1、超越雪荷载灾害超越雪荷载灾害钢结构设计研究钢结构设计研究天津大学天津大学20092009年年1010月月2020日日报告人报告人 孙国军孙国军精选1 主要内容主要内容引言引言基本雪压基本雪压积雪分布系数积雪分布系数门式刚架和网格结构设计研究门式刚架和网格结构设计研究雪荷载取值和钢结构设计的建议雪荷载取值和钢结构设计的建议超越雪荷载灾害作用的钢结构设计研究超越雪荷载灾害作用的钢结构设计研究精选2 20072007年年3 3月月4 4日清晨至日清晨至3 3月月5 5日凌晨，辽宁地日凌晨，辽宁地区普遍遭受罕见的暴风雪灾，以沈阳和鞍山最为严重区普遍遭受罕见的暴风雪灾，以沈阳和鞍山最为严重平均积雪深度3
2、6厘米 平均风力达到6-7级，阵风9-10级 轻钢厂房从数量和损害程度上相当严重 破坏面积超过了百万平方米引言引言精选320072007年年3 3月日凌晨天津遭遇的雪灾月日凌晨天津遭遇的雪灾l全市多处厂房、仓库、市场顶棚发生坍塌 l出现人员伤亡的事故引言引言精选4引言引言 20082008年年1 1月月1010日以来，我国南方的大部分地日以来，我国南方的大部分地区遭受的低温雨雪冰冻灾害区遭受的低温雨雪冰冻灾害l范围大范围大l持续时间长持续时间长l积雪深度高积雪深度高精选5引言引言 上述的各种灾害都威胁到我们钢结构建筑的安全，主上述的各种灾害都威胁到我们钢结构建筑的安全，主要体现在要体现在大跨度
3、轻钢结构大跨度轻钢结构在在暴雪暴雪灾害下的破坏。灾害下的破坏。本文的研究角度：本文的研究角度：l超越雪荷载超越雪荷载l大跨度轻钢结构设计（门式刚架结构和空间网格结构）大跨度轻钢结构设计（门式刚架结构和空间网格结构）精选6超越雪荷载超越雪荷载超越雪荷载：建筑物在使用或施工过程中承受的超越了规范标准值的雪荷载。超越雪荷载：建筑物在使用或施工过程中承受的超越了规范标准值的雪荷载。根据我国建筑结构荷载规范（GB50092001），雪荷载标准值计算公式：0krSu S屋面积雪分屋面积雪分布系数布系数基本雪压基本雪压精选7基本雪压基本雪压Srd基本雪压计算公式：基本雪压计算公式：雪的重度雪的重度积雪深度积
4、雪深度精选8基本雪压基本雪压公式1计算值公式2计算值试验测定值我国目前规范雪重度2.603 1.799 1.746 雪压0.885 0.612 0.594 0.5 雪压比较分析雪压比较分析 3kN/m2kN/m我国规范中给出的基本雪压取值我国规范中给出的基本雪压取值偏小偏小 精选9通过大量的试验和概率统计理论，重新确定超越雪荷载灾害频发地区的基本雪压通过大量的试验和概率统计理论，重新确定超越雪荷载灾害频发地区的基本雪压 现有荷载规范基础上进行结构设计，建议在取雪荷载标准值时，引入超越雪荷载现有荷载规范基础上进行结构设计，建议在取雪荷载标准值时，引入超越雪荷载灾害系数，屋面水平投影面上的雪荷载标
5、准值，应按下式计算：灾害系数，屋面水平投影面上的雪荷载标准值，应按下式计算：基本雪压基本雪压0krSu S超越荷载灾害系数系数表一般钢结构体系敏感钢结构体系超越雪荷载灾害系数1.11.2一般钢结构体系:如普通钢结构厂房敏感钢结构体系:如大跨度钢结构和轻型钢结构 精选10积雪分布系数积雪分布系数单坡的屋面屋面积雪分布系数对比屋面坡度屋面坡度25253030353540404545505060607070MBMA86MBMA860.70.70.70.70.6130.6130.5250.5250.4370.4370.350.350.1750.1750 0GB5009200110.80.60.40.2
6、000GB50092001：35 60之间之间偏小偏小多屋脊的屋面屋面积雪分布系数对比屋脊处低洼处MBMA860.352.1GB500920011.01.4多屋脊的屋面屋面积雪分布系数低洼处偏小偏小精选111实际一般情况；2规范所用图示；3前苏联规范图示 高低跨雪堆分析高低跨雪堆分析 我国：雪堆成曲线图形的堆积，简化为矩形雪堆我国：雪堆成曲线图形的堆积，简化为矩形雪堆 2.0ru 前苏联：形成三角形分布前苏联：形成三角形分布024.0rhS积雪分布系数积雪分布系数精选12积雪分布系数积雪分布系数我们通过分析一个悬臂结构的弯矩为例，来考虑高低屋面所引起的不均匀荷载系数。一个高度差为一个高度差为3
7、米的高低屋面，低跨为悬挑结构，悬挑米的高低屋面，低跨为悬挑结构，悬挑9米，基本雪压按照米，基本雪压按照0.52kN/m取值，取值，1.02kN/m 1.02kN/m0.52kN/m34 kN m31.75kN m0.52kN/m0.57m1.7462米 在暴雪灾害中，由于这些在暴雪灾害中，由于这些高低差所导致的积雪厚度高低差所导致的积雪厚度2.0实际雪堆一般成三角形分布实际雪堆一般成三角形分布 42.45 将积雪分布系数提高到将积雪分布系数提高到3.0时时43.00 kN mkN m苏联规范苏联规范 我国我国 精选13 天窗、挡风板和女儿墙等附属结构也是产生不均匀分布的原因，天窗、挡风板和女儿
8、墙等附属结构也是产生不均匀分布的原因，应该尽量避免。根据前面的分析，如有一定需要我们要将其高度控制应该尽量避免。根据前面的分析，如有一定需要我们要将其高度控制在在0.6m以下，否则由于这些附属结构引起的不均匀积雪荷载系数提高以下，否则由于这些附属结构引起的不均匀积雪荷载系数提高到到3.0才相对保险才相对保险 积雪分布系数积雪分布系数精选14门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题檩条平面外失稳破坏檩条平面外失稳破坏 主梁平面外失稳主梁平面外失稳 梁柱节点弯扭失稳梁柱节点弯扭失稳 地锚断裂破坏地锚断裂破坏 大跨轻钢结构大跨轻钢结构（门式刚架和网
9、格结构）（门式刚架和网格结构）典型的破坏形式典型的破坏形式 主要有以下几种：主要有以下几种：精选15门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题 从上述的破坏形式可以看出，结构体系的破坏存在着最危险部位（构件），即结构关键构件，解决主要构件的安全性，对提高结构整体抵抗超越荷载作用有明显作用。屋面局部塌陷破坏屋面局部塌陷破坏 结构整体垮塌破坏结构整体垮塌破坏 精选16门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题 以一个轻钢门式刚架为例，不仅仅是屋面板和檩条的破坏，更有和结构的以一个轻钢门式刚架为例，不
10、仅仅是屋面板和檩条的破坏，更有和结构的框架主梁破坏、局部坍塌和整体坍塌破坏。框架主梁破坏、局部坍塌和整体坍塌破坏。根据我国的根据我国的 门式刚架轻型房屋钢结构技术规程门式刚架轻型房屋钢结构技术规程 明确规定系杆的设置、明确规定系杆的设置、檩条斜拉条的设置方法和原则，结合上述实际工程的檩条斜拉条的设置方法和原则，结合上述实际工程的破坏实例破坏实例，发现：发现：大量的坍塌工程中发现没有系杆或系杆不符合规范要求，根本不能形成空大量的坍塌工程中发现没有系杆或系杆不符合规范要求，根本不能形成空间受力体系；间受力体系；对于一些纵向支撑设置符合要求的工程，往往是屋面局部坍塌，整个刚架对于一些纵向支撑设置符合
11、要求的工程，往往是屋面局部坍塌，整个刚架没有坍塌，遭受到的损失会小很多，可见支撑结构的重要性；没有坍塌，遭受到的损失会小很多，可见支撑结构的重要性；不设檩条斜拉条更是十分常见不设檩条斜拉条更是十分常见 屋脊和边檩条也没有采用刚性的拉条，不能形成檩条的平面外受力体系。屋脊和边檩条也没有采用刚性的拉条，不能形成檩条的平面外受力体系。在雪荷载达到一定程度时，檩条进入平面外失稳状态，刚架随即失去平面外的支在雪荷载达到一定程度时，檩条进入平面外失稳状态，刚架随即失去平面外的支撑，整个结构随即失稳。撑，整个结构随即失稳。精选17门式刚架和网格结构在超越雪荷载作用下的设计问题门式刚架和网格结构在超越雪荷载作
12、用下的设计问题 网格结构设计网格结构设计，但是在超越荷载作用下，有些杆件率先达到屈服，引，但是在超越荷载作用下，有些杆件率先达到屈服，引起整体结构的内力从分布，会使一些受拉杆件起整体结构的内力从分布，会使一些受拉杆件变成变成受压构件，这些杆件往受压构件，这些杆件往往不能达到受压的要求，进而引发整体结构坍塌破坏。往不能达到受压的要求，进而引发整体结构坍塌破坏。此外，此外，应力集中应力集中、有限元设计、有限元设计数值模拟与实际工程差别数值模拟与实际工程差别和钢结构和钢结构过度优化设计过度优化设计都促使敏感钢结构在超越雪荷载作用下存在安全隐患。都促使敏感钢结构在超越雪荷载作用下存在安全隐患。精选18
13、雪荷载取值和钢结构设计的建议雪荷载取值和钢结构设计的建议精选19雪荷载取值和钢结构设计的建议雪荷载取值和钢结构设计的建议4）在设计空间网格结构的时候，受最小拉力的杆件应该按照受压杆件计算。5）在结构设计中，应避免应力集中现象，如果有应力集中现象存在，应引起高度重视，这是抵御超越荷载的最不利的部位。6）在屋面复杂的大跨度空间钢结构在设计时，应考虑不均匀雪荷载分布情况，进行数值模拟分析，有条件的进行风洞模型试验。7）在大跨度空间结构设计过程中，明确整体结构的关键构件，在使用过程中对其进行长期健康检测。8）在结构设计优化的同时，应该确保关键构件的冗余度，不要过度优化设计。精选20超越雪荷载灾害作用的钢结构设计研究超越雪荷载灾害作用的钢结构设计研究谢谢！精选21
