单侧山墙开敞单层钢结构厂房抗风设计.pdf

单侧山墙开敞单层钢结构厂房抗风设计 一、单侧山墙开 敞厂房的风荷载设计问题 由于生产及 运输的需要 不少 厂房或仓库 都采 用单 面墙 体开敝的结构形式 但这种结构形式 在风 荷载作 用下是很 不利的。在 门式 刚架轻 型房 屋钢 结 构技术规程(C E C S 1 0 2：2 0 0 2)(简称 门式 规程 )和 建筑 结 构 荷 载 规 范(GB 5 0 0 0 9 2 0 0 1)(简称 荷 载规范 )中均提 供了部分 封闭(开敞)结构 的风荷载体 型系数。但在 门式规程 及 荷载规范中均无单侧 山墙开 敞结构 的风荷载 体型系数，在 荷载规范表 7 3 1 中第2 6 项给出 的体 型系数为 侧面墙 体开 敞结构(如 图 l所 示)(d)(6)-0 2 一l _ 5 0 2 圈 1 单面开敞式双坡屋面风荷载体型系数 3 0 中建兢奎瞎抽 2 o o 6 1 1 1 而非 山墙 开 敞结构。因 此，设 计 单侧 山墙 开敞结 构 时 只能用侧 面墙 体开 敞结 构的 风荷 载体 型系数 作 为参考。现以某 单侧 山墙 开敞 单层钢 结构 厂房 为例 提 出针对这 类结 构风荷 载设 计 的一些 建议 及 构造措施。二、工程概述 某港 口拟建一单层生产 厂房 建筑规格 为 8 2 m(长)X 3 0 m(宽)x 1 2 5 m(檐 口高度)。跨 内行一 台 2 0 T(中级)带操纵室 吊车。由于需 考虑产品海 运装卸 故一侧 山墙 不封闭 其余三侧 封墙 如 图 2 所 示。结 构采 用 门式 刚架形 式，单跨单 脊双坡。当地基本风压 为 0 7 5 K N m z A类地面粗糙度。三、风荷戴体型系数的选取及抗风构造措施 l、风荷载体型系数 的选取 在 对此类 结构 的 山墙开 敞 面进行 抗 风压 计算 时 可按两种风 荷载作用方式来选取 体型系数：(】)当风平行 山墙作用时，根据 全国 民用建 筑工 程设 计 技术措 施 结 构 中第 1 8 1 6条可 知，建筑跨高 比 S H4时 的门式 刚架应按 荷载 规范计算风荷 载标准值和风荷 载体 型系数；S H 4时则按 门式 规程 取用。因为 该工 程 S I-I=3(3 1 2 5=2 4 4，当风平 行山墙作 用时 的体型 系数可根 据 荷载规范 表 7 3 1中第 二项采 用，如图 3 所 示。(2)当风垂 直山墙作用时，此 时柱 可采用 荷 载规范表 7 3 1中第 2 6项的体 型系数，但 由于屋 面坡度 方向与第 2 6项 图示 不一致 因此 建议左右 坡屋 面粱取值一 样，可取一 l _3 1 5，如图 4所示。(注：屋 面梁体型系数取值从 规范中无法 查到 笔者认 为应为 0或较小的负值 本工程取 为-0 2)一 一 一一 麓 生 一一一 一一 髀 搿 一 维普资讯 http:/ 8 2 1 O 0 6 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 6 0 0 0 L J 船 卜 Hr 三 壬 C 6 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 l 7 0 0 0 7 0 0 0 I 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 7 0 0 0 6 0 0 0 1 8 2 9 0 0 图 2 厂房的平面图和剖面图 一0，6 0 5 厂 一+0，8 f l 0，5 l l 一0 7 s一。-s 一0 7 图 3 风平行 山墙作用时的体型系数 2、结构构造措施 为避免较大 的风力 对结构及其维 护结构 的破 坏作用 本工程 同时还采用了下列几点构造措施：(1)厂房其余 三面墙在满足 工艺 及防水要求 下采取局部开敞。以增 大排风 面积，尽量使排风 面积 与进风面积接 近。而且使 纵向两 侧墙体开洞 面积相等，这样既可 降低厂房 内外 的风压差，也 可在 风平行 山墙作用 时结构仍 属封闭式建筑，进 而 风荷载体型 系数就相 对较小，迎风面受风面积 也可相对减少。在本工程中从室外标高一 0 3 0 0 m至 标高 2 O 0 0 m处不砌墙。这样当风平行山墙作用时，根据 门式规程第 2 1 2条至第 2 1 4条对开敞、部分封闭和封 闭建 筑的定义可知该结构仍属封 闭 建筑，体型系数 和封 闭建筑相 同。但 当风垂直于 山墙时 属部分封 闭式 建筑。如工艺允许，另一 侧山墙不建议设置墙体：但如果必须设 置墙体时，a 一1 3 b)7 5 42 7 5 0 2 图 4 风垂直 山墙作 用时的体型系数 可考虑在墙体设置百 叶窗等。(2)采用相同墙梁的情况下，缩小山墙抗风柱 的柱距 同时应通过计算确保墙梁固定连接件(如 普通螺栓、固定支托等)能满足设计要求，也应确 保抗风柱在风的负压作用下 内侧受压时不发生整体 失稳。例如在 本工程 中抗风柱柱距设为 5 m，同时 每 隔两道墙梁处设置 隅撑 以减少其 平面外计算 长 度。(3)吊车采用龙门吊车。根据综合经济指标分 析(详表 1)，当吊车 采用桥式 吊车时，对结构水 平侧移要求较高，而风力较大，设计 时柱顶水平位 移很难满足要求或要耗更多的钢材满足。当吊车采 用龙 门吊车时，厂房和吊车两者单独受力，容易达 到要求，且厂房结构类型属轻 型门式 刚架，可以较 维普资讯 http:/ 表 1 方案经济指标 比较表 工程 平均 钢结构 吊车费用 土建费用 平均造价 吊车形式 用钢量 费用 总造价(k g m)(万元)(万 元)(万 元)(元 m)(万 元)桥式 吊车 6 5-3 2 1 8 2 6 3 5 3 5 0 o 0 0 7 3 8 0 0 0 3 2 7 0 6 3 5 1 3 2 9 5 3 龙 门吊车 3 5 8 1 6 3 8 3 6 0 6 5 0 o O O 8 6 1 0 o O 3 1 4 9 3 6 0 1 2 8 0 2 3 差额 2 9 5 5 4 4 2 7 5 -3 0 0 0 o 0 1 2-3 0 0 o 1 2 1 2 7 5 4 9 3 0 图 5弯矩包络图 为节省钢材。(4)屋面板不采用暗扣式板型。当风垂直山墙 作用时，风灌进室内，如无法迅速排出，有可能会 将屋面板掀开。因此此类建筑不建议采用机械咬合 式屋面板。另外，为满足防水和排水要求，可适当 调高屋面坡度。在本工程中根据当地降雨量，坡度 取 1 0 可满足要求。(5)屋面钢梁与钢柱连接处高强螺栓的布置。在风荷载作用下，该结构端部下翼缘仍会有较大的 拉应力，如本工程下翼缘弯矩最大为 3 7 6 9 K N m，和上翼缘最大弯矩 4 0 7 8 K N m相差不大。如 图 5 所示。故布置螺栓时根据实际情况将上下翼缘螺栓 等数量布置，甚至下翼缘 比上翼缘 多布置高强螺 栓。另外，值得指出的是永久荷载的采用一定要实 事求是，不应夸大或缩小。在一些情况下，某些设 计人员总认为增大 自重会使结构更偏安全。其实不 然，当风吸力较大时永久荷载过大反而不利。(6)墙梁和檩条相同的情况下，厂房纵 向两端 的第一柱距尽可能 比中间柱距小，而且檐口和屋脊 处檩条也应 比其他部位的檩条间距小。如此可减少 风荷载对建筑角部的破坏。同时可在檐 口和屋脊位 置设置檩条斜拉杆及撑杆以加强檩条 的整体性能。3 2 中国建筑金属 结构 2 o o 6 1 本工程将厂房纵向两端的第 一柱 距均 设置 为 6 m，而 中 间柱 距 为 7 m。檐 口和屋 脊 檩条间距为 1 4 m，中间部分 为 1 5 m。(7)压 型 屋 面板 和墙 板 的收边部分应加大 自攻钉的 数量。以加强屋面边角处的 抗风能力。四、结语 对于外墙开洞较多且洞 口位 置 及数 量 不 对 称 的 建 筑。一般建议不采用单侧开 设过大洞 口或敞开的结构形 式。必须采用单侧 山墙开敞 的结构形式时 可采取 以下 措施以确保结构安全可靠：(1)需考 虑风从不同角 度对建筑 的影响。一般只需 分析平行 山墙作用 和垂直山 墙作用即可，如结构不规则应根据实际情况决定。(2)调整四周外墙开洞，使之均匀分布，且两 相互平行 的墙面上开洞面积应相同或接近。(3)加强檩条及墙梁抗风能力。如柱距、抗风 柱间距、檩条、墙梁间距适 当减少；防止檩条风吸 力下翼缘失稳设置双层屋面板等。(4)需考虑屋面板有可靠的固定。风过大不宜 采用机械咬合式 固定。参 考 文 献【1 建筑结构荷载规范(G B 5 0 0 0 9 2 0 0 1)，中国建筑工业 出 版 社 2 0 01 【2 钢结构设 计规 范(G B 5 0 0 1 7 2 0 0 3)，中国计划出版社，北 京 2 0 0 3 【3 门式刚架轻 型房屋钢结构技术 规程(C E C S 1 0 2：2 0 0 2)，中国计划出版社 2 0 0 3 4】建设 部工 程质 量安全监督与行业发展司、中国建筑标 准 设计研究所合编，全 国民用建 筑工程设计技术措施 结构，中国计划 出版社，2 0 0 3 【5 钢结构设 计手册(第 三版)，上册，中国建筑工业出版 社 2 0 0 4 (作者单位：广州MP C国际钢构有限公 司)维普资讯 http:/