门式钢结构厂房风荷载计算比较

在不同规范要求下厂房风荷载计算的讨论

张鹏 马军

（中机十院国际工程有限公司 北京100083）

摘要：本文根据《建筑结构荷载规范GB50009-2012》与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002》风荷载的不同要求分别对柱脚刚接及铰接两种型式的门式刚架进行计算。分析讨论了两本规范计算结果的差异，对设计时采用何种规范进行计算提出建议。

关键词：门式刚架 风荷载 比较

门式钢架轻型钢结构房屋具有用钢量小、造价低廉、建造工期短的优点。自从《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》2002年发布后，门钢结构广泛使用于工业厂房、仓库、农贸市场、体育场馆等领域。但是随着结构使用时间增长，各种极端天气状况逐渐经历，也出现了不少例局部破坏甚至倒塌的恶性事故。门式钢架轻型钢结构房屋一般采用轻质屋面及墙面材料，自重较轻，对外界荷载较敏感。比如《建筑结构荷载规范GB50009-2012》7.1.2条，“对雪荷载敏感的结构，应采用100年重现期的雪压”就是针对门式钢架轻型钢结构房屋提出的要求。因此设计时考虑稍有不周就有可能出现严重的后果。虽然规范中并没有对风荷载提出需要特别加强的要求，但是笔者认为还是应该对风荷载的计算有足够的重视。

1. 不同规范对于风荷载计算的不同要求

《建筑结构荷载规范GB50009-2012》（文中简称“荷载规范”）与《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程CECS102:2002》（文中简称“门钢规程”）均有风荷载的计算要求，但计算公式及参数取值不尽相同。特别是对于风荷载体形系数两本规范取值相差较大。下面以封闭式双坡屋面结构体型进行比较。

1.1 荷载规范第8.3节表8.3.1项次2 柱：迎风面μs=+0.8，背风面μs=-0.5 梁：迎风面μs=-0.6，背风面μs=-0.5 1.2 门钢规程附录A表A.0.2-1中间区 柱：迎风面μs=+0.25，背风面μs=-0.55 梁：迎风面μs=-1.0，背风面μs=-0.65 1.3 荷载规范与门钢规程的体形系数比较

对于柱：荷载规范的μs是门钢规程的μs的1.63倍（（0.8+0.5）/（0.25+0.55））。

对于梁：荷载规范的μs是门钢规程的μs的0.67倍（（0.6+0.5）/（1.0+0.65））。

初步比较可见，使用荷载规范计算时柱偏于安全，使用门钢规程计算时梁偏于安全。由于结构所

受荷载不仅仅为风荷载，还有恒载、活载、吊车荷载等多种作用。应将两本规范求得的风荷载设计值与恒活荷载进行组合计算，综合比较才能得出比较科学的结论。本文通过多个实例进行计算分析，以比较风荷载作用如何取值才更为安全可靠。

2. 计算实例

2.1 实例一：无吊车单跨厂房 2.1.1 基本参数

钢架间距6m，檐口标高9m，钢架跨度24m，单跨双坡屋面，屋面坡度5%，封闭式建筑，柱底铰接，屋面恒载0.3kN/m，屋面活载（与雪荷载组后后）0.5kN/m，基本风压分别取0.35kN/m与0.7kN/m两种情况，地面粗糙度类别为B。

2.1.2 计算模型及主要结果

基本风压取0.35kN/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图2.1a及2.1b，基本风压取0.7kN/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图2.1c及2.1d。

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图2.1a

图2.1b

张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@163.com

别为B。

3.1.2 计算模型及主要结果

基本风压取0.35kN/m时的按荷载规范及门钢规程计算所得弯矩包络图依次见图3.1a及3.1b，基本风压取0.7kN/m时的按荷载规范及门钢规程 计算所得弯矩包络图依次见图3.1c及3.1d。

图2.1c

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图2.1d

2.2 结果比较 经过以上计算可知：

（1） 风压0.35kN/m时，荷载规范计算的柱顶弯矩（271）较门钢规程计算的柱顶弯矩（260）大约4%。

（2） 风压0.7kN/m时，荷载规范计算的柱顶弯矩（282）较门钢规程计算的柱顶弯矩（260）大约8%。 （3） 风压0.35kN/m与风压0.7kN/m时，门钢规程计算的柱顶弯矩最大值均为260.2。

（4） 门钢规程计算所得的梁跨中向上弯曲的弯矩均比荷载规范计算的大，但远小于梁跨中向下弯曲的弯矩。

2.3结果分析

对于柱顶弯矩：风压较小时，门钢规程仅比荷载规范计算所得小不足5%，两本规范计算均不会有太大区别。但是随着风压的增大，两本规范计算值差距会逐渐增大，当风压达到0.75时，门钢规程比荷载规范计算所得小8%有余，已经可能影响到了结构的安全储备。

对于梁柱弯矩：由于屋面恒活荷载组合下始终为控制组合，风荷载对梁的上弯作用不起控制作用。在按门钢规程要求设置隅撑后，均能很好的满足设计要求。

3.1 实例二：5t吊车单跨厂房 3.1.1 基本参数

钢架间距6m，檐口标高9m，钢架跨度24m，单跨双坡屋面，屋面坡度5%，封闭式建筑，柱底刚接，设置有5t单梁吊2台，屋面恒载0.3kN/m，屋面活载（与雪荷载组后后）0.5kN/m，基本风压分别取0.35kN/m与0.7kN/m两种情况，地面粗糙度类

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图3.1a

图3.1b

图3.1c

图3.1d

3.2结果比较 经过以上计算可知： （1）

风压0.35kN/m时，荷载规程计算的柱脚

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最大弯矩（-208.4）均较门钢规程计算的柱脚最大弯矩（-197.3）大5.6%。 （2）

风压0.7kN/m时，荷载规程计算的柱脚

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最大弯矩（-219.6）均较门钢规程计算的柱脚最大弯矩（-197.3）大11%。

张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@163.com

（3） （4）

两种风压情况下，荷载规程与门钢规程门钢规程计算所得的梁跨中向上弯曲的

1万小莉. 门式刚架轻钢结构风荷载计算的讨论,工业建筑，2007增刊

2轻型钢结构设计手册(第二版). 中国建筑工业出版社,2006

3门式钢架轻型房屋钢结构技术规程CECS 102:2002 中国计划出版社

计算的柱顶弯矩均相同（-293）。

弯矩均比荷载规范计算的大，但远小于梁跨中向下弯曲的弯矩。

3.3结果分析

对于柱脚弯矩：风压较小时，门钢规程仅比荷

载规范计算所得小不足5%，两本规范计算均不会有太大区别。但是随着风压的增大，两本规范计算值差距会逐渐增大，当风压达到0.7kN/m2

时，门钢规程比荷载规范计算所得小11%有余，已经可能影响到了结构的安全储备。

对于梁柱弯矩：由于屋面恒活荷载组合下始终为控制组合，风荷载对梁的上弯作用不起控制作用。在按门钢规程要求设置隅撑后，均能很好的满足设计要求。

4 结论

虽然门钢规程在附录A的条文说明中阐述了多数情况下按照荷载规范要求计算较按门钢规程计算不利，但根据本文比较发现，在某些情况下按荷载规范计算又是偏于安全的。

对于柱脚铰接无吊车的轻钢厂房，当风压较大地区，特别是沿海、高海拔地区，在设计柱脚铰接的单跨、多跨轻钢厂房时，按照门钢规程计算的柱顶弯矩偏小较多，应用荷载规范进行风荷载作用效应的校核。厂房的跨度越小、檐口高度越高越应引起足够的重视。

对于柱脚刚接的轻钢厂房，当吊车吨位较小时，风荷载作用下柱脚产生的弯矩占总弯矩比例越大。此时按照门钢规程计算的柱脚弯矩较小，甚至有可能较荷载规范计算值小10%以上。厂房的吊车吨位越小、檐口高度越高越应引起足够的重视。

本文计算结果比较中未涉及柱脚剪力的讨论，并不是说两本规范计算所得的剪力相差不大。由于厂房侧墙风荷载体形系数的差异，引起两本规范计算所得的柱脚剪力差异明显。但是设计时，锚栓式柱脚一般均设有抗剪键，因此均能满足两本规范的设计要求。

对于部分封闭的厂房，屋面风吸力的体型系数较大，对于恒载较小的轻钢厂房，很有可能出现风吸力作用下梁组合弯矩大于恒活荷载作用下的梁组合弯矩。此时对梁的平面外支撑体系的设计应引起足够的重视。

参考文献

张鹏（1981~），男，陕西礼泉，工程师，从事结构工程设计，（电子信箱）zjyyzhangpeng@163.com