區(qū)和中間區(qū)的不同風(fēng)荷載體型系數(shù)s。盡管它是根據(jù)風(fēng)洞試驗(yàn)得出的，是專門針對(duì)低層鋼結(jié)構(gòu)房屋的，內(nèi)容詳盡，已為多數(shù)國(guó)家采用，但它與我國(guó)已沿用多年的

2、建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-20012第7.3節(jié)中的體型系數(shù)s算得的風(fēng)荷載組合彎矩設(shè)計(jì)值相比，在多數(shù)情況下偏小甚多。在編制2002年全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施結(jié)構(gòu)中，根據(jù)近年來(lái)的多次分析后，一致認(rèn)為應(yīng)在大多數(shù)Lh的門式剛架中采用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001表7.3.1中的體型系數(shù)s。為照顧到中這一實(shí)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)Lh>，風(fēng)荷載較大，屋面荷載較輕的少數(shù)門式剛架中有可能會(huì)出現(xiàn)按計(jì)算比按GB50009-2001計(jì)算風(fēng)荷載組合彎矩設(shè)計(jì)值稍偏大的情況，故仍保留了的風(fēng)荷載體型系數(shù)s。目前兩種風(fēng)荷載體型系數(shù)s共存，設(shè)計(jì)部門都有采用的，甚至有些設(shè)計(jì)軟件只適用于一種體型系數(shù)，作者以實(shí)例為主，

3、特作以下分析，供讀者分析參考。體型系數(shù)對(duì)比分析2.1建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001第7.3節(jié)表7.3.1項(xiàng)次2，體型系數(shù)取值如下： 柱：迎風(fēng)面 s背風(fēng)面s梁： 迎風(fēng)面 s背風(fēng)面s2.2附錄表中間區(qū)，體型系數(shù)取值如下：柱：迎風(fēng)面s背風(fēng)面s梁：迎風(fēng)面s背風(fēng)面s2.3與的體形系數(shù)和內(nèi)力比較柱面風(fēng)荷載、（如圖所示）計(jì)算所需的s之和，比大，其比值為。從所舉例子的計(jì)算結(jié)果（見(jiàn)表）看，彎矩計(jì)算值，與s之比接近。梁面風(fēng)荷載、（如圖所示）計(jì)算所需的s之和，比大，其比值為。從所舉例子看，彎矩計(jì)算值與s之比一致。2.4初步分析（）對(duì)柱面的s比大倍，前者安全。（）對(duì)梁面的比小倍，后者安全。這反映兩個(gè)問(wèn)題：1

4、）應(yīng)考慮柱高和梁跨兩個(gè)重要參數(shù)，即剛架跨長(zhǎng)L與柱高h(yuǎn)的比值L/h。2）梁面風(fēng)荷載s均為風(fēng)吸力（負(fù)值）與剛架豎向恒載和活載起相互抵消作用，因此不能單純從GB50009-2001與CECS102：2002兩者風(fēng)的彎矩絕對(duì)值大小相比來(lái)判別何者安全，而應(yīng)從兩者的彎矩組合值綜合比較。3.計(jì)算實(shí)例以圖1所示剛架為例：柱距為d，基本風(fēng)壓為0.5，地面粗糙度為類，、分別為、Q 恒、活荷載。則風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值µµ，式中為風(fēng)振系數(shù)。根據(jù)中國(guó)建筑科學(xué)研究院建筑結(jié)構(gòu)研究所規(guī)范室給中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究所的函3 w復(fù)中已明確：高度小于的單層工業(yè)房屋仍可按以往實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不考慮風(fēng)振系數(shù)，本文中房屋w高度h均小于

5、10m，取，風(fēng)壓高度變化系數(shù)µ，于是得剛架各部分的風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值為圖剛架計(jì)算簡(jiǎn)圖µ（）（）假定梁為等截面，梁柱線剛度之比為，其中為梁段長(zhǎng)度，、分別為梁、柱的截面慣性矩，取系數(shù)（）（）。則、截面的水平反力分別為：（）（）（）作用下 （）（）（）（）（）（）（）作用下（）（）作用下 （）（）（）或作用下 （）（）、截面彎矩為：（）××（）作用下 （）××（）（）作用下（）作用下 （）或作用下 ×（）共同作用下，分別將各自內(nèi)力疊加即可。將兩種規(guī)范的體型系數(shù)代入以上公式中，并考慮荷載分項(xiàng)系數(shù)（恒載，活載，風(fēng)載），取跨度，柱高，柱距，屋

6、面坡度，。計(jì)算得到各工況下的彎矩設(shè)計(jì)值，如表所示，并繪制彎矩圖如圖、所示。表各工況下彎矩設(shè)計(jì)值（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）（）注：表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)值是規(guī)程CECS102：2002的計(jì)算結(jié)果，其他為規(guī)范GB50009-2001的計(jì)算結(jié)果。得到最不利的計(jì)算結(jié)果，列于表中，并增加了幾種剛架實(shí)例。表剛架風(fēng)荷載彎矩組合設(shè)計(jì)值比較表剛架序號(hào)柱距尺寸（）柱距恒載標(biāo)準(zhǔn)值（）活載基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值（）（）截面彎矩（）風(fēng)荷載單獨(dú)作用恒活組合恒、活、風(fēng)組合最不利截面彎矩（）風(fēng)荷載單獨(dú)作用恒活組合恒、活、風(fēng)組合最不利剛架序號(hào)尺寸（）柱距柱距恒載標(biāo)準(zhǔn)值（）續(xù)表活載基本風(fēng)壓標(biāo)準(zhǔn)值（）（）截面彎矩（）風(fēng)荷載單獨(dú)作

7、用恒活組合恒、活、風(fēng)組合最不利截面彎矩（）風(fēng)荷載單獨(dú)作用恒活組合恒、活、風(fēng)組合最不利注：表中分子為按計(jì)算，分母為按計(jì)算。結(jié)論（）房屋風(fēng)荷載的體型系數(shù)與房屋形狀有關(guān)，與所選結(jié)構(gòu)類型無(wú)關(guān)，一般應(yīng)采用建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范第節(jié)中所列的風(fēng)荷載體型系數(shù)µ計(jì)算結(jié)構(gòu)風(fēng)荷載。（）門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程：借鑒國(guó)外實(shí)測(cè)µ資料，可供設(shè)計(jì)人員作為加強(qiáng)剛架個(gè)別截面和驗(yàn)算的參考。當(dāng)剛架時(shí)，控制截面的彎矩組合設(shè)計(jì)值比按算得的小得多。（）比較兩種規(guī)范風(fēng)荷載的效應(yīng)，不能單從兩者風(fēng)荷載項(xiàng)進(jìn)行比較，應(yīng)將兩者的彎矩組合設(shè)計(jì)值綜合進(jìn)行比較才能得出合乎情理的正確結(jié)論。而按：風(fēng)幾乎不起作用，全部由恒荷載活荷載控制設(shè)計(jì)，這不合常理。（）常用剛架的跨高比，控制截面在點(diǎn)，梁右端向上彎曲（負(fù)彎矩），梁左端則相反，一般點(diǎn)不控制。它僅當(dāng)，且屋面恒載小，風(fēng)荷載較大時(shí)，在（風(fēng)恒）作用下，風(fēng)吸力有可能使梁端的正彎矩比自重引起的負(fù)彎矩大，這樣，二者抵消后可能使點(diǎn)正彎矩值還大于點(diǎn)負(fù)彎矩值，此時(shí)點(diǎn)才起控制作用。但它不會(huì)超出按算得的很多。（）參照輕型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)指南將所取用的µ，改用的µ重新給出，對(duì)多榀單跨剛架進(jìn)行分析，其梁柱彎矩組合設(shè)計(jì)值與上述分析基本一致，梁柱截面面積需加大，必須引起高