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【行业知识】谈谈新门规风荷载的前世今生(正文)

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【行业知识】谈谈新门规风荷载的前世今生(正文)

发表于 2021-3-3 20:23:05 阅读模式 倒序浏览
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钢结构设计

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对比旧门规(CECS 102),新门规(GB 51022)关于风荷载的计算改动很大。这些修改都是怎么来的,借鉴了哪些东西,怎么和荷载规范去协调的,又怎么去理解这些规定?本文,试图讲清楚它的前世今生。


1、风荷载规定的变化 

先看看新门规风荷载规定发生了哪些主要的变化。


与旧门规相比,多了个β系数,与旧门规不分主结构还是围护统一给基本风压乘1.05进行调整,差异较大。关于风荷载系数,规定如下:

可以看到,主结构、围护(屋面和墙面)的风荷载系数都针对不同情况(横向、纵向、屋面外形、坡度、敞开与否等等)给出了更为详细完善的规定。显然,风荷载系数与旧门规在同样情况下的取值差异不小。更突出的是,考虑到建筑内部风荷载压力有正(压)有负(吸),且对主结构有一定影响,给出了两种荷载工况(+i-i),分别进行计算。


2、风荷载规定的来源

新门规在条文说明中明确,风荷载系数采用了美国MBMA手册(Metal Building System Manual)的规定。MBMA手册风荷载系数的取值见下列表格。

主结构:

墙面

屋面


除了MBMA中单位采用的是英制之外,包括各种情况的风荷载系数取值,新门规基本原封不动地引进了MBMA手册的内容

需要说明的一点是,美国没有针对门刚的专门规范。MBMA手册是行业协会编写的一本应用手册其中关于结构计算的内容,风荷载参考Minimum Design Loads for Buildings and Other StructuresASCE 7)中60ft(即18m,门规中同样借鉴了同样的18m限高)高度以下低矮房屋的风荷载规定;钢结构设计见Specification for Structural Steel BuildingsAISC 360抗震见Specification for Structural Steel BuildingsAISC 341)。也就是说,美国的门刚结构设计,是纳入了美国的荷载规范和钢结构规范体系的,和我们国内特别给它编本规范有所不同。其中的奥妙,您可以自己体会。

ASCE 7摘录一点风荷载相关的规定,供大家参考。

关于主结构:

关于围护结构:

可以看到,MBMA手册所说,它的风荷载规定ASCE 7是完全一致的,只是表达形式略有不同(表格和图形)另外,MBMA手册中,把内压体型系数0.18(封闭情况)考虑正负两种工况和外压叠加,整理成了使用更便捷的表格,同时也被我们的新门规所采用。


3、与荷载规范的协调

上述内容显示,新门规基本原封不动地借鉴了美国MBMA手册或者说ASCE 7规范的风荷载系数(主结构和围护)。但是,在风荷载计算时用了一个1.11.5的调整系数。这是和我们得荷载规范协调产生的结果。

大家很清楚地记得,旧门规只是在基本风压的基础上乘1.05进行风荷载的调整。这个系数1.05,来自于基本风压定义的时距不同以及结构计算时系数的不同。美国ASCE 7规范的速度风压(类似于我们的基本风压)计算取的是3秒钟最大风速,而我们的基本风压计算取了10分钟平均最大风速。

按新门规的条文说明,考虑了风荷载敏感性(荷载规范的要求),适当作了调整,主结构采用了1.1的系数。

    围护结构的1.5系数,也是因为与2012版荷载规范协调的结果(荷载规范严格要求对围护结构考虑阵风系数,事实上阵风系数一般都在1.6以上)。

如果您再细心一点,看一下新门规的征求意见稿和报批稿(网上可下载,2012年完成,恰好撞上2012版荷载规范颁布执行),就会发现,貌似这个协调过程还是挺曲折的。

新门规征求意见稿是这么规定的:

新门规报批稿是这么规定的:

也就是说,从征求意见稿风荷载调整系数沿用旧门规的1.05,到报批稿改为1.1,再到最后颁布执行的版本,分别为主结构1.1和围护结构1.5,已经基本向荷载规范看齐(画外音:“小样,还想搞点特殊化???跟我玩花样?没门......”)

上述内容说明,门刚在风荷载的取值水平上,被荷载规范协调了;在体型系数的取值上,和MBMA手册一致了。

 

4、关于风荷载计算的两个问题

新门规风荷载计算中,经常还会碰到两个似是而非、含混不清的问题。当然,在采用荷载规范做普钢设计时也有同样的问题,一并说明。

1抗风柱是围护结构还是结构?

很显然,新门规没说,只说1.1针对主刚架,1.5针对檩条、墙梁和压型板,抗风柱当然不等于主刚架。

先粗暴一点,把MBMA的规定搬来(新门规没干这事,我帮个忙)。对于按围护结构计算风荷载的所谓“围护结构”,MBMA是这么定义的:

Components and Cladding: For wind load considerations, members that do not qualify as part of a Main Wind Force Resisting System. They include girts, joists, purlins, studs, wall and roof panels, fasteners, end wall columns and end wall rafters of bearing end frames, roof overhang beams, canopy beams, and masonry walls when acting as other than shear walls. 

没错,包括抗风柱。

其次,从荷载规范的条文和条文说明去理解,隐含的意思,主结构以外的,支撑围护构件的构件,均按围护结构考虑。换句话说,计算它们的风荷载,要考虑阵风系数。

再者,按照围护结构间接承受风荷载,阵风系数可按受荷面积进行折减的内涵去理解。阵风系数,出发点是因为我们的基本风压按最大平均风速定义,要用它来考虑风荷载事实上的分布不均(有峰值),取决于受荷面积大小。围护结构从受荷面积最小的压型板连接件,向受荷面积适中的檩条、墙梁,再向受荷面积更大的抗风柱过渡,受荷面积越大,阵风效应越小。直至主体结构,受荷面积大了,认为风荷载平均化了,不再考虑其影响。介于其间的抗风柱,有不考虑阵风系数影响的道理吗?

2)为啥只有门刚有内压?

新门规风荷载规定有内压,并且在主结构计算时要考虑内压正负的影响。因为门刚很轻薄,这点内压的反号对局部构件可能是有决定影响的。

为啥按荷载规范设计普钢时就没有考虑内压及其反号这个内压对于主结构,实际上是自平衡的内力。而不是那么轻薄的普钢,这个内压影响对构件没那么大。所以在主结构计算时,沿用习惯做法,一般不考虑。

但是,按照荷载规范设计围护结构,是必须考虑的。显然,这个内压不是自平衡的力。从下面摘录的荷载规范条文就应该知道,8.3.3条给的,是外表面风压的局部体型系数,而8.3.5明确给出了内压的局部体型系数(封闭结构0.2,与新门规的0.18略有差异)。



-THE END-



来源:公众号:abaqus_steel,作者:ABAQUS,,如有侵权,请与我们联系删除。


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