二手钢结构房屋抗风设计

近年来，每当各地有大的风灾，轻钢结构较其它结构相比，往往都遭受到

更严重的破坏，2008年10，月广东阳江遭遇黑格比台风正面直接吹袭，阳江部

分工业厂房在这次台风中遭受重大损失．其中阳江伞智(港资)fPDJ厂，损失最

为惨霞，全智印刷』一结构形式为两层砼结构尾面采用轻钢结构，原来结构南

其他单位设计施工，现业主要求我公司重新设计屋面系统。

经号察，原屋面设计存在以下问题：

一

、彩钢板厚度和强度不足

二、暗扣式屋面板质量差，暗扣厚度与强度不足，数量偏少或漏设，在风力

作用下，被直接拉直或拉脱。

三、采用打钉式屋面板，螺钉数量偏少，螺帽下又未设钢板垫片，彩钢板螺

钉处在风载集中应力反复作用下，孔洞不断扩大，彩钢板产生疲劳破坏或撕

裂。

四、轻钢厂房的薄弱部位没有加强抗风处理，台风袭击过程中，往往这些

薄弱部门先行破坏，导致整个厂房用护破坏。

纵观以上结论，可以看出根本问题就是围护系统的抗风能力不足，设计及

施T存在缺陷。由于轻钢结构自重轻风荷载是其主要的破坏因素，更应当给

予特殊的重视．荚国的轻钢结构发展规律最早，技术最成熟，同时美国也是风

灾频发的国家，其关于低层钢结构房屋抗风设计技术和经验是非常独到和先

进的。

全智印刷厂后续设计，正是参照美国MBMA规范设计，《低层房屋建筑系

统手册》((1996)是由美国钢结构房屋制造商协会(METAL BUII D1NG

MANUFACTURE ASSOCIATION)编撰的技术规程．它反应了美国在低层钢结

构房屋建筑系统方面几十年的研究成果和经验积累．其关于低层建筑风荷载

的取用和计算部分是手册的精华所在，使其成为轻钢结构设计最重要的参考

资料之一．我国建筑金属结构协会主编的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规

程}(CECS 102：2002)中的风荷载体型系数既参考和引用自该书。

现在介绍下关于低层房屋的定义及如何确定风荷载体型系数及风荷载

大小的，低层房屋指屋面为平屋面，坡度小于30度的单坡屋面，双坡屋面，屋面

平均高度dsT60英尺(约18米)，檐口高度不大于建筑物最小平面尺寸的已完

llI 建筑物．之所以有这样一来的要求，是由于风洞实验的研究模型的设计计算

方法是在紊流边界层风洞实验的基础上获得的，而用于风洞实验的研究模型

具有上述几何特点，所以当建筑物不满足该项要求时，应参照其他规程(如

ASCE一7或UBC等)确定风荷载。

A然界中的流体运动存在着两种不同的形式：一种是层流，看上去平顺，

清晰，没有参混现象，例如靠近燃烧着的烟头附近细细的烟流；另一种侧显得

杂乱无章，看t去毫无规则，例如烟涌里冒出来的滚滚浓烟，这就是湍流，也叫

紊流．虽然国内外的风荷载研究均是建立在风洞实验的基础上的胆不同规范

之间由于其适用的对象不同，研究手段的差异，使风荷载计算相差较大，因此

根据实际项目的自身特点，选择合适的规范非常重要。一般说来，当设计对象

为多，高层建筑时，应选用主要以层流边界层风洞实验为研究基础的规范，如

《建筑结构荷载规范》；当设计对象为低矮建筑时，应选用主要以紊流边界层风

洞实验为研究基础的规范，《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》，有些人认为

两种风筒载计算方法并存在是不合理的然而这非但不是”不合理：的，反而恰

恰是对自然规律界真实的，合理的，科学的反映．还有些人认为采用哪个规范

计算偏安全，就用那个规范，这样的观点是不科学的，如果实验研究证明它只

会承受那么大的风荷载，设计中就取用那么大的风荷载就可以了，人为去放大

它是没有科学依据的。

建筑物的类型也是确定风荷载关键因素之一，建筑屋内部乐力是南所

谓”鼓风效应”和”吸风效应”产生的．迎风面墙上的开r丁使风吹入房屋内部，此

时就如同吹气球一样，产生一个作用于所有屋面，墙面的内部压力，当开口位

‘78

于背对风(或侧对风)墙上时，由于陔位置为风荷载的负压区，部分空气由室内

流失，产生一个作用于所有屋面-墙面的内部吸力，『l1此可见开口与建筑物的

内部压力关系紧密．这里说的开口是指建筑物表面永久性的无有效遮蔽的，并

且是根据设计要求留设的洞口，该规程根据建筑物围护结构卜开【=_=1的面积率

和分布情况的不同，建筑物分为一F= 类：封闭式建筑，部分式建筑，开敞式建

筑，凡不符合部分封闭式建筑和敝式建筑物定义，均视为封闭式建筑物．，对以

上建筑的定义，详细见CECS一102：2002。

该lT程后续设计过程中，按照我公司建筑系统，进行了屋面板的验算，连

接计算及薄弱区域的设计，在薄弱区域设置了抗风夹，．详见如下计算书

Panel Check For 24 Gage

Purlin W ind Suction Loads

Zone Status

Spacing coeficient Actual Allowable

A．Comeh Z×Z 3 33 一2 64 75 9psf 6l psf PanelOK

B—EW edge，

3 33R ．1 70 48 8 psf 61 psf PanelOK

width-Z

C—SW edge，

3 33 R ．1 70 48 8 psf 61 psf PanelOK

width=Z

D．Interior 3 33 —l 27 36 6 psf 61 psf PanelOK

Panel OKMR 24 Clip Suction Check For 24 Gage

Purlin W ind Actual Allowable Clip Loads

Zone Status

Spacing toefficient Load Regular Reinforced

A—Com eh ZxZ 3 33 R ．2 90 83 2 psf 6O psf 87 psf Use reinforced Clip

B-EW edge，

3 33 R 一1 70 48 8 osf 60psf 87 psf Regular Clip OK

width=Z

C—SW edge，

3 33ft 一1 70 48 8 psf 65 psf 87 psf Regular Clip OK

width=Z

D．Interior 3 33 n 一1 30 37 3 psf 60 psf 87 psf Regular Clip OK

当施工完项目，我公司的设计及施工得到了业主的肯定。

似此次事故可以看到．屋面刚架和檩条未见严重的破坏，破坏严重的是附

件及围护结构，附件及围护(彩钢板)设计都未做设计，也就是暗扣未做设计，彩

钢板也未做设计(偏薄)，彩钢板搭接也不满足要求，也就是设计院仅仅对结构

构件设计的重视，而忽视了附件及围护结构，造成了事故，这反应了我们行业

的大气候有关：结构设计资质在设计院，那么设计院必然要根据市场上的材料

供应来设计项目：所以成了没设计资质的檩条，屋面板的生产厂在领导市场，

后果可想而知，而设计院也很难设计出完整系统，仅就组成屋面系统的各种材

料的材料标准一点而言，一般设计图纸很难说清楚的．在美圜，轻钢企业是有

设计资质，不同企业都能开发出自己的建筑，并清楚知道其建筑系统的承载

力，市场上买的是系统，而不是单个构件产品，因此其整体技术水平较国内企

业高，这值得我们好好学习借鉴．

参考文献

【1]Low Rise Building SDtems Manual 1996 Metal Building Manufacturers

Association，Inc

【2 1 Metal Building Systems Manual 2002 Metal Building Manufacturers

Association，lnc

【3】《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(cEcs1o2：2()02)

【4】《钢结构设计规范》(GB50017—2o03)

[5]《建筑结构荷载规范》(GB5()()()9—20()1)

『6 1{Code of Practice for the Structural Use of Stell}BUILDING AuTH0RITY

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