雪荷载是浸染在房屋屋面构造上的一种可变荷载(也称活荷载),因雪荷载超过常年均值或由于其不屈均分布,导致屋面构件毁坏的事例常有发生。尤其是大跨、轻质屋盖构造,此类构造的雪荷载有时会远超过构造自重,极度雪荷载下随意马虎造成构造整体毁坏,后果特殊严重。近几年西北、东北及华北地区涌现了历史少见的大雪景象,2008年1-2月,我国湖南、湖北、江苏、江西、贵州、广西等南方大范围地区也遭遇了罕遇的大雪及冰冻景象,且持续韶光长,倒塌房屋上万间,电力通信举动步伐受损,造成了巨大的丢失。因此,合理确定雪荷载的大小及其在屋面的分布,将直接影响这类构造的安全性、适用性和经济性。
一、我国雪荷载的分布特点我国幅员辽阔,从南到北,基本雪压值差异较大。我国雪荷载的分布有如下特点:
新疆北部是我国突出的雪压高值区。该区由于冬季受北冰洋南侵的冷湿气流影响,雪量丰富,且阿尔泰山、天山等山脉对气流有阻滞和抬升浸染,更利于降雪。加上温度低,积雪可以保持全体冬季不融化,新雪覆老雪,形成了特大雪压。在阿尔泰山区域雪压值达1.65 kN/m²。
东北地区由于气旋活动频繁,并有山脉对气流的抬升浸染,冬季多降雪景象,同时因气温低,更有利于积雪。因此大兴安岭及长白山区是我国又一个雪压高值区。黑龙江省北部和吉林省东部的广泛地区,雪压值可达0.7kN/m2以上。但是吉林西部和辽宁北部地区,因地处大兴安岭的东南背风坡,气流有下沉浸染,不易降雪,积雪不多,雪压不大。
长江中下贱及淮河流域是我国稍南地区的一个雪压高值区。该地区冬零积雪情形不很稳定,有些年份一冬无积雪,而有些年份在某种景象条件下,例如寒潮南下,到此区后冷暖空气僵持,加上水汽充足,遇较低温度,即降下大雪,积雪很深,也带来雪灾。这一地区不少地点雪压达0.40~0.50kN/m²。但是这里的积雪期是较短的,短则一二天,长则十来天。
川西、滇北山区的雪压也较高。因该区海拔高,温度低,湿度大,降雪较多而不易融化。但该区的河谷内,由于落差大,高度相对低和气流下沉增温浸染,积雪就不多。
华北及西北大部地区,冬季温度虽低,但水汽不敷,降水量较少,雪压也相应较小,一样平常为0.2~0.3 kN/m²。西北干旱地区,雪压在0.2 kN/m2以下。该区内的燕山、太行山、祁连山等山脉,因有地形的影响,降雪稍多,雪压可在0.3kN/m²以上。
南岭、武夷山脉以南,冬季气温高,很少降雪,基本无积雪。
二、雪荷载标准值及基本雪压影响构造雪荷载大小的紧张成分是当地的地面积雪自重和构造上的积雪分布,它们直接关系到雪荷载的取值和构造安全,屋面水平投影面上的雪荷载标准值应按式(2-1)打算:
基本雪压应采取我国《荷载规范》规定的方法确定的50年重现期的雪压;对雪荷载敏感的构造,应采取100年重现期的雪压。基本雪压的确定方法和重现期直接关系到当地基本雪压值的大小,因而也直接关系到建筑构造在雪荷载浸染下的安全。确定基本雪压的方法包括对雪压不雅观测园地、不雅观测数据以及统计方法的规定。50年重现期的基本雪压值是根据全国672个地点的基本气候台(站)的最大雪压或雪深资料,按《荷载规范》规定的方法经统计得到的雪压。重现期为50年的雪压即为传统意义上的50年一遇的最大雪压。对雪荷载敏感的构造紧张是指大跨、轻质屋盖构造,此类构造的雪荷载常常是掌握荷载,极度雪荷载浸染下随意马虎造成构造整体毁坏,后果特殊严重,因此基本雪压要适当提高,采取100年重现期的雪压。
当城市或培植地点的基本雪压值在《荷载规范》表E.5中没有给出时,基本雪压值应按《荷载规范》附录E规定的方法,根据当地年最大雪压或雪深资料,按基本雪压定义,通过统计剖析确定,剖析时应考虑样本数量的影响。当地没有雪压和雪深资料时,可根据附近地区规定的基本雪压或长期资料,通过气候和地形条件的比拟剖析确定,也可比照《荷载规范》附录E中附图E.6.1全国基本雪压分布图近似确定,山区的雪荷载应通过实际调查后确定。当无实测资料时,可按当地临近空旷平坦地面的雪荷载值乘以系数1.2采取。
雪荷载的组合值系数可取0.7;频遇值系数可取0.6;准永久值系数应按雪荷载分区I、II和IⅢ的不同,分别取0.5、0.2和0;雪荷载分区应按《荷载规范》附录E.5或附图E.6.2的规定采取。
三、屋面积雪分布系数(1)风对屋面积雪的影响
屋面积雪分布系数便是屋面水平投影面积上的雪荷载Sk与基本雪压s0的比值,实际也便是地面基本雪压换算为屋面雪荷载的换算系数。它与屋面形式、朝向及风力等有关。
下雪时风会把部分将要飘落或者已经飘积在屋面上的雪吹积到附近地面或临近较低的物体上,这是风对雪的飘积浸染。当风速较大或房屋处于迎风位置时,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°)屋面上的雪压普遍比临近地面上的雪压小。对付高低跨屋面或带天窗屋面,由于风对雪的飘积浸染,会将较高屋面上的雪吹落在较低屋面上,在低屋面处形成局部较大飘积雪荷载。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情形与高低屋面上的高差有关。由于高低跨屋面交卸处存在风涡浸染,积雪多按曲线分布堆积[图2-1(a)]。
对付多跨屋面,屋谷附近区域的积雪比屋脊区大,其缘故原由之一是风浸染下的雪飘积,屋脊处的部分积雪被风吹落到屋谷附近,飘积雪在天沟处堆积较厚[图2-1(b)]。
(二)屋面坡度对积雪的影响
屋面雪荷载分布与屋面坡度密切干系,一样平常随坡度的增加而减小,紧张缘故原由是风的浸染和雪滑移所致。
当风吹过双坡屋面时,迎风面因“爬坡风”效应风速增大,吹走部分积雪。坡度越陡这种效应越明显。而背风面风速降落,迎风面吹来的雪每每在背风一侧屋面上飘积,引起屋面不平衡雪荷载。当双坡屋面一侧受太阳辐射而使靠近屋面层的积雪融化,这一侧的积雪会发生滑落,背阴的一侧屋面上积雪温度低不易融化,也会形成一坡有雪,另一坡完备滑落的不平衡雪荷载,构造设计时均应加以考虑。荷载规范规定,对双坡屋面需考虑雪荷载均匀分布和不屈均分布两种情形。
屋面积雪分布系数应根据不同类别的屋面形式,按表2-2采取。
(三)分外的雪荷载
分外的雪荷载紧张指对构造的安全及利用影响较大的雪加雨荷载、积水荷载和结冰荷载等。
1.雪加雨荷载
寒冷地区的积雪常日要从冬季延续到次年初春,这期间可能遇上下雨,大雨产生的屋面短韶光附加荷载有可能很大,其大小取决于下雨的持续韶光、雨量、当时的气温以及积雪厚度和屋面的排水性能等。当气温较低时,雨水就可能永劫光积聚在屋面积雪中。美国荷载规范建议在积雪期间可能涌现雨水的地区,屋面雪荷载应考虑增加适当的雪加雨附加荷载。个中规定:对屋面坡度小于1/24的房屋取附加荷载为240Pa,屋面坡度大于1/24的房屋可不考虑增加。
2.积水荷载和结冰荷载
平屋面或坡度很小(小于10°)的自然排水屋面,建成后可能会有一些不易排水的低洼区。融化后的雪水将在这些区域积聚,形成局部的积水荷载。在寒冷地区,融化的雪水可能重新冻结,堵塞屋面排水,从而形成局部的屋面冰层,尤其在檐口及天沟处可能形成较大的结冰荷载,这些部位会产生冻胀变形,如果屋面构造不具备足够的刚度以抵抗这种变形,变形会不断增加,从而形成较深的积水。
这种局部的积水荷载和由其引起的变形会交替增加,终极可能导致构造毁坏。
设计职员应尽可能选择合理的排水坡度和屋面排水举动步伐,以担保足够的构造刚度,减少屋面积水的可能性。设计时还应考虑雪荷载浸染下屋面构造变形这一成分。
关于分外雪荷载如何考虑,目前我国荷载规范还没有规定,设计者应根据实际情形考虑这一问题。
设计建筑构造及屋面的承重构件时,屋面板和檩条按积雪不屈均分布的最不利情形采取;屋架和拱壳应分别按全跨积雪的均匀分布、不屈均分布和半跨积雪的均匀分布按最不利情形采取;框架和柱可按全跨积雪的均匀分布情形采取。
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