■殷余寶 ■安徽馬鋼工程技術(shù)集團(tuán)有限公司，安徽 馬鞍山 243000

1 引言

輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架具有自重輕、用鋼省、造價低、可跨越跨度大，在抗震設(shè)防烈度7度及以下地區(qū)受地震影響較小，制作、安裝快捷等優(yōu)點(diǎn)，近年來在工程中的應(yīng)用日益增多。

輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架自重較輕，受屋面活荷載的影響較大。屋面活荷載主要包括不上人屋面活荷載(即屋面施工及檢修荷載)、雪荷載，有些生產(chǎn)中有大量排灰的廠房及其鄰近建筑還需要考慮積灰荷載。

目前，對輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架進(jìn)行內(nèi)力計算和分析的軟件主要為PKPM系列鋼結(jié)構(gòu)門式剛架STS-PK結(jié)構(gòu)計算和分析程序。該程序較簡單，能夠?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計人員所掌握，不同設(shè)計人員之間的爭議點(diǎn)主要集中在屋面活荷載的選取和屋面活荷載的布置方式上。

2 規(guī)范對不上人屋面活荷載的有關(guān)規(guī)定

不上人屋面活荷載通常指直接作用在支撐輕屋面的結(jié)構(gòu)或構(gòu)件上的施工荷載或檢修荷載，主要考慮的是施工檢修期間屋面臨時堆積及大量施工檢修人員的荷載?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009表5．3．1中，將不上人屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值規(guī)定為0．5KN/m2，另在注1中說明“不上人的屋面，當(dāng)施工或維修荷載較大時，應(yīng)按實(shí)際情況采用;對不同類型的結(jié)構(gòu)應(yīng)按有關(guān)設(shè)計規(guī)范的規(guī)定采用，但不得低于0．3KN/m2”。美國荷載規(guī)范ASCE7-95規(guī)定“對支撐輕屋面的構(gòu)件或結(jié)構(gòu)，當(dāng)受荷的水平投影面積超過60m2時，不上人屋面均布活荷載標(biāo)準(zhǔn)值取為0．3KN/m2”，但是這個值僅適用于只有一個可變荷載的情況，當(dāng)有兩個及以上可變荷載參與組合(比如尚有屋面積灰荷載)，不上人屋面均布活荷載仍應(yīng)取為0．5KN/m2。很顯然，根據(jù)規(guī)范的要求，常規(guī)的輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架計算時，不上人屋面活荷載是可以取為0．3KN/m2的，因?yàn)橐话愕妮p鋼廠房通常是不考慮屋面積灰荷載的。

3 規(guī)范對屋面雪荷載的有關(guān)規(guī)定

輕鋼結(jié)構(gòu)廠房大多為雙坡屋面，本文只討論雙坡屋面的雪荷載?！督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009第7．1．2規(guī)定“基本雪壓應(yīng)采用按本規(guī)范規(guī)定的方法確定的50年重現(xiàn)期的雪壓;對雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用100年重現(xiàn)期的雪壓”。對雪荷載敏感的結(jié)構(gòu)主要是指大跨、輕質(zhì)屋蓋結(jié)構(gòu)，此類結(jié)構(gòu)的雪荷載通常是控制荷載，在極端雪荷載作用下容易造成結(jié)構(gòu)整體破壞，后果特別嚴(yán)重，因此建議將基本雪壓提高至100年重現(xiàn)期的雪壓，但這應(yīng)由相關(guān)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)作具體規(guī)定。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009表7．2．1第2項(xiàng)給出了單跨雙坡屋面的積雪分布系數(shù)，結(jié)合注1“第2項(xiàng)單跨雙坡屋面僅當(dāng)坡度在20°～30°范圍時，可采用不均勻分布情況”可知，輕鋼廠房的積雪分布應(yīng)按均勻布置，因?yàn)檩p鋼廠房的屋面坡度一般都在5°以下。

《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009第7．2．2條指出:在計算屋架和拱殼時，應(yīng)分別按全跨積雪的均勻分布、不均勻分布和半跨積雪的均勻分布按最不利情況采用。

4 雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架的內(nèi)力計算方法

雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架內(nèi)力計算時，由于屋面活荷載起控制作用，所以屋面活荷載的選取及屋面活荷載的布置方式至關(guān)重要。輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架計算時，是否需要考慮不上人屋面活荷載的不均勻分布，規(guī)范中沒有明確規(guī)定。個人認(rèn)為，考慮到施工檢修期間屋面堆積荷載及檢修人員荷載的不確定性，應(yīng)該考慮不上人屋面活荷載的不均勻分布。

在考慮屋面雪荷載時，是否一定要按照規(guī)范第7．2．2條的規(guī)定分工況進(jìn)行分析取最不利情況。個人認(rèn)為，常規(guī)的輕鋼結(jié)構(gòu)廠房(不包括有高出屋面的天窗及女兒墻等形成明顯高差的情況)屋面的坡度一般都很小，屋面積雪能夠均勻分布，也能夠均勻融化，只需考慮屋面積雪全跨均勻分布(即雪荷載一次加載)即可。有不同意見認(rèn)為，需要考慮下雪時屋面清雪的工況，這樣就仍需考慮規(guī)范7．2．2條的各種工況。個人認(rèn)為，規(guī)范規(guī)定的雪壓值已經(jīng)充分考慮了結(jié)構(gòu)的安全，沒有必要進(jìn)行屋面清雪，而且屋面清雪人為的造成了屋面荷載的不均勻分布，是一個畫蛇添足的舉動。

在雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架內(nèi)力計算時，不上人屋面活荷載與屋面雪荷載是否應(yīng)取較大值的工況進(jìn)行分析。個人認(rèn)為，不應(yīng)該只取荷載較大值的工況，而應(yīng)該按不上人屋面活荷載和雪荷載兩種工況分別進(jìn)行計算，取兩種工況的計算結(jié)果的最不利效應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計。

5 工程算例

5．1 設(shè)計基本條件

本工程位于安徽省馬鞍山市郊區(qū)，地面粗糙度為B類，場地類別為Ⅱ類，抗震設(shè)防烈度為6 度(0．05g)，基本風(fēng)壓0．40，基本雪壓 0．65，屋面恒載0．3;本廠房結(jié)構(gòu)形式為輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架(雙坡三跨)，跨度為24m，柱距7．5m，檐口高度為8．2m(不設(shè)女兒墻)，屋面坡度1/15，廠房內(nèi)無吊車;本工程所用鋼材均為Q345B級鋼，預(yù)估構(gòu)件截面見圖1。

圖1 剛架立面圖

5．2 內(nèi)力計算及分析

本工程內(nèi)力計算采用PKPM系列STS-PK結(jié)構(gòu)計算程序。

工況一:本工程剛架計算時的水平受荷投影面積超過60，且屋面只有雪荷載，可以將不上人屋面活荷載取為0．3。按不上人屋面活荷載各跨不均勻布置的最不利情況進(jìn)行內(nèi)力計算，結(jié)果見圖2。

圖2 工況一彎矩圖

工況二:按照雪荷載0．65各跨均勻布置的情況進(jìn)行內(nèi)力計算，結(jié)果見圖3。

圖3 工況二彎矩圖

從圖2、圖3可以看出，工況二邊柱及屋面梁各部位的控制彎矩，均比工況一大;工況一中柱柱底及柱頂彎矩要比工況二大。這說明兩種工況均有對結(jié)構(gòu)設(shè)計起控制性作用的效應(yīng);不上人屋面活荷載的不均勻布置對中柱的影響較大，該工況不能因不上人屋面荷載值較小而忽略。

6 結(jié)論及建議

(1)在計算屋面雪荷載的作用效應(yīng)時，常規(guī)的雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架可以按照屋面雪荷載全跨均勻布置的情況考慮。

(2)常規(guī)的雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架在進(jìn)行內(nèi)力計算時，應(yīng)該考慮不上人屋面活荷載(即屋面施工和檢修荷載)的不均勻布置。不上人屋面活荷載的取值應(yīng)滿足荷載規(guī)范的要求。

(3)常規(guī)的雙坡輕鋼結(jié)構(gòu)門式剛架進(jìn)行內(nèi)力分析時，應(yīng)分別計算不上人屋面活荷載和雪荷載作用下的效應(yīng)，并按照兩種情況的最不利效應(yīng)進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計。

［1］CECS102:2002(2012版)，門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程［S］．

［2］GB50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］．

［3］GB50009-2012，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范［S］．