岳欣源
中国能源建设集团黑龙江省电力设计院有限公司
摘要：钢结构建筑是一种新型的节能环保的建筑体系，其形式有门式钢结构和拱壳屋面结构，以新颖、美观的造型、较短的施工工期和较低的用钢量备受欢迎。本文分析了轻型房屋钢结构住宅面临的一些问题，并对多层轻型房屋结构计算中的风荷载和雪荷载的取值进行探讨。
关键词：轻型房屋；钢结构；风雪荷载
多层轻型房屋钢结构住宅是近年来我们国家快速发展的新型建筑体系，也是目前国内住宅研究和开发的方向。但是它的设计方法，结构体系，结构特点和常用经济指标不为设计者所熟悉，因此多层轻钢住宅示范楼的设计与施工是推广这种新型体系的最好方式。
一、我国轻钢结构住宅面临的一些问题
在轻钢结构住宅的建筑设计理念上，我国同国外有明显差距。目前，我国的轻钢结构建筑设计仍然执行现行的各种建筑规范，与混凝土建筑没有本质的区别。但其建筑理念由于使用材料的特殊性，确有与混凝土不同的地方，进而使其建筑表现出多种差别。
（一）建筑隔音问题
建筑隔音问题已经成为业主关注的重点, 声音传播分为空气传播和固体传播两种形式。《民用建筑隔音规范》要求: 建筑隔音最低标准为40 分贝。轻钢住宅中, 采用内外墙及楼盖搁栅间填充玻璃棉, 阻止空气传播; 在分户墙用二道墙柱构成带有中间空隙的二道墙体; 对于固定吊顶石膏板的小龙骨, 用带有小切槽的弹性构造措施减少楼层间的固体声传播。
（二）设计观念落后
混凝土建筑的设计都是按着先建筑设计后结构设计的理念进行设计，而轻钢结构建筑由于其特殊的材料和先进的设计软件，得以使设计程序实现建筑结构一体化设计，即建筑设计与结构设计同时完成。目前，国外轻钢结构企业都是遵循这样一条理念，而国内的大多数企业仍执行混凝土建筑设计的原则。建筑设计按混凝土建筑的设计方式进行设计，在结构设计的时候一方面很难完整地表现其建筑风格，另一方面也破坏了轻钢结构建筑特有的建筑特色。
（三）建筑保温和节能问题
钢材传热系数大, 热量散失快, 且易形成冷桥, 因此保温节能是轻钢结构住宅要解决的主要问题之一。轻钢结构住宅保温有外保温和内保温两种做法。外保温做法是在墙柱间填充玻璃纤维, 在墙外侧再贴一层保温材料, 有效隔断了通过墙柱至外墙板的热桥; 内保温层是指外墙内表面层加入内部松软的保温层, 再罩一层纸面石膏板、其他板材或做上抹面, 形成硬质面层。墙体的保温性能会大大加强。阻止了室内的大量热能向室外散发, 从而起到了节约热能的作用。
（四）
二、轻型房屋钢结构维护结构设计风雪荷载
1. 关于维护（檩条或墙梁）结构计算中的风荷载
风荷载体形系数是指风荷载作用在建筑物表面上所引起的实际压力（或吸力）与来流风的速度压的比值，它描述的是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。
在计算维护结构时 （式中 ----高处z处的阵风系数；----局部风压体型系数。），同时在条文说明中指出“对于低矮房屋的维护结构，按本规范提供的阵风系数确定的风荷载，与某些国外规范专为低矮房屋制定的规范相比，有估计过高的可能。美国金属房屋制造商协会MBMA的《Metal Building Systems Manual》关于风荷载的计算是依据前者的试验数据，我国的《建筑结构荷载规范》是依据后者的试验数据，因此《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》选择了更接近实际受力工况的MBMA的《低层房屋体系手册》的计算方法确定了现行规程的风荷载体型系数。在《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》中也同时界定了低矮房屋的体型特点：
1. 门式刚架轻型房屋屋面坡度α不大于10°；
2. 屋面平均高度不大于18m；
3. 房屋高宽比不大于1；
4. 檐口高度不大于房屋的最小水平尺寸。
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《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》附录A给出垂直于建筑物表面的风荷载计算公式 （式中 ----基本风压，按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB50009的规定值乘以1.05采用； ----风荷载体型系数，考虑内、外风压最大值的组合，且含阵风系数，按A.0.2的规定采用），明确指出风荷载体型系数已“考虑内、外风压最大值的组合，且含阵风系数”，因此不能与《建筑结构荷载规范》混用；对于《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》“未作规定的建筑类型和体型，如风荷载体型系数采用GB50009的规定值，则基本风压和阵风系数也应配套的采用相应的规定值。”
CECS102:2002在条文说明中指出“在这种低矮房屋的屋盖上，风荷载的作用方向与其它竖向活荷载的作用方向相反。同样，当房屋所受的活荷载以其它荷载为主时，与其它活荷载效应符号相反的风荷载效应不应进入截面荷载效应的最不利组合。”“这种房屋的屋面风吸力较大，檩条在风吸力的作用下有可能产生下翼缘失稳，在设计时应予注意。”常用PKPM软件，在计算简支檩条时荷载工况组合：
组合1： 1.2恒载+1.4(活载+0.9积灰)，
组合2 ：1.0恒载+1.4风载(吸力)组合；
在计算连续檩条时荷载工况组合：
组合1：1.2恒+ 1.4活+ 0.9*1.4*积灰+ 0.6*1.4*风压
组合2：1.2恒+ 0.7*1.4*活+1.4积灰+0.6*1.4*风压
组合3：1.2恒+ 0.7*1.4*活+0.9*1.4*积灰+1.4风压
组合4：1.35恒+ 0.7*1.4*活+0.9*1.4*积灰+0.6*1.4*风压
组合5：1.0恒+1.4风吸
组合6：1.0恒+1.0活+0.9*1.0*积灰+0.6*1.0*风压
从上述荷载组合中不难看出连续檩条计算缺少以活荷载为主的工况，设计人员应验算风荷载为零的工况。同样，屋面恒荷载应按实际荷载取值，通常选用的0.3KN/m2比实际荷载偏大。
2. 关于维护（檩条）结构计算中的雪荷载
《建筑结构荷载规范》中给出屋面水平投影面上的雪荷载标准值计算公式 (式中 ----屋面积雪分布系数， ----基本雪压)，GB50009对屋面积雪分布系数仅概括地给出了8种典型屋面积雪分布系数，对于双跨双坡屋面凹处范围内，局部堆雪影响和局部滑雪影响，在α≤25°时考虑等效均匀布置雪荷载；同时，GB50009第6.2.2条规定“设计建筑结构及屋面承重构件时，”“屋面板和檩条按积雪不均匀分布的最不利情况采用”，但是GB50009所给出的屋面积雪分布中不包括实际积雪分布的具体形状及计算方法，导致作为设计人员只能套用用于刚架计算的积雪分布系数。
美国金属房屋制造商协会MBMA的《Metal Building Systems Manual》关于积雪荷载的计算，需考虑房屋的采暖保温类型、屋面坡度、建筑物的长宽比、积雪的堆积滑移等多种因素的影响，计算繁琐考虑因素复杂。
针对我们设计的常规情况，《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》一书总结了4种常见部位的计算方法：
1.高低跨（包括雨篷、女儿墙可参照计算）
式中 --基本雪压（KN/m2）；D―积雪重度（KN/m3）； --建筑相邻屋面的高度差或形成对积雪的墙面高度； --基本雪压高度； --高处屋面的计算宽度，对多屋脊屋面仅取一个人字坡的宽度，对女儿墙则取其厚度； --低处屋面的计算宽度，对多屋脊屋面仅取一个人字坡的宽度，当计算屋面宽度小于7.6m时，取7.6m。
2.高低相邻建筑
积雪高度仍按照（公式-1/2）计算，但是公式中 用 代替，积雪高度计算公式：
对于突出屋面的四边形，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：
4.不均衡雪荷载分布
当屋面坡度大于5°时，尚需考虑不均匀雪荷载分布。
《门式刚架轻型房屋钢结构设计与施工疑难问题释义》中提供的计算方法是由外国规范归纳总结而来，设计人员应酌情选用。
3.结语
由于业主对于工程投资的控制越来越严格，钢结构制作安装企业对设计图纸进行优化设计在工程实践中已是普遍现象，在计算参数相同的条件下主刚架已难以做大幅度优化，因此他们把优化重点转移到了维护结构上。设计人员往往对于维护构件的重视不足，他们就在荷载上打擦边球，给建设工程留下安全隐患。设计人员在做设计时，应在保证安全的前提下尽量做到经济；在审查优化设计时，应对荷载取值给予足够重视。
论文作者:岳欣源
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/5
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