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拱形屋顶不平衡积雪荷载

文章出处:拱形屋面 人气:发表时间:2016-12-15 19:06

拱形屋顶不平衡积雪荷载

雪荷载是房屋屋面的主要荷载之一,属于结构上的可变荷载。在我国寒冷地区及其他大雪地区,因雪荷载导致屋面结构以及整个结构破坏的事例时有发生(如下图所示)。尤其是大跨度结构以及轻型屋盖对雪荷载更为敏感。因此,在有雪地区,在结构设计中必须考虑雪荷载的作用。

1. 基本雪压

所谓雪压是指单位水平面积上的积雪重量。

雪压的计算公式:s=rd

式中 s——雪压(N/)

r——雪重度(N/)

d——雪深(m)

雪重度r是一个随时间和空间变化的量,越靠近地面,雪的重度越大,雪深越大,下层的重度越大。

屋面水平投影面上的雪荷载标准值,按下式计算:

——雪荷载标准值(kN/);
——屋面积雪分布系数;
——基本雪压(kN/);

基本雪压()是雪荷载的基准压力,一般按当地空旷平坦地面上积雪自重的观测数据,经概率统计得出50年一遇最大值确定。可以在《建筑结构荷载规范》附录表D4中直接查出。

2.屋面的雪压

影响屋面雪压的因素有:风、屋面形式、屋面散热等。

1) 风对屋面积雪的影响

风对屋面积雪的影响:主要是由风的漂积作用引起的。在下雪过程中,风会把部分本将飘落在屋面上的雪积吹到附近的地面或其它较低的物体上,这种影响就叫风的漂积作用。当风速较大或房屋处于曝风位置时,部分已经积在屋面上的雪会被风吹走,从而导致平屋面或小坡度(坡度小于10度)屋面上的雪压普遍比邻近地面上的雪压要小。在高低跨屋面的情况下,由于风对雪的漂积作用,会将较高屋面的雪吹落在较低屋面上,在低屋面上形成局部较大的漂积荷载。对多坡度屋面及曲线型屋面,屋谷附近区域的积雪比屋脊区大,其原因之一是作用下的雪漂积,屋脊区的部分积雪被风吹在屋谷区内。

对于高低跨屋面,由于风对雪的漂积作用,会将较高屋面的雪吹落在较低屋面上,在低屋面上形成局部较大的漂积荷载。苏联根据西伯利亚地区的屋面荷载的调查,对屋面积雪分布系数规定为

=2h/4.0

式中 h——屋面高低差,m;

——基本雪压,kN/。

并规定积雪分布宽度=2h,但不小于5m,不大于10m。积雪按三角形分布,如图所示。根据我国的积雪情况调查,高低屋面堆雪集中程度远小于西伯利亚地区,形成三角形分布的情况较小,一般高低屋面处存在风涡作用,雪堆多形成曲线图形的堆积情况。因此,我国规范将其简化为矩形分布的雪堆,对取平均值2.0,雪堆长度2h不小于4 m。但不大于8 m。

对多跨坡屋面及曲线型屋面,屋谷附近区域的积雪比屋脊区大,也受风作用下的雪漂积的影响,屋脊区的部分积雪被风吹积在屋谷区内,造成局部堆雪及局部滑雪。因而,对多跨坡屋面及曲线型屋面,风作用除了使总的屋面积雪减少外,还会引起屋面的不平衡积雪荷载。

2)屋面坡度对积雪的影响

屋面雪荷载与屋面坡度密切相关,一般随坡度的增加而减小,主要原因是风的作用和雪滑移所致。

当屋面坡度大于到某一角度时,积雪就会在屋面产生滑移或滑落,坡度越大滑落的雪越多。屋面表面的光滑程度对雪滑移的影响较大。雪滑移带来的另一个问题是滑落的雪堆积在与坡屋面领接的较低屋面上。风作用使总的屋面积雪减少,对双坡屋面及曲线型屋面,还会引起屋面的不平衡积雪荷拱壳屋顶载。

3)屋面温度对积雪的影响

屋面散发的热量使部分积雪融化,同时也使雪滑移更易发生。

不连续加热的屋面,加热期融化的雪在不加热期间可能重新冻结。在屋面较低处结成较厚的冰层,产生附加荷载。重新冻结的冰雪还会减低坡屋面上的雪滑移能力。融化后的雪水常常会在檐口处冻结为冰凌及冰坝。这一方面会出现渗漏现象;另一方面会对结构产生不利的荷载效应。

我国南部气候较暖,屋面积雪容易融化;北部寒潮风较大,屋面积雪容易吹掉。与苏联、加拿大、北欧等国相比,积雪情况不甚严重.积雪期也较短。因此。我国《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001)根据以往的设计经验,参考国际标准ISO 4355及国外相关资料,对屋面积雪分布仅概括地规定了8种典型屋面积雪分布系数,见表2—3。其中大部分屋面都列出了积雪均匀分带和不均匀分布两种情况,后一种主要是考虑雪的滑移和堆积后的效应。

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