轻型门刚设计中风荷体型系数取值及适用标准讨论.docVIP

轻型门刚设计中风荷体型系数取值的适用标准讨论 【摘要】本文针对门刚设计中荷载规范GB50009与门刚规程CECS102风荷载体型系数取值不同的问题，从现行荷载规范关于体型系数的确定原则、体型系数的来源背景分析及低矮房屋在风荷载作用下所具有特征， 阐明荷载规范GB50009表7.3.1中体型系数应用于低层轻型门式刚架设计的局限性以及采用 CECS102体型系数的合理性。 【关键词】轻型门式刚架钢结构，门刚规程CECS102，荷载规范GB50009，风荷载体型系数，风洞试验 1.前言： 门式刚架轻型钢结构房屋与普通单层钢结构或混凝土结构房屋相比，具有自重轻、施工周期短、适用范围广及综合经济效益好等特点，近十多年来特别是我国第一部门刚规程CECS102[1] 颁布以来发展较快，已成为一般荷载条件下较大跨度房屋首选的结构型式。但正是因为其自重轻，对风荷载较为敏感，抗风设计就成为轻型门式刚架钢结构房屋的关键内容。在风荷载计算中，体型系数s是一个重要参数，其取值是否合适，关系到风荷载组合效应值的合理性、门刚构件及连接设计的安全可靠性。 目前关于低层s差异较大，如表1所示，该取哪个标准的体型系数用于设计观点不同。 表1封闭式双坡屋面中间区体型系数比较表 标准编号 条目 迎风墙 面 迎风屋面 背风屋面 背风墙面 GB50009 7.3.1条 0.80 -0.6 -0.5 -0.5 CECS102 A.0.2条 0.25 -1.0 -0.65 -0.55 由于CECS102为协会标准，GB50009为国家标准，就标准的执行排序上，后者所规定的体型系数在一般情况下更具优先权，但前者明确适用于低层房屋轻型门式刚架钢结构，显然针对性更强。目前，在门刚设计中两个标准风荷载体型系数并存甚至混用的情况并不鲜见。据悉，即将颁布的新版荷载规范[4]关于门刚体型系数相关规定与06版[2]差异不大，并未涉及体型系数在不同标准的选用问题；正在修订的轻型门式刚架标准将升格为国标，其体型系数如何与现行荷载规范协调已经引起了工程界特别是一线设计和审查人员的极大关注。 笔者认为，现行门刚规程 [1]和荷载规范 [2]关于体型系数的规定，各有其特定的编制背景和适用范围。本文试图通过现行荷载规范关于体型系数确定原则、两个标准体型系数的取值来源背景分析及风荷载作用下低矮轻型门刚房屋所具有的特点，阐明现行荷载规范GB50009表7.3.1中体型系数用于轻型门式刚架设计的局限性和采用 CECS102体型系数的合理性。 2.现行荷载规范确定体型系数的基本原则 根据现行荷载规范[2]第7.3.1条说明对风荷载体型系数的描述，其是风作用于建筑物表面引起的实际压力（或吸力）与来流风速度压的比值，是建筑物表面在稳定风压作用下的静态压力的分布规律，主要与建筑物的体型和尺度有关，也与周围环境和地面粗糙度有关。由于它涉及的是关于固体与流体相互作用的流体动力学问题，对于不规则形状的固体，无法得出理论结果，一般应由试验确定，目前只能采用相似原理，在边界层风洞内对建筑模型进行测试。 荷载规范同时指出，表7.3.1列出的各类建筑物的体型和体型系数，是根据国内外的试验资料和国外规范中建议性规定整理而成，表中的系数是存在局限性的，强调了应将风洞试验作为抗风设计辅助工具的必要性。 基于以上原则，规范第7.3.1条正文对房屋和构筑物的风载体型系数1）与表7.3.1 中的体型类同时，可按该表的规定采用；2）与表7.3.1 中的体型不同时，可参考有关资料采用；3）与表7.3.1 中的体型不同且无参考资料可以借鉴时，宜由风洞试验确定；4） 对于重要且体型复杂的房屋和构筑物，应由风洞试验确定。体型系数s的取值来源，明确是根据我国自己的试验资料并参照设计经验确定的。2001版荷载规范[2]第7.3.1条首次把风洞试验要求列入条文，而且条文说明明确是采用边界层风洞。 文献11对我国荷载规范中体型系数应用存在的若干问题做了综述，指出荷载规范表7.3.1风荷载体型系数的规定，虽然是基于大量风洞试验数据并参考国际规范而得，但由于70年代我国还没有专门的边界层风洞，因此试验是借用航空风洞完成的，受当时试验条件的限制，无论是流场模拟和测试手段都比较落后，因而所得结果存在一定的局限性。虽然改革开放后做了两次大的修订，但与风荷体型系数相关的内容基本没有变化。原因在于我国对风荷载规范进行系统研究工程的投入不足，因而在这方面与先进国家相比还存在差距，尤其在风荷载体型系数方面，比如我国目前用于建筑工程风洞试验的风洞虽有10多个，但修建年代、主要用途不同，风洞流场品质存在较大差异，目前业界还没有一套对风洞品质进行评估的统一规范标准。因此，现行荷载规范规定的体型系数虽已使用了近40年，但采用的是我国早期的航空风洞试验成果，而且主要是针