开敞式房屋风荷载的计算

牛蓓蓓

1 概述

20世纪90年代以来，钢结构的发展十分迅速，特别是门式刚架轻型房屋钢结构以其用钢省，造价低，性能好，制作快，工期短，外形美观等优点，受到广大用户的普遍欢迎和好评，在国内得到迅速推广，已成为厂房，商店，仓库，超市及其他很多用途房屋的主要结构形式。

由于这种房屋的特点与传统的钢结构厂房有所不同，虽然是单层房屋，形式简单，但在很多问题上还需要在实践基础上不断总结、探索、研究提高，才能做到在各方面都取得满意结果，达到既安全可靠又经济合理的目的。

我国CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程编制之时借鉴了国外情况，并结合了中国实际情况，虽然对常见的主要方面大体都有所规定，在某些问题上依旧规定的不够细致，如开敞式房屋风荷载的计算。

美国轻钢结构发展最早，技术最成熟。同时美国也是风灾频发的国家，关于低层房屋钢结构抗风设计技术及经验也是十分独到和先进的。下面根据本人的理解以实际工程项目为例介绍一下美国MBMA86中关于开敞式房屋风荷载的计算方法。

表1 MBMA86开敞式房屋风荷载计算参数

2 开敞式房屋风荷载的计算

2.1 设计资料

某项目建筑长度250 ft，宽度200 ft，檐口高度20 ft，屋面坡度

1/12，设计风速为100 mph，四面墙均为开敞，屋面檩条间距5 ft。

2.2 设计过程

1)基本参数。

速度风压 q=22.2 psf，见表 1。

边区宽度Z。

a.两者中较小值:建筑物宽度的10%=20 ft。

建筑物檐口高度的40%=8 ft。

b.但不小于建筑物宽度的 4%=8 ft，3 ft。

所以 Z=8 ft。

角区宽度X。

两者中较大值:2Z=16 ft，20 ft。

所以 X=20 ft。

2)刚架上风荷载:

由表2可知，需计算两个荷载工况。

表2 开敞式建筑主刚架风荷载系数GCp(横向)

a.中间榀刚架。

不同工况荷载见表3，表4。

表3 工况1荷载

表4 工况2荷载

b.边榀刚架。

系数GCp与中间榀的相同，故若无扩建要求仅需按中间榀的一半荷载进行计算。

c.纵向抗风支撑。

表5 开敞式建筑主刚架风荷载系数GCp(纵向)

由表5可知，边榀刚架上采用系数+6.0。

风压=6.0×22.2=133 psf×边榀刚架的面积。

注:参见MBMA86表5.2b备注4中关于采用系数+6.0的限制条件，如果所设计的房屋不符合该限制，则需参见附录4.3以确定纵向抗风支撑的系数。

d.其他构件的风荷载。

屋面檩条风荷载计算如下:

受风面积:25×5=125 ft2。

屋面悬挑构件中间区系数 = －0.95或 1.25×(－0.8)=－1.0，取 －1.0。

故中间区屋面檩条设计荷载= －1.0×22.2×5= －111 plf。

屋面悬挑构件边区系数=－1.2。

对于边区使用系数－1.2，边区屋面檩条设计荷载=－1.2×22.2×5= －133 plf。

注:除了构件的弯曲荷载外，如果采用檩间支撑，则需考虑在纵向抗风支撑内产生的轴向力，其数值和方向由支撑的位置和数量决定。

檐口构件风荷载计算如下:

受风面积:25×2.5=62.5 ft2。

屋面悬挑构件系数 = －1.31 或 1.25×(－0.8)= －1.0，取－1.31。

檐口构件设计荷载 = －1.31×22.2×2.5= －73 plf。

注:檐口构件需要验算其轴向力，同屋面檩条要求。

屋面板和紧固件风荷载计算如下:

受风面积:1×5=5 ft2。

中间区屋面悬挑构件系数=－1.1。

中间区设计荷载 = －1.1×22.2×1= －24 plf。

边区屋面悬挑构件系数=－1.5。

边区设计荷载 = －1.5×22.2×1= －33 plf。

角区屋面悬挑构件系数=－2.7。

角区设计荷载 = －2.7×22.2×1= －60 plf。

3 结语

工程实践不断表明风荷载是结构设计不容忽视的一种荷载，在设计的过程中要异常重视。本文中关于MBMA86开敞式房屋风荷载的计算介绍旨在希望设计人员能在理解的基础上更好的使用CECS 102∶2002门式刚架轻型房屋钢结构技术规程。

[1]CECS 102∶2002，门式刚架轻型房屋钢结构技术规程[S].

[2]侯小玲.建筑结构基本风速和基本风压问题浅析[J].山西建筑，2010，36(3):92-93.