​​​美国凯乐瑞克郑州体验服务中心
​电话:

0371-63581116



0371-63581116

40年
     
构建,驱动,运载,随处可及

40 years focused on Heating Technology

专注采暖技术
屋顶融雪技术:钢结构建筑雪荷载分布特点与防坍塌因应措施
来源: | 作者:pro3939b3 | 发布时间: 2024-04-19 | 158 次浏览 | 分享到:
本篇着重介绍了钢结构、日光温室、膜结构等建筑雪荷载分布特点,同时根据结构材料与安装保养因素进一步分析除雪压之外的不利因素,对冬季的建筑安全以及屋顶融雪系统的设计安装提供了参考依据。在设计和建造钢结构建筑时,必须全面考虑各种外部因素对其安全性和稳定性的影响。采取适当的措施,如考虑雪荷载、选择合适的屋顶融雪系统,并加强维护保养工作,可以有效预防钢结构建筑因雪荷载而垮塌的风险,从而确保其在恶劣天气条件下的可靠性。

用钢材建造的工业与民用建筑设施被称为钢结构建筑,其主要承重构件是由钢材组成的。包括钢柱、钢梁、钢结构基础、桁架、钢屋架、钢屋盖等,钢结构基础也可以采用砖墙围护。钢结构建筑适用于工厂、仓库、作业工房、体育馆以及日光温室等。一些膜结构建筑也以钢结构材料为支撑。钢结构既适合单层大跨度建筑,也可用于建造多层或高层建筑。钢结构建筑主要特点质量轻成本低、强度高跨度大、施工周期短且可回收,钢结构建筑线条简洁流畅,彩色面板具有现代感。

 


雪荷载指作用在建筑物或构筑物顶面上计算用的雪压。暴雪后,建筑背阴面(背风面)与低洼处积雪严重,若雪荷载超负荷,就会导致安全隐患。钢结构建筑可能因雪荷载超负荷而导致檩条变形,在檩条失稳时,拉杆和隅撑系统不能很好地提供支撑作用,产生结构不稳固等潜在风险。暴雪中发生坍塌的建筑多见钢结构、膜结构建筑,如厂房、大棚、加油站、仓库等。也有一些临时性的建筑,如大棚、临时工棚、菜市场等。钢结构在设计过程中如果对积雪荷载值计算不足,那么建成后就无法达到抗雪要求。基于钢结构具备自重轻、高强度、良好的抗震抗风性能、施工周期短、节能环保等优点而被广泛应用到工农业领域中,随着制造业的不断发展,钢结构厂房及大棚的建设也往大跨度、大面积的方向发展,然而跨度大,没有充分考虑钢结构的疲劳损害往往容易使钢结构在长期的荷载作用下,出现承载力下降的情况,从而导致积雪压垮钢结构厂房的事故多有发生。

 


数据显示,在通常情况下1mm的降水量,在北方相当于下了810mm厚的雪,如果屋顶雪荷载为0.7KN/㎡,则就相当于你的房顶能承受每平方米70kg的雪。如果按水的体积算,屋可以承受每平方米大于0.7m的积雪,至于大多少还要看雪的密度。在北方的一些地区,积雪甚至能达到6070cm。在连续降雪的天气下,下层的积雪受重力的不断挤压,密度越来越高,重量也不断增高。在监测降水量时,考虑到了降落到地面上的雪花的大小、形状、以及积雪的疏密程度不同,所以雪是以融化后的水来度量来的。即用直径为20cm的雨量桶收集雪花,待雪融化后读数。雪的密度约为0.1g/cm³,那么100㎡的平面屋顶,如果积雪厚度为30cm,房顶就会承受3吨的重压。

 


例如钢结构建筑宽度24m、长度40m,屋顶为单跨单坡屋面,屋顶坡度为30°,屋面面积约为1108㎡,积雪厚度为30cm时,屋顶就会承受30吨的雪压,钢结构可能会因雪荷载超负荷导致檩条变形,在檩条失稳时,拉杆和隅撑系统不能很好地提供支撑作用,进而出现结构不稳固等潜在风险。当雪载值占整个屋盖结构自重的10-30%时,会使得各种屋盖结构产生较大变形。特别大雪之后房屋,屋盖结构过大的残余变形可能会破坏房屋结构,在屋面低凹处与背风处更为严重,由于雪的堆积而形成局部较大超载,在连续降雪天气会进一步导致钢结构失稳而坍塌。

 


屋顶的雪压成不均匀分布,受结构形式、选用材料、屋面倾角等因素影响,同时还与风压、桁架支撑形式、以及体型系数交互影响,单独计算屋顶雪荷载还需考虑屋顶积雪分布系数;在多跨锯齿型屋面、多拱屋面、双坡屋面要参考设计数据来计算雪荷载。根据雪荷载分布情况来安装相应的融雪系统,能更好的平衡预算投入与融雪效率。以下将举例说明不同屋面结构形式的雪压分布。

屋顶雪荷载计算公式:S k=μrCtS0

式中S k雪荷载标准值(KN/m²)

μr屋面积雪分布系数

Ct加热影响系数

S0基本雪压(KN/m²)

屋面积雪分布系数根据屋面类别分为:

1、单跨单坡屋面/棚面

α

30°

30°<α<   60°

60°

μr

0.8

0.860°-α)

0

α为屋面与水平面夹角

 

2、屋顶坡度与雪压系数对应表

 

α

25°

30°

35°

40°

45°

50°

55°

60°

μr

1.0

0.85

0.7

0.55

0.4

0.25

0.1

0

 

以下是几种常见的屋面形式(如图所示),多运用在彩钢厂房、日光温室、商业市场、仓储物流、大型场馆等领域。

A、单跨单坡屋面

B、单跨拱形屋面

C、单跨双坡屋面

D、双跨拱形屋面

E、带女儿墙的屋面

F、多跨锯齿形屋面

G、双跨双坡屋面

H、大跨度屋面

 


因屋顶积雪造成建筑倒塌与房屋设计时也存在一定关系,对当地最大降雪量的设计参考与基本雪压偏小、房屋的荷载系数偏小也是重要因素。我国建筑荷载规范系数为1.4,这个系数在欧洲是1.5,美国是1.6。正因如此,新修订的《建筑结构可靠性设计统一标准》已经把房屋荷载系数调整到1.5。钢结构本身重量较轻,因此受降雪影响而垮塌或者倾覆的建筑,大多是轻钢材质、金属材质的建筑,如日光温室、简易屋棚、厂房仓库等,也包括一些大跨度结构的建筑,如体育馆、站台等同样容易出现垮塌的情况。相比较之下,钢筋混凝土结构的建筑就结实了很多。降雪较多地区的建筑会通过一些设计来提升房屋的抗雪压性能。此外北欧、东欧等一些建筑物大多为尖顶,并且具有较大的坡度,积雪容易从屋顶滑落,减少了屋顶雪压,保护了建筑物安全。

 


钢结构、膜结构承载力下降还与钢结构疲劳、缺乏维护保养、材料质量缺陷以及偷工减料有关。钢结构安装过程中未按设计施工,比如隅撑、水平支撑、檩条拉杆等未张紧,遇到积雪过厚造成结构失稳出现垮塌。特别是缺乏维护保养因素,由于钢结构、膜结构存在构件易腐蚀的缺点,当锈蚀范围不断扩大时就会破坏结构件的稳定性,遇到大雪天气、积雪过厚清理不及时就容易发生坍塌事故。

 

总结:本篇着重介绍了钢结构、日光温室、膜结构等建筑雪荷载分布特点,同时根据结构材料与安装保养因素进一步分析除雪压之外的不利因素,对冬季的建筑安全以及屋顶融雪系统的设计安装提供了参考依据。在设计和建造钢结构建筑时,必须全面考虑各种外部因素对其安全性和稳定性的影响。采取适当的措施,如考虑雪荷载、选择合适的屋顶融雪系统,并加强维护保养工作,可以有效预防钢结构建筑因雪荷载而垮塌的风险,从而确保其在恶劣天气条件下的可靠性。