3.4屋面附加雪荷載
坡度很小且屋面積雪厚度較小的屋面,雪中含水的影響不能忽略,應考慮附加荷載。稱為雨雪附加荷載。小坡度屋面有可能因雪荷載作用局部下凹積水而導致結構失穩(wěn)。設計時應考慮,稱為積水失穩(wěn)現(xiàn)象。另外,對于檐口挑出部分,由于屋面積雪融化流淌,會在檐口形成冰壩和懸冰,為此可用檐口結冰荷載來考慮檐口積冰重力荷載。該荷載應僅作用在那些可能形成檐口冰凌的結構上,僅用于檐口懸挑構件分析。分析整體結構時不需考慮這一荷載。
3.5屋面暴露形式和采暖類別
周圍的地貌、樹木、相鄰的更高的房屋,以及屋面大型設備或其它設施會對金屬建筑屋面形成遮蔽,場地類別也即地面粗糙度都會影響屋面雪荷載,為此可引入屋面暴露系數(shù)來描述。另外,對于坡屋面,房屋是否采暖,以及房屋使用溫度是否高于冰點也會影響坡屋面雪荷載,可引入熱工系數(shù)來描述。
4 ASCE關于金屬建筑屋面雪荷載的規(guī)定
由氣候環(huán)境的不同,各國和各地區(qū)雪的強度、漂移和滑移會有差異,對雪荷載的重視程度和研究的深入水平也有差異。這在各國建筑結構荷載規(guī)范里有反映。IBC要求按ASCE 7確定雪荷載,MBMA 2002金屬建筑系統(tǒng)手冊關于雪荷載也主要引自ASCE 7-98,并針對金屬建筑的特征有所調整。因為掌握的資料有限,本節(jié)概述ASCE 7-98和MBMA-2002關于雪荷載的規(guī)定的主要內容供參考。
4.1平屋面雪荷載
作用在坡度不大于5o的屋面上的平屋面雪荷載pf應按下式計算:
pf = 0.7Ce Ct Is pg (ASCE 7-98.Eq.7-1)
這里:
Ce: 屋面暴露系數(shù),見ASCE 7-98表7-2
Ct: 熱工系數(shù),見ASCE 7-98表7-3
Is: 建筑結構重要性系數(shù),見MBMA 2002表1.1(a)
pg: 地面雪荷載值,單位為psf ,見ASCE 7-98 7.2節(jié),50年重現(xiàn)期統(tǒng)計值
但pf應不小于一個最小值:屋面坡度小于15o的單坡屋面,坡度小于等于70/W+0.5四面坡或雙坡屋面(W是檐口到屋脊處的水平距離,單位為ft),以及檐口到頂點連線角度小于10o的弧線屋面(定義為小坡屋面)應施加屋面最小雪荷載值pf:
當pg≤20 psf,取pf = Is pg;當pg>20 psf,取pf = 20 Is。
確定熱工系數(shù)Ct時,要綜合考慮結構的使用類別和實際規(guī)劃用途:采暖房屋Ct= 1.0;非采暖房屋Ct= 1.2,如果房屋溫度保持在0度以上Ct= 1.1。
4.2坡屋面雪荷載
屋面上沒有物體阻礙積雪下滑的,視為無障礙屋面,當檐口下有足夠空間容納屋面滑落的積雪時稱為“光滑面”。金屬屋面應視為光滑面,除非屋面布置了擋雪裝置或其它防止積雪下滑的裝置。
坡屋面雪荷載ps假定作用在屋面水平投影面上,引入坡度系數(shù)Cs,按下式計算:
ps = Cs pf (ASCE 7-98.Eq.7-2)
Cs值見ASCE 7-98.7.4.1-7.4.4節(jié)及圖7.2,具體規(guī)定用公式概述如下:
a)對于熱屋面,也即所有不滿足下文b)冷屋面,或c)涼屋面規(guī)定的屋面(ASCE 7-98,Ct≤1.0的情況):
?.無障礙光滑屋面,若為非通風屋面,熱阻大于R-30,若為通風屋面,熱阻大于R-20,且屋面下外層空氣應能從檐口到屋脊自由循環(huán)(ASCE 7-98 圖7-2a虛線):
Cs = 1, [1-(θ-5)/65], 0 (θ≤5o, 5o<θ<70o, θ≥70o)
?.所有其它熱屋面(ASCE 7-98,圖7-2a實線)
Cs = 1, [1-(θ-30)/40], 0 (θ≤30o, 30o<θ<70o, θ≥70o)
b)對冷屋面,也即非采暖結構,且特意保持在冰點之下的屋面(ASCE 7-98,Ct = 1.2的情況):
?.容許雪從檐口滑落的無障礙光滑屋面(ASCE 7-98,圖7-2b虛線):
Cs = 1, [1-(θ-15)/50], 0 (θ≤15o, 15o<θ<70o, θ≥70o)
?.所有其它冷屋面(ASCE 7-98,圖7-2b實線):
Cs = 1, [1-(θ-45)/25], 0 (θ≤45o, 45o<θ<70o, θ≥70o)
c)涼屋面,也即,結構保持在冰點以上,以及其它的通風空間和采暖空間之間的熱阻大于R-25的通風冷屋面(ASCE 7-98,Ct = 1.2的情況):
?.容許雪從檐口滑落的無障礙光滑屋面(ASCE 7-98,圖7-2a/7-2b虛線平均值):
Cs = 1, [1-(θ-10)/60], 0 (θ≤10o, 10o<θ<70o, θ≥70o)
?.其它所有涼屋面。(ASCE 7-98圖7-2a/7-2b實線平均值):
Cs = 1, [1-(θ-37.5)/32.5], 0 (θ≤37.5o, 37.5o<θ<70o, θ≥70o)
對弧線屋面,多折線屋面,鋸齒形屋面或筒形拱頂屋面,相應Cs值參見ASCE 7-98 7.4.3-7.4.4節(jié)。
4.4檐口結冰
對于檐口排水的兩類熱屋面:a)熱阻小于R-30的非通風熱屋面,b)熱阻小于R-20的通風熱屋面,所有檐口懸挑部分應能承受2pf的均布雪荷載。當屋面施加了該附加均布雪荷載,除恒載外,不再同時施加其它荷載。分析整體結構時不需考慮這一荷載,該荷載僅用于檐口構件分析。
4.5不完全荷載
由于各種原因,如人工除雪、雪的不均勻融化等,有可能導致整體屋面上某些宏觀區(qū)域雪荷載均布值減小。在設計連續(xù)多跨構件時,有可能反而起控制作用,應予以考慮。
相關規(guī)定見ASCE 7-98.7.5節(jié)。設計屋面連續(xù)檁條時,應選取均衡雪荷載的1.0倍和0.5倍,任意作用的檁條的不同跨間作為一種不利分布驗算。對于坡度大于(70/W+0.5)的雙坡屋面,跨度方向垂直于屋脊線的剛架桿件不必施加不完全雪荷載。需要注意的是,不完全荷載不一定是控制荷載。
4.6不均衡雪荷載
不均衡雪荷載規(guī)定見ASCE 7-98.7.6節(jié):對于常見的四面坡和雙坡屋面不均衡雪荷載分布概述如圖8。圖中,L為屋面平行于屋脊線方線的長度:
β = 0.5,0.33+0.167L/W,1.0 (L/W ≤1, 1<L/W<4, L/W≥4)(ASCE 7-98 Eq. 7-3)