大跨度钢结构屋面风雪荷载

前言

第1章绪论

1.1引言

1.2问题的提出

1.2.1大跨度钢结构风雪灾害调查分析

1.2.2基本雪压研究

1.2.3基本风压研究

1.2.4屋面积雪分布系数研究

1.2.5风、雪荷载组合研究

第2章风雪灾害调查分析

2.1引言

2.2风雪灾害概况

2.3事故原因分析

2.3.1荷载原因

2.3.2设计原因

2.3.3施工原因

2.3.4不正规的设计与施工

2.3.5使用及维护方面

2.4小结

第3章基本雪压的计算与分析

3.1引言

3.2结构作用类型及数学模型

3.2.1作用及作用效应的一般概念

3.2.2作用类型

3.2.3两种概率模型

3.2.4设计基准期内最大荷载的概率分布函数

3.2.5极值l型分布

3.2.6极值工型分布的常用参数估计方法

3.2.7样本序列出现特大值时参数的修改方法

3.2.8利用柯尔莫哥洛夫检验法对分布函数进行检验

3.3建立雪荷载统计模型及确定模型参数

3.3.1雪荷载调查概况与方法

3.3.2利用直方图确定雪荷载分布

3.3.3非参数检验

3.4计算结果与分析

3.4.1计算结果的比较

3.4.2矩法估计和Gumbel法估计的比较

3.5小结

第4章基本风压的计算与分析

4.1 引言

4.2风速资料数据及处理

4.2.1地面粗糙度等级的规定

4.2.2风速的高度换算

4.2.3观测资料时次订正

4.3基本风压的计算

4.3.1空气密度的计算

4.3.2最大风速的统计计算

4.3.3极值工型分布及参数估计

4.3.4极值Ⅲ型分布及参数估计

4.4计算结果优良性指标检验

4.5计算结果与分析

4.5.1用极值工型分布统计数值的计算结果分析

4.5.2用极值Ⅲ型分布统计数值的计算结果分析

4.5.3极值l型分布和极值Ⅲ型分布的对比分析

4.5.4极值Ⅲ型分布与规范的对比分析

4.6小结

第5章屋面积雪分布系数

5.1 引言

5.2风致积雪分析模型的建立

5.2.1流体的力学性质

5.2.2 FLUENT软件

5.2.3风雪效应湍流模型的建立

5.2.4风雪效应多相流模型的建立

5.2.5 FLUENT模型的各项参数设定

5.3单跨单坡屋面积雪分布系数研究

5.3.1单跨单坡屋面积雪调查分析

5.3.2单跨单坡屋面风致积雪模拟分析

5.3.3单跨单坡屋面积雪分布系数的确定

5.4单跨双坡屋面积雪分布系数研究

5.4.1调查分析

5.4.2单跨双坡屋面风致积雪模拟分析

5.4.3单跨双坡屋面积雪分布系数的确定

5.5拱形屋面积雪分布系数研究

5.5.1调查分析

5.5.2拱形屋面风致积雪模拟分析

5.5.3拱形屋面积雪分布系数的确定

5.6带天窗屋面积雪分布系数研究

5.6.1调查分析

5.6.2带天窗屋面风致积雪模拟分析

5.6.3带天窗屋面积雪分布系数的确定

5.7带天窗有挡风板屋面积雪分布系数研究

5.7.1调查分析

5.7.2带天窗有挡风板屋面风致积雪模拟分析

5.7.3带天窗有挡风板屋面积雪分布系数的确定

5.8多跨单坡屋面积雪分布系数研究

5.8.1调查分析

5.8.2多跨单坡屋面风致积雪模拟分析

5.8.3多跨单坡屋面积雪分布系数的确定

5.9双跨双坡屋面积雪分布系数研究

5.9.1调查分析

5.9.2双跨双坡屋面风致积雪模拟分析

5.9.3双跨双坡屋面积雪分布系数的确定

5.10双跨拱形屋面积雪分布系数研究

5.10.1调查分析

5.10.2双跨拱形屋面风致积雪模拟分析

5.10.3双跨拱形屋面积雪分布系数的确定

5.11高、低屋面积雪分布系数研究

5.11.1调查分析

5.11.2高、低屋面风致积雪模拟分析

5.11.3高、低屋面积雪分布系数的确定

5.12小结

第6章大跨度钢结构风雪荷载组合

6.1 引言

6.2荷载和抗力的统计分析

6.2.1荷载的统计分析

6.2.2荷载效应组合

6.2.3抗力的统计分析

6.3门式刚架轻钢结构构件可靠指标的计算

6.3.1极限状态方程

6.3.2可靠度计算

6.3.3计算方法

6.3.4计算结果

6.3.5永久荷载 雪荷载（G S）组合时可靠指标的分析

6.3.6平均可靠指标的分析

6.4小结

参考文献2100433B

《大跨度钢结构屋面风雪荷载》可供从事土木工程、力学等相关专业的广大科技人员以及各设计院与施工企业参考，也可作为上述专业研究生和高年级本科生的学习参考书。这是一部关于大跨度钢结构屋面风雪荷载的专著，本书系统地总结和阐述了作者在大跨度钢结构风雪灾害方面的主要研究成果。主要论述了大跨度钢结构屋面风雪荷载。第一章论述了大跨度钢结构发展现状和存在问题。第二章论述了大跨度钢结构风雪灾害调查分析。第三章论述了基本雪压的计算与分析。第四章论述了基本风压的计算与分析。第五章论述了屋面积雪分布系数。第六章论述了大跨度钢结构风雪荷载组合。

近年来，国内外发生了很多极端风雪天气下的大跨度屋盖结构破坏事故，研究极端条件下大跨度屋盖结构的风雪流作用及响应同时涉及风雪两相流运动机理、风致雪压计算、风雪流—结构耦合作用、大跨度结构抗倒塌性能等学科前沿问题，针对此，国内外研究目前尚未取得突破性进展。 本项目通过场地实测、试验和数值风洞模拟，研究了：大跨度屋盖在风雪流作用下的堆载特性、大跨度屋盖气动外形修正对等效风荷载的影响、风雪流数值模拟方法、大跨度屋盖结构与风雪流的耦合作用等四个方面的问题。基于48组模型试验，研究了常见建筑模型的屋盖积雪与周边积雪模式、模化雪荷载模型，并与现行国际雪荷载标准进行了比对分析；分析风雪堆积对屋面气动特性影响的不确定性，建立了雪颗粒不均匀堆积对屋盖三维形状修正的数据识别方法，分析了积雪对建筑绕流的干扰影响规律；确定了典型风雪场数值模拟优化参数构架，构建了三维脉动风雪场，提出了了基于CFD-DEM的风雪流数值模拟方法，该方法可考虑风雪耦合作用以及粒子之间的粘结、碰撞、分离滚动等；建立了基于RBF的雪相时变准稳态算法，该方法基于两相流稳态计算理论，建立了风雪相侵蚀插值算法与多阶段稳态逼近判断算法，解决了风雪相稳态时变模拟问题，相比瞬态算法大幅度提高了计算效率；揭示了积雪影响对大跨度屋盖结构流固耦合动力响应的影响规律。 通过本课题的研究,在风雪流实测试验、数值模拟、作用机理与结构响应等几个基础科学问题上取得重要进展，为大跨度屋盖结构抗风雪设计提供了理论支撑，提高了大跨度屋盖结构的抗风雪设计水平。 2100433B

大跨度钢结构屋盖广泛用于大型场、馆、交通建筑，现有研究主要集中在正常荷载作用下的结构设计、计算。近年来，国内外发生了很多在风雪流作用下的大跨度屋盖结构破坏事故。但是，研究极端条件特别是风雪流作用下大跨度屋盖结构的工作性能同时涉及风雪两相流运动机理、风致雪压计算、风雪流-结构耦合作用、大跨度结构抗倒塌性能等学科前沿问题，国内外在这些方面目前尚未取得突破性进展。 本项目拟通过试验和数值风洞模拟，构建考虑雪颗粒附着影响的风雪流壁面函数、风雪流颗粒运动的修正公式；提出积雪模化特征模型；构建风雪流三维数值脉动流场，提出典型屋盖积雪修形后的等效风荷载计算公式；建立结构-风雪流耦合作用计算参数框架，研究典型大跨度屋盖结构在风雪作用下的抗倒塌性能。 通过本课题的研究有望在相关学科前沿方向取得重要进展，为大跨度屋盖结构抗风雪设计提供理论支撑，提高结构抗风雪设计水平。

钢结构屋面

钢结构屋面技术性能如下：

⑴基板的屈服强度为280Mpa或350Mpa。

⑵镀锌量≥180g/m2。

⑶涂层厚≥20um。

⑷耐盐雾性能≥500h。

2、保温

钢结构屋顶保温隔热通常采用三种方法：

⑴室内喷涂阻燃聚氨脂。

⑵室内粘附硅酸岩棉。

⑶室内粘附聚苯乙烯泡沫

保温厚度一般采用1～5cm和8cm（东北地区）两种，可适应不同的自然环境对保温的要求。

3、采光

钢结构屋面的采光主要有两种作法：

⑴在拱形槽板的壳板上开口，代之以银河采光板。

⑵局部改变拱高，拱高变化处的竖立面用银河采光板封闭。采光出处的开口不预留，待结构完成后，用等离子切割机杂一结构上开孔。采光板安装完毕后，开孔处用密封胶封闭。采光处结构要加强。

4、通风帽

钢结构屋面顶部、设置通风帽，可满足各种室内各种通风要求。

500型通风器是依据AS2428.1-1993规范设计的，在龙卷风条件下，当风速为200公里/小时、雨量为200毫米/每小时时，通风器仍能正常完好运行，无损坏，漏雨现象。在龙卷风地区通风器需要特殊的加固措施。

5、节点

⑴钢结构屋面一般采用铰接，也可用固接。

⑵圈梁上需设置预埋件，其上焊通长布置的特种角钢。

⑶钢结构屋面拱脚与圈梁上角钢可采用栓接或自攻钉连接。

YJ3011型(原118型)、YJ4519型(原178型)和YT6118型(原238型)。

分别用于轧制银河屋顶拱型槽板。

YJ3011型机组可将600mm宽的彩色镀锌钢板卷材辊压成拱型槽板，该成型机所轧制的拱型板适用于薄板小跨度屋顶的辊压成型。

YJ3011机组主要技术参数：

机身规格：长8.5m、宽2.1m、高2.3m

自重：9t

动力：22kw

线速度：21m/min

适用最大跨度：36m

YJ4519机组可将914mm宽的彩色镀锌钢板卷材辊压成拱型槽板，该成型机所轧制的拱板适用于厚板大跨度钢结构屋面的辊压成型。

YJ4519机组主要技术参数：2100433B