2.2結(jié)構(gòu)安全儲(chǔ)備的概念
有觀點(diǎn)認(rèn)為：雪災(zāi)現(xiàn)象表明金屬建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)安全儲(chǔ)備低，并認(rèn)為安全儲(chǔ)備低是該類(lèi)結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，從而把房屋雪災(zāi)倒塌歸咎于結(jié)構(gòu)體系本身，進(jìn)而否定金屬建筑結(jié)構(gòu)（門(mén)式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)）的安全性，否定金屬建筑結(jié)構(gòu)存在的合理性。本文認(rèn)為其有失偏頗。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則是安全、經(jīng)濟(jì)、合理。而安全和經(jīng)濟(jì)是矛盾的兩個(gè)方面，從安全的角度來(lái)看，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全儲(chǔ)備越高越好，從經(jīng)濟(jì)的角度來(lái)看，安全儲(chǔ)備越高越不經(jīng)濟(jì)，這需要找到平衡點(diǎn)，同時(shí)，我們不能用安全儲(chǔ)備的高與低來(lái)評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)與劣。
我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和規(guī)程都是依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的原則編制，采用以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法，按分項(xiàng)系數(shù)表達(dá)式進(jìn)行計(jì)算。滿足γ0S≤R即認(rèn)為是安全的。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范根據(jù)建筑的重要性、結(jié)構(gòu)形式的差異、構(gòu)件類(lèi)別的差異，通過(guò)提高荷載水平（如抗震）、采用不同構(gòu)造措施（如寬厚比）、采用不同的計(jì)算理論（如屈曲后強(qiáng)度利用）等來(lái)體現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性和經(jīng)濟(jì)性的不同要求和平衡。本質(zhì)上是通過(guò)調(diào)整荷載水平或內(nèi)力水平來(lái)保證結(jié)構(gòu)的安全性。
建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范并沒(méi)有“安全儲(chǔ)備”的概念和要求?？傮w上講，在充分考慮了建筑物的功能要求和使用要求，確定了荷載水平后，設(shè)計(jì)結(jié)果R越接近γ0S越合理。但設(shè)計(jì)師在具體實(shí)施項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)，基于自己主觀判斷，R相對(duì)γ0S多少有一定的余量空間，這個(gè)空間就是通常意義上的安全儲(chǔ)備。安全儲(chǔ)備和安全性是不同的概念。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)除了強(qiáng)度指標(biāo)和穩(wěn)定性指標(biāo)（安全性要求）外，還有剛度指標(biāo)（適用性要求），輕型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件大部分是剛度指標(biāo)起控制作用，這表明，即使超載作用達(dá)到了γ0S=R，結(jié)構(gòu)在倒塌前仍然具備可觀的超限承載力。
一般的理解，即使出現(xiàn)較大幅度的超載現(xiàn)象，如30%以上，結(jié)構(gòu)破壞也是一個(gè)概率問(wèn)題，沈陽(yáng)雪災(zāi)較多地出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象多少有些費(fèi)解。而對(duì)于天津地區(qū)，只是局部超載，也出現(xiàn)了屋面局部坍塌現(xiàn)象，同樣出乎意料。
排除了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的影響后，就不關(guān)乎安全儲(chǔ)備問(wèn)題了。應(yīng)該從雪災(zāi)中表現(xiàn)出的反?，F(xiàn)象入手，通過(guò)分析結(jié)構(gòu)本身的荷載反應(yīng)特征來(lái)尋求解釋。
2.3 結(jié)構(gòu)反應(yīng)分析
1）金屬建筑結(jié)構(gòu)的總體荷載水平
首先，低層金屬建筑的顯著特征是自重輕，通常檁條和屋面維護(hù)系統(tǒng)自重約0.15kN/m2，整個(gè)屋蓋系統(tǒng)自重約0.25kN/m2。
其次，屋面活荷載小。對(duì)于不上人屋面，GB 50009規(guī)定屋面活荷載為0.50kN/m2，對(duì)于金屬建筑，在大部分情況下（構(gòu)件受荷水平投影面積大于60m2時(shí)）可以折減為0.30kN/m2，這比MBMA[5]（同ASCE 7-98[6]）和BS 6399確定不上人的值要低很多。MBMA規(guī)定不上人屋面活荷載為0.96kN/m2，在大部分情況下（構(gòu)件受荷水平投影面積大于56m2時(shí)）可以折減為0.58kN/m2；BS 6399[7，8]規(guī)定為0.75kN/m2，在有雪荷載的情況下為0.60kN/m2。
雖然我國(guó)總體雪荷載不大，但對(duì)于金屬建筑屋蓋系統(tǒng)塌陷問(wèn)題，在大部分降雪區(qū)（基本雪壓大于0.30kN/m2），含雪荷載的荷載組合基本上起控制作用。
對(duì)于沈陽(yáng)雪災(zāi)，實(shí)際雪壓大約為0.65kN/m2，相對(duì)于設(shè)計(jì)雪壓0.50kN/m2，超載值為0.15kN/m2，對(duì)于屋蓋倒坍塌問(wèn)題，控制荷載組合為(1.2D+1.4S)，整體荷載超載比例約為(1.4*0.15*1.25) /(1.2*0.25+1.4*0.5*1.25)=22%。非積雪區(qū)檁條和屋面板荷載超載比例約為(1.4*1.25*0.15)/(1.2*0.15+1.4*1.25*0.5)=23%。可見(jiàn)，雪荷載超載值雖然很小，但荷載超載比例卻很大。
可見(jiàn)，由于低層金屬建筑結(jié)構(gòu)的總體荷載（恒載加活載）水平低，較小的荷載值變化也會(huì)引起較大的應(yīng)力水平變化，金屬建筑結(jié)構(gòu)對(duì)雪荷載反應(yīng)敏感。
2）局部荷載分布形式的影響
金屬建筑結(jié)構(gòu)屋面檁條的間距一般為1.5m，在檐口、屋脊、高低屋面處以及端跨處可能會(huì)更小。顯然局部堆積雪荷載對(duì)檁條的安全性在很大程度上起控制作用。
參考GB50009規(guī)定和條文說(shuō)明，假設(shè)堆雪區(qū)檁條間距為1m，堆雪寬4m，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，高低屋面低屋面局部均勻堆雪分布系數(shù)取2.0。反推成接近于真實(shí)情況的三角形分布，則最大分布系數(shù)應(yīng)取3.0。該區(qū)域?qū)?yīng)5根檁條，假設(shè)雪載均布，各檁條的荷載水平都記為1，相應(yīng)地，在三角形分布條件下，從積雪最深處檁條開(kāi)始，各檁條的荷載水平依次約為1.44，1.25，1.00，0.75，0.56。可見(jiàn)按局部雪載均布設(shè)計(jì)，有2根檁條荷載值嚴(yán)重偏低；有兩根檁條荷載值嚴(yán)重偏高。
這表明，金屬建筑結(jié)構(gòu)（有檁系統(tǒng)）對(duì)荷載分布的尺度也是很敏感的，對(duì)局部荷載作等效分布處理一般不會(huì)影響主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果，但會(huì)嚴(yán)重影響局部檁條的安全性和經(jīng)濟(jì)性。
3）局部堆雪模型
對(duì)于沈陽(yáng)案例，按均布雪荷載為0.65kN/m2考慮，仍假定堆雪區(qū)檁條間距為1m，堆雪寬4m，高低屋面低屋面局部均勻堆雪分布系數(shù)取2.0。堆積雪區(qū)邊區(qū)第2根檁條的理論超載幅度為：
(1.4*2*0.15)/(1.2*0.15+1.4*2*0.5)=25%（按均布假定）
(1.4*3.25*0.15)/(1.2*0.15+1.4*3.25*0.5)=28%（按三角形分布假定，分布系數(shù)最值為4）
按實(shí)際觀察到的最大局部積雪狀態(tài)（三角形分布，分布系數(shù)最值為4.6，對(duì)應(yīng)的最大雪壓為3.0 kN/m2，）計(jì)算堆積雪區(qū)邊區(qū)第2根檁條實(shí)際超載幅度：
[1.4*(2.4-2*0.5)]/(1.2*0.15+1.4*2*0.5)=124%
如果按GB50009條文說(shuō)明，假定局部積雪為三角形分布，最大分布系數(shù)取4.0，堆積雪區(qū)邊區(qū)第2根檁條的超載幅度為：
{1.4*[2.4-(3.25*0.5)]}/(1.2*0.15+1.4*3.25*0.5)=44%
對(duì)于天津案例按均布雪荷載為0.33kN/m2，理論上沒(méi)有超載。積雪區(qū)檁條布置和積雪區(qū)寬度假定同前問(wèn)。按實(shí)際觀察到的最大局部積雪狀態(tài)（三角形分布，分布系數(shù)最值為6.4，對(duì)應(yīng)的最大雪壓為2.08kN/m2，）計(jì)算堆積雪區(qū)邊區(qū)第2根檁條實(shí)際超載幅度：
[1.4*(1.58-2*0.4)]/(1.2*0.15+1.4*2*0.4)=84%
如果按GB50009條文說(shuō)明，假定局部積雪為三角形分布，最大分布系數(shù)取4.0，堆積雪區(qū)邊區(qū)第2根檁條的超載幅度為：
{1.4*[1.58-(3.25*0.4)]}/(1.2*0.15+1.4*3.25*0.4)=22%
以上計(jì)算表明：沈陽(yáng)雪災(zāi)檁條嚴(yán)重超載達(dá)124%，天津暴雪檁條嚴(yán)重超載達(dá)84%，沒(méi)有人會(huì)提出檁條應(yīng)有接近一倍的安全儲(chǔ)備，所以屋面坍塌應(yīng)解釋為因檁條嚴(yán)重超載所致。如果設(shè)計(jì)時(shí)采用GB 50009條文說(shuō)明里提到的雪荷載三角形分布系數(shù)，則相應(yīng)超載幅度降為44%（比理論值28%大）和22%（理論上沒(méi)有超載），此時(shí)，應(yīng)該不會(huì)出現(xiàn)太多的屋蓋系統(tǒng)倒塌的現(xiàn)象。
由于掌握的積雪現(xiàn)象資料有限，以上計(jì)算在定量方面不一定準(zhǔn)確，但在定性方面則有重要的參考意義?？梢?jiàn)，機(jī)械地采用GB 50009關(guān)于屋面局部堆雪均布規(guī)定設(shè)計(jì)檁條系統(tǒng)是不不合適的，即使按GB 50009條文說(shuō)明指出的三角形堆雪考慮屋面積雪，最大分布系數(shù)統(tǒng)一規(guī)定為4也是不合適的，實(shí)際上觀察到了更嚴(yán)重的局部積雪現(xiàn)象。
4）金屬建筑結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性
金屬建筑結(jié)構(gòu)只有形成一個(gè)整體才具備抵抗外部荷載作用的能力，金屬維護(hù)面板（還有檁間拉條）事實(shí)上為檁條提供一定的側(cè)向支撐（螺釘板的支撐作用會(huì)作為安全儲(chǔ)備，計(jì)算時(shí)不考慮），檁條系統(tǒng)又為剛架系統(tǒng)構(gòu)件提供平面外支撐。一個(gè)構(gòu)件的破壞，會(huì)帶來(lái)連鎖反應(yīng)而導(dǎo)致系統(tǒng)的破壞。
前文雪災(zāi)案例中，都可以觀察到螺釘板的破壞，進(jìn)而檁條屈曲扭轉(zhuǎn)。如果面板系統(tǒng)完整，檁條和屋面會(huì)象膜一樣下凹張緊，但不會(huì)坍塌。當(dāng)面板和拉條破壞，檁條失去平面外支撐，檁條就會(huì)嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)。當(dāng)檁條非連續(xù)布置時(shí)，檁條容易因螺栓連接處破壞而坍塌。不利的是，局部積雪區(qū)大多對(duì)應(yīng)于剛架屋面梁的負(fù)彎矩區(qū)，該區(qū)域隅撐為梁的下翼緣提供平面外支撐，檁條的大變形、屈曲、扭轉(zhuǎn)、坍塌都會(huì)使對(duì)應(yīng)的隅撐失去應(yīng)有支撐作用，導(dǎo)致屋面梁扭轉(zhuǎn)，離開(kāi)平衡位置，喪失部分或全部承載力，即使總體上沒(méi)有超載，結(jié)構(gòu)也會(huì)坍塌。當(dāng)采用連續(xù)檁條時(shí)，屋面系統(tǒng)的整體性強(qiáng)，相對(duì)而言不容易坍塌。
對(duì)于沈陽(yáng)雪載，屋面中間區(qū)域檁條系統(tǒng)和主體結(jié)構(gòu)超載約23%，一般意義上講，在這一幅度超載作用下，結(jié)構(gòu)不應(yīng)該大面積出現(xiàn)整體倒塌現(xiàn)象；另外，局部構(gòu)件破壞不會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒的塌?？紤]到前文提及金屬建筑結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)特征，就比較容易理解了。
2.4 小結(jié)
基于以上分析，提出以下觀點(diǎn)：
1） 金屬建筑結(jié)構(gòu)是雪荷載（幅值和尺度）敏感結(jié)構(gòu)，必須細(xì)致準(zhǔn)確地計(jì)算其荷載值。
2） 局部積雪嚴(yán)重超過(guò)設(shè)計(jì)值是屋面破壞和結(jié)構(gòu)坍塌的根本原因。
3） 不能因?yàn)槟愁?lèi)結(jié)構(gòu)因超載出現(xiàn)了破壞而降低對(duì)該結(jié)構(gòu)體系的安全性評(píng)價(jià)。
4） 應(yīng)重視雪荷載理論研究，以及相關(guān)規(guī)范雪荷載條文的合理性研究。
3.雪荷載的關(guān)鍵概念
3.1地面雪荷載（基本雪壓）和屋面雪荷載
雪堆積在地面的厚度乘以雪平均密度就可得到地面雪壓。國(guó)內(nèi)外建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范大都選取重現(xiàn)期為50年的最大雪壓統(tǒng)計(jì)值作為當(dāng)?shù)氐孛嫜┖奢d設(shè)計(jì)值，我國(guó)規(guī)范稱(chēng)為基本雪壓。屋面雪荷載按屋面水平投影面積計(jì)算，由于場(chǎng)地和屋面形式的多樣性，屋面雪荷載與地面雪荷載可能不相同，不同屋面之間的雪荷載也不相同。我國(guó)規(guī)范引進(jìn)屋面積雪分布系數(shù)來(lái)統(tǒng)一考慮不同屋面形式間屋面雪荷載間的差異以及屋面與地面雪荷載的差異。
3.2均衡雪荷載和不均衡雪荷載
從整體上講，當(dāng)無(wú)風(fēng)或風(fēng)很小時(shí)屋面會(huì)出現(xiàn)均勻分布雪荷載，稱(chēng)為均衡雪荷載。由于風(fēng)的作用，上風(fēng)屋面的積雪會(huì)漂移而在下風(fēng)屋面堆積，出現(xiàn)雙坡屋面的2個(gè)屋面滿布雪荷載不等的情況，稱(chēng)為不均衡雪荷載。其它形式的屋面也會(huì)形成不均衡雪荷載的分布形式。
3.3吹積雪荷載和滑積雪荷載
如果屋面表面平整、沒(méi)有突出物，氣流基本上是以平流的形式流過(guò)屋面，屋面積雪以整體均衡或不均衡的形式分布。當(dāng)屋面有局部突出或高低不平時(shí)，如女兒墻、高低屋面、屋面局部突出平臺(tái)、低于屋面的雨棚，這些區(qū)域由于障礙的存在空氣形成湍流或渦旋，屋面其它區(qū)域的雪就會(huì)向障礙區(qū)漂移而形成三角形分布的局部堆雪。這種由于風(fēng)的吹積漂移形成的局部堆雪，稱(chēng)為吹積雪。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)局部吹積雪荷載一般應(yīng)疊加到均衡雪荷載上，故也可稱(chēng)為吹積雪附加荷載。多坡屋面、鋸齒形屋面形成的坡谷等處也會(huì)形成吹積雪，但它表現(xiàn)為整個(gè)屋面的雪荷載不等值分布，不與均衡雪荷載疊加使用，歸類(lèi)為不均衡雪荷載。
面無(wú)障礙，且檐口下有足夠的空間時(shí)，坡屋面上的雪有可能全部或部分滑落到地面或低屋面。相對(duì)于平屋面，坡屋面均衡雪荷載可以引入坡度系數(shù)來(lái)描述。
高坡屋面的雪滑移到低坡屋面，會(huì)在局部范圍堆積。當(dāng)然，當(dāng)?shù)推挛菝娣e雪高度達(dá)到高坡屋面檐口高度時(shí)，就會(huì)阻止高坡屋面的積雪進(jìn)一步下滑?；e雪的分布范圍相對(duì)于吹積雪而言較小，可以近似認(rèn)為在一定范圍內(nèi)均勻分布。設(shè)計(jì)時(shí)局部滑積雪荷載也應(yīng)疊加到均衡雪荷載上，也可稱(chēng)為滑積雪附加荷載。圖5-7為局部積雪示意圖，參數(shù)含義不言而喻，可參考后文的說(shuō)明。
3.4屋面附加雪荷載
坡度很小且屋面積雪厚度較小的屋面，雪中含水的影響不能忽略，應(yīng)考慮附加荷載。稱(chēng)為雨雪附加荷載。小坡度屋面有可能因雪荷載作用局部下凹積水而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮，稱(chēng)為積水失穩(wěn)現(xiàn)象。另外，對(duì)于檐口挑出部分，由于屋面積雪融化流淌，會(huì)在檐口形成冰壩和懸冰，為此可用檐口結(jié)冰荷載來(lái)考慮檐口積冰重力荷載。該荷載應(yīng)僅作用在那些可能形成檐口冰凌的結(jié)構(gòu)上，僅用于檐口懸挑構(gòu)件分析。分析整體結(jié)構(gòu)時(shí)不需考慮這一荷載。
3.5屋面暴露形式和采暖類(lèi)別
周?chē)牡孛?、?shù)木、相鄰的更高的房屋，以及屋面大型設(shè)備或其它設(shè)施會(huì)對(duì)金屬建筑屋面形成遮蔽，場(chǎng)地類(lèi)別也即地面粗糙度都會(huì)影響屋面雪荷載，為此可引入屋面暴露系數(shù)來(lái)描述。另外，對(duì)于坡屋面，房屋是否采暖，以及房屋使用溫度是否高于冰點(diǎn)也會(huì)影響坡屋面雪荷載，可引入熱工系數(shù)來(lái)描述。
4 ASCE關(guān)于金屬建筑屋面雪荷載的規(guī)定
由氣候環(huán)境的不同，各國(guó)和各地區(qū)雪的強(qiáng)度、漂移和滑移會(huì)有差異，對(duì)雪荷載的重視程度和研究的深入水平也有差異。這在各國(guó)建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范里有反映。IBC要求按ASCE 7確定雪荷載，MBMA 2002金屬建筑系統(tǒng)手冊(cè)關(guān)于雪荷載也主要引自ASCE 7-98，并針對(duì)金屬建筑的特征有所調(diào)整。因?yàn)檎莆盏馁Y料有限，本節(jié)概述ASCE 7-98和MBMA-2002關(guān)于雪荷載的規(guī)定的主要內(nèi)容供參考。
4.1平屋面雪荷載
作用在坡度不大于5o的屋面上的平屋面雪荷載pf應(yīng)按下式計(jì)算：
pf = 0.7Ce Ct Is pg (ASCE 7-98.Eq.7-1)
這里：
Ce: 屋面暴露系數(shù)，見(jiàn)ASCE 7-98表7-2
Ct: 熱工系數(shù)，見(jiàn)ASCE 7-98表7-3
Is: 建筑結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，見(jiàn)MBMA 2002表1.1(a)
pg: 地面雪荷載值，單位為psf ,見(jiàn)ASCE 7-98 7.2節(jié)，50年重現(xiàn)期統(tǒng)計(jì)值
但pf應(yīng)不小于一個(gè)最小值：屋面坡度小于15o的單坡屋面，坡度小于等于70/W+0.5四面坡或雙坡屋面(W是檐口到屋脊處的水平距離，單位為ft)，以及檐口到頂點(diǎn)連線角度小于10o的弧線屋面（定義為小坡屋面）應(yīng)施加屋面最小雪荷載值pf：
當(dāng)pg≤20 psf，取pf = Is pg；當(dāng)pg＞20 psf，取pf = 20 Is。
確定熱工系數(shù)Ct時(shí)，要綜合考慮結(jié)構(gòu)的使用類(lèi)別和實(shí)際規(guī)劃用途：采暖房屋Ct= 1.0；非采暖房屋Ct= 1.2，如果房屋溫度保持在0度以上Ct= 1.1。
4.2坡屋面雪荷載
屋面上沒(méi)有物體阻礙積雪下滑的，視為無(wú)障礙屋面，當(dāng)檐口下有足夠空間容納屋面滑落的積雪時(shí)稱(chēng)為“光滑面”。金屬屋面應(yīng)視為光滑面，除非屋面布置了擋雪裝置或其它防止積雪下滑的裝置。
坡屋面雪荷載ps假定作用在屋面水平投影面上，引入坡度系數(shù)Cs，按下式計(jì)算：
ps = Cs pf (ASCE 7-98.Eq.7-2)
Cs值見(jiàn)ASCE 7-98.7.4.1-7.4.4節(jié)及圖7.2，具體規(guī)定用公式概述如下：
a）對(duì)于熱屋面，也即所有不滿足下文b)冷屋面，或c)涼屋面規(guī)定的屋面（ASCE 7-98，Ct≤1.0的情況）：
?.無(wú)障礙光滑屋面，若為非通風(fēng)屋面，熱阻大于R-30，若為通風(fēng)屋面，熱阻大于R-20，且屋面下外層空氣應(yīng)能從檐口到屋脊自由循環(huán)（ASCE 7-98 圖7-2a虛線）：
Cs = 1, [1-(θ-5)/65], 0 （θ≤5o, 5o<θ<70o, θ≥70o）
?.所有其它熱屋面（ASCE 7-98，圖7-2a實(shí)線）
Cs = 1, [1-(θ-30)/40], 0 （θ≤30o, 30o<θ<70o, θ≥70o）
b）對(duì)冷屋面，也即非采暖結(jié)構(gòu)，且特意保持在冰點(diǎn)之下的屋面（ASCE 7-98，Ct = 1.2的情況）：
?.容許雪從檐口滑落的無(wú)障礙光滑屋面（ASCE 7-98，圖7-2b虛線）：
Cs = 1, [1-(θ-15)/50], 0 （θ≤15o, 15o<θ<70o, θ≥70o）
?.所有其它冷屋面（ASCE 7-98，圖7-2b實(shí)線）：
Cs = 1, [1-(θ-45)/25], 0 （θ≤45o, 45o<θ<70o, θ≥70o）
c）涼屋面，也即，結(jié)構(gòu)保持在冰點(diǎn)以上，以及其它的通風(fēng)空間和采暖空間之間的熱阻大于R-25的通風(fēng)冷屋面（ASCE 7-98，Ct = 1.2的情況）：
?.容許雪從檐口滑落的無(wú)障礙光滑屋面（ASCE 7-98，圖7-2a/7-2b虛線平均值）：
Cs = 1, [1-(θ-10)/60], 0 （θ≤10o, 10o<θ<70o, θ≥70o）
?.其它所有涼屋面。（ASCE 7-98圖7-2a/7-2b實(shí)線平均值）：
Cs = 1, [1-(θ-37.5)/32.5], 0 （θ≤37.5o, 37.5o<θ<70o, θ≥70o）
對(duì)弧線屋面，多折線屋面，鋸齒形屋面或筒形拱頂屋面，相應(yīng)Cs值參見(jiàn)ASCE 7-98 7.4.3-7.4.4節(jié)。
4.4檐口結(jié)冰
對(duì)于檐口排水的兩類(lèi)熱屋面：a)熱阻小于R-30的非通風(fēng)熱屋面，b)熱阻小于R-20的通風(fēng)熱屋面，所有檐口懸挑部分應(yīng)能承受2pf的均布雪荷載。當(dāng)屋面施加了該附加均布雪荷載，除恒載外，不再同時(shí)施加其它荷載。分析整體結(jié)構(gòu)時(shí)不需考慮這一荷載，該荷載僅用于檐口構(gòu)件分析。
4.5不完全荷載
由于各種原因，如人工除雪、雪的不均勻融化等，有可能導(dǎo)致整體屋面上某些宏觀區(qū)域雪荷載均布值減小。在設(shè)計(jì)連續(xù)多跨構(gòu)件時(shí)，有可能反而起控制作用，應(yīng)予以考慮。
相關(guān)規(guī)定見(jiàn)ASCE 7-98.7.5節(jié)。設(shè)計(jì)屋面連續(xù)檁條時(shí)，應(yīng)選取均衡雪荷載的1.0倍和0.5倍，任意作用的檁條的不同跨間作為一種不利分布驗(yàn)算。對(duì)于坡度大于(70/W+0.5)的雙坡屋面，跨度方向垂直于屋脊線的剛架桿件不必施加不完全雪荷載。需要注意的是，不完全荷載不一定是控制荷載。
4.6不均衡雪荷載
不均衡雪荷載規(guī)定見(jiàn)ASCE 7-98.7.6節(jié)：對(duì)于常見(jiàn)的四面坡和雙坡屋面不均衡雪荷載分布概述如圖8。圖中，L為屋面平行于屋脊線方線的長(zhǎng)度：
β = 0.5，0.33+0.167L/W，1.0 （L/W ≤1, 1<L/W<4, L/W≥4）(ASCE 7-98 Eq. 7-3)
4.7低屋面吹積雪
1）同一結(jié)構(gòu)的低屋面
高低屋面吹積雪荷載按三角形分布，且應(yīng)疊加到均衡雪荷載上。吹積雪高度為：
hd =[0.43 -1.5] (背風(fēng))
hd = 0.75 [0.43 -1.5] (迎風(fēng))
這里，Lu為高屋面坡長(zhǎng)（沿坡度方向?qū)挾龋?，單?/span>ft，如果Lu≤25ft，取Lu=25ft。；LL為低屋面坡長(zhǎng)（沿坡度方向?qū)挾龋?，單?/span>ft，如果LL≤25ft，取LL=25ft。
取迎風(fēng)和背風(fēng)吹積雪高度的較大值用于設(shè)計(jì)。迎風(fēng)和背風(fēng)吹積雪寬度w都按下式確定：
如果hd≤hc，w=4hd≤8hc；如果hd>hc,，w=4hd2/hc≤8hc，且取hd=hc
hc為均衡積雪頂部到①相鄰高屋面最近點(diǎn)，②女兒墻頂，③屋面突出頂部?jī)舾叨?，單?/span>ft。只有hc/hb>0.2時(shí)，才需考慮吹積雪荷載。
如果吹積雪寬度w超過(guò)了低屋面寬度，在屋面遠(yuǎn)側(cè)應(yīng)從計(jì)算斜線上截取堆雪值，而不是減小為0值。
附加吹積雪荷載最大值pd等于hdγ，γ為當(dāng)?shù)匮┟芏龋x如下：
γ =0.13 pg+14 ≤ 30 pcf (ASCE 7-98 Eq. 7-4)
也可用pf 或ps 值除以雪密度值γ反推平衡雪堆積高度hb值，單位為ft。
2）相鄰房屋和地形特征
上文關(guān)于低屋面吹積雪的規(guī)定同樣適用于確定低屋面由于20ft范圍內(nèi)的更高房屋和地形特征引起的吹積雪荷載。針對(duì)屋面與相臨建筑或地形特征的間距s的影響，引進(jìn)一個(gè)系數(shù)（20-s）/20以減小施加到低屋面上的吹積雪荷載。參見(jiàn)圖5。
4.8屋面凸出
由于屋面凸出引起的吹積雪荷載與階梯狀屋面相同，但堆雪高度要取0.75hd，Lu應(yīng)等出凸出物屋面迎風(fēng)面坡長(zhǎng)（沿坡度方向?qū)挾龋?/span>
4.9滑積雪
ASCE7-98 7.9節(jié)基于高屋面的雪全部滑落到低屋面上的假定來(lái)計(jì)算低屋面滑積雪荷載?？紤]到光滑坡屋面積雪滑移后仍有殘存雪量，可引入坡度系數(shù)CSD描述，如圖9，為了顯示的方便，該系數(shù)疊加到了ASCE 7-98圖7-2(a)上。
在MBMA提議的方法中，還附加了一個(gè)保守的動(dòng)態(tài)系數(shù)（1.25）以確定金屬屋面滑雪量。沿低屋面長(zhǎng)度方向（平行于屋脊）的滑積雪線荷載記為SL（單位為lb/ft），沿滑積雪堆積寬度W方向均勻分布：
SL=1.25pfuLu(1-CSD)≤γhcw
這里：
pfu為高屋面均衡雪荷載；Lu為向低屋面傾斜的高屋面寬度
CSD=（1-θ/65）, 0 （θ≤65o, θ≥65o）
γ為雪密度；hc為凈高度差
w為min{20ft，低屋面寬度}（hc ≤3ft）或3/hc (20) >5ft（hc >3ft）
"歡迎大家轉(zhuǎn)摘！轉(zhuǎn)載須注明中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)建筑
鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)(www.pharmaboosters.com)謝謝合作！"
鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文
更多>>
鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)論文
更多>>
獲獎(jiǎng)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)個(gè)人專(zhuān)訪錄
： 