開敞式房屋風荷載的計算

牛蓓蓓

1 概述

20世紀90年代以來，鋼結構的發展十分迅速，特別是門式剛架輕型房屋鋼結構以其用鋼省，造價低，性能好，制作快，工期短，外形美觀等優點，受到廣大用戶的普遍歡迎和好評，在國內得到迅速推廣，已成為廠房，商店，倉庫，超市及其他很多用途房屋的主要結構形式。

由于這種房屋的特點與傳統的鋼結構廠房有所不同，雖然是單層房屋，形式簡單，但在很多問題上還需要在實踐基礎上不斷總結、探索、研究提高，才能做到在各方面都取得滿意結果，達到既安全可靠又經濟合理的目的。

我國CECS 102∶2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程編制之時借鑒了國外情況，并結合了中國實際情況，雖然對常見的主要方面大體都有所規定，在某些問題上依舊規定的不夠細致，如開敞式房屋風荷載的計算。

美國輕鋼結構發展最早，技術最成熟。同時美國也是風災頻發的國家，關于低層房屋鋼結構抗風設計技術及經驗也是十分獨到和先進的。下面根據本人的理解以實際工程項目為例介紹一下美國MBMA86中關于開敞式房屋風荷載的計算方法。

表1 MBMA86開敞式房屋風荷載計算參數

2 開敞式房屋風荷載的計算

2.1 設計資料

某項目建筑長度250 ft，寬度200 ft，檐口高度20 ft，屋面坡度

1/12，設計風速為100 mph，四面墻均為開敞，屋面檁條間距5 ft。

2.2 設計過程

1)基本參數。

速度風壓 q=22.2 psf，見表 1。

邊區寬度Z。

a.兩者中較小值:建筑物寬度的10%=20 ft。

建筑物檐口高度的40%=8 ft。

b.但不小于建筑物寬度的 4%=8 ft，3 ft。

所以 Z=8 ft。

角區寬度X。

兩者中較大值:2Z=16 ft，20 ft。

所以 X=20 ft。

2)剛架上風荷載:

由表2可知，需計算兩個荷載工況。

表2 開敞式建筑主剛架風荷載系數GCp(橫向)

a.中間榀剛架。

不同工況荷載見表3，表4。

表3 工況1荷載

表4 工況2荷載

b.邊榀剛架。

系數GCp與中間榀的相同，故若無擴建要求僅需按中間榀的一半荷載進行計算。

c.縱向抗風支撐。

表5 開敞式建筑主剛架風荷載系數GCp(縱向)

由表5可知，邊榀剛架上采用系數+6.0。

風壓=6.0×22.2=133 psf×邊榀剛架的面積。

注:參見MBMA86表5.2b備注4中關于采用系數+6.0的限制條件，如果所設計的房屋不符合該限制，則需參見附錄4.3以確定縱向抗風支撐的系數。

d.其他構件的風荷載。

屋面檁條風荷載計算如下:

受風面積:25×5=125 ft2。

屋面懸挑構件中間區系數 = －0.95或 1.25×(－0.8)=－1.0，取 －1.0。

故中間區屋面檁條設計荷載= －1.0×22.2×5= －111 plf。

屋面懸挑構件邊區系數=－1.2。

對于邊區使用系數－1.2，邊區屋面檁條設計荷載=－1.2×22.2×5= －133 plf。

注:除了構件的彎曲荷載外，如果采用檁間支撐，則需考慮在縱向抗風支撐內產生的軸向力，其數值和方向由支撐的位置和數量決定。

檐口構件風荷載計算如下:

受風面積:25×2.5=62.5 ft2。

屋面懸挑構件系數 = －1.31 或 1.25×(－0.8)= －1.0，取－1.31。

檐口構件設計荷載 = －1.31×22.2×2.5= －73 plf。

注:檐口構件需要驗算其軸向力，同屋面檁條要求。

屋面板和緊固件風荷載計算如下:

受風面積:1×5=5 ft2。

中間區屋面懸挑構件系數=－1.1。

中間區設計荷載 = －1.1×22.2×1= －24 plf。

邊區屋面懸挑構件系數=－1.5。

邊區設計荷載 = －1.5×22.2×1= －33 plf。

角區屋面懸挑構件系數=－2.7。

角區設計荷載 = －2.7×22.2×1= －60 plf。

3 結語

工程實踐不斷表明風荷載是結構設計不容忽視的一種荷載，在設計的過程中要異常重視。本文中關于MBMA86開敞式房屋風荷載的計算介紹旨在希望設計人員能在理解的基礎上更好的使用CECS 102∶2002門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程。

[1]CECS 102∶2002，門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程[S].

[2]侯小玲.建筑結構基本風速和基本風壓問題淺析[J].山西建筑，2010，36(3):92-93.