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1、目 录 目 录1建筑结构设计施工中雪荷载分析及灾害防治前言重力荷载概述雪荷载概述3雪荷载设计取值分析42建筑结构雪荷载方案设计43加强监管，规范施工6参考文献10 / 建筑结构设计施工中雪荷载分析及灾害防治摘要：通过对专业课程的系统学习，对结构荷载有了一定感悟，本文就此主要探讨了建筑结构设计雪荷载的取值问题，分析了屋面高差、屋顶坡度、屋面温度、屋面形状、局部风速等因素对雪荷载的影响，提出了建筑结构雪荷载优化设计方法，通过加强施工监管等预防、降低雪灾工程事故的发生.关键词：雪荷载;防灾；结构；设计；施工前言工程是指用石材、砖、砂浆、水泥、混凝土、钢材、钢筋混凝土、木材、塑料、铝合金等建筑材料修建
2、的房屋、铁路、道路、桥梁、隧道、运河、堤坝、港口、塔架等工程设施。结构是指由若干构件连接而成的能够承受作用的平面或空间体系。工程结构就是能为人们的“衣、食、住、行”提供各种活动所需要的、功能良好、舒适美观的空间和通道，并具有承受其使用过程中可能出现的各种环境作用而满足安全、适用、耐久的功能。进行工程结构设计的目的就是要保证结构具有足够的抵抗自然界各种作用的能力，满足各种预定的功能要求。设计的结构和结构构件在规定的使用年限内，在正常的维护条件下，应能保持其使用功能，而不需大修加固.为使工程结构在规定的使用年限内具有足够的可靠度，结构设计的第一步就是要确定结构上的作用(类型和大小）。 作用就其形式
3、而言，可分为以下两类。(） 直接作用。当以力的形式作用于结构上时，称为直接作用，习惯上称为荷载.例如由于地球引力而作用在结构上的结构自重,人群、家具、设备、车辆等重力,以及雪压力、土压力、水压力等。（2)间接作用。当以变形的形式作用于结构上时,称为间接作用。例如基础沉降引起结构外加变形;材料收缩和徐变或温度变化引起结构约束变形；由于地震造成地面运动,致使结构产生惯性力等。作用按时间不同可分为以下 3 类。(）永久作用.在结构使用年限内，其值不随时间变化,或其变化的量值相对于平均荷载与结构设计方法值而言可以忽略不计，或其变化是单调的并能趋于限值的作用。例如结构自重，随时间单调变化而能趋于限值的土
4、压力、预应力,水位不变的水压力，在若干年内基本上完成的混凝土收缩和徐变、基础不均匀沉降等均可列为永久作用.(2)可变作用。在结构使用年限内，其值随时间变化，且其变化的量值与平均值不可忽略不计的作用。例如楼面活荷载，车辆、人群、设备重力，车辆冲击力和制动力，风荷载,雪荷载，波浪荷载，水位变化的水压力,温度变化等均属可变作用。() 偶然作用。在结构使用年限内不一定出现，但一旦出现，其值很大且持续时间很短的作用。例如地震作用、爆炸力等均属偶然作用。随时间变异的作用分类是结构作用的基本分类,应用非常广泛。在分析结构可靠度时,它直接关系到作用概率模型的选择;在按各类极限状态设计时，它关系到荷载代表值及其
5、效应组合形式的选择。如可变作用的变异性比永久作用的变异性大,可变作用的相对取值应比永久作用的相对取值大;偶然作用出现的概率小，结构抵抗偶然作用的可靠度可比抵抗永久作用的可靠度小.永久荷载和可变荷载类同于以往所谓的恒荷载和活荷载,而偶然荷载也相当于特殊荷载。作用按空间位置不同可分为以下两类。（1） 固定作用。在结构空间位置上具有固定不变的分布,但其量值可能具有随机性。例如固定设备荷载、屋顶水箱重量等。（） 自由作用。在结构空间位置上一定范围内可以任意分布，出现的位置和量值都可能是随机的.例如车辆荷载、吊车荷载等。由于自由作用是可以任意分布的，结构设计时应考虑其位置变化在结构上引起的最不利效应分布
6、。作用按结构反应不同可分为以下两类。(1)静态作用。不使结构或结构构件产生加速或产生的加速度很小可以忽略不计的作用。例如结构自重、楼面上人员荷载、雪荷载、土压力等。（2） 动态作用。使结构或结构构件产生不可忽略的加速度的作用.例如地震作用、吊车荷载、设备振动、作用在高耸结构上的风荷载、打桩冲击等。在进行结构分析时，对于动态作用应当考虑其动力效应，用结构动力学方法进行分析；或采用乘以动力系数的简化方法，将动态作用转换为等效静态工程结构设计的目的在于保证设计结构和结构构件在施工和使用过程中能满足预期的安全性和使用性能要求.早期的工程结构中，保证结构安全主要依赖经验。随着科学的发展和技术的进步，工程
7、结构设计理论经历了从弹性理论到极限状态理论的转变,设计方法经历了从定值法到概率法的发展。我国的工程结构方法经历了容许应力设计法、破损阶段设计法、多系数极限状态设计法和概率极限状态设计法4个阶段。 破损阶段理论仍存在一些重大缺点:破损阶段计算,构件的承载力是得以保证，但却无法了解构件在正常使用时能否满足正常使用要求。安全系数 的取值仍须经验确定,并无严格的科学依据。采用笼统的单一安全系数，无法就不同荷载、不同材料结构件安全的影响加以区别对待，不能正确地度量结构的安全度。荷载i q 的取值仍然也是经验值;表达式中采用的材料强度是平均值，它不能正确反映材料强度的变异程度,显然也是不够合理的。概率极限
8、状态设计法是以概率理论为基础，将作用效应和影响结构抗力的主要因素作为随机变量，根据统计分析确定可靠概率来度量结构可靠性的结构设计方法。其特点是有明确的、用概率尺度表达的结构可靠度的定义,通过预先规定的可靠指标值，使结构各构件间，以及不同材料组成的结构之间有较为一致的可靠度水平。国际上把处理可靠度的精确程度分为3个水准。重力荷载概述 地球上一定高度范围内的物体均会受到地球引力的作用而产生重力，该重力导致的荷载则称为重力荷载,主要包括结构自重、土的自重、雪荷载、车辆重力、屋面和楼面活荷载等。基本雪压的取值原则根据当地气象台（站）观察并收集的每年最大雪压，经统计得出的5年一遇的最大雪压（重现期为50
9、 年的最大雪压)，即为当地的基本雪压.在确定雪压时,观察并收集雪压的场地应符合下列要求。(1)观察场地周围的地形为空旷平坦.（2)积雪的分布保持均匀。(3） 设计项目地点应在观察场地的范围内，或它们具有相同的地形。雪压是指单位水平面积上的雪重，决定雪压值大小的是积雪深度与积雪密度,因此年最大雪压S（kN/m2）可按下式确定:S = h g土是由土颗粒、水和气所组成的三相非连续介质。若把土体简化为连续体，则应用连续介质力学（例如弹性力学）来研究土中应力的分布。在计算土中应力时,通常将土体视为均匀连续的弹性介质。假设天然地面是一个无限大的水平面，土体在自重作用下只产生竖向变形,而无侧向变形和剪切变
10、形,因此在任意竖直面和水平面均无剪应力存在.土中任意截面都包括土体骨架的面积和孔隙的面积，地基应力计算时只考虑土中某单位上的平均应力.实际上，只有通过颗粒接触点传递的粒间应力才能使土粒彼此挤紧,引起土体变形。因此粒间应力是影响土体强度的重要因素,粒间应力又被称为有效应力。若土层天然重度为 ,土体因自身重量产生的竖向应力可取该截面上单位面积的土柱体的重力。可变荷载的组合值按其定义是指该荷载与主导荷载组合后取值的超越概率与该荷载单独出现时取值的超越概率相一致的原则确定。屋面积雪分布系数基本雪压是针对平坦的地面上积雪荷载定义的,屋面的雪荷载由于多种因素的影响，往往与地面雪荷载不同。造成屋面积雪与地面
11、积雪不同的主要原因有:屋面形式、朝向、屋面散热及风力等.1.风对屋面积雪的影响下雪过程中，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邻近较低的物体上，这种影响称为风对雪的飘积作用.当风速较大或房屋处于暴风位置时，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）屋面上的雪压一般比邻近地面上的雪压小.如果用平屋面上的雪压值与地面上的雪压值之比e 来衡量风的飘积作用大小,则e 值的大小与房屋的暴风情况及风速的大小有关,风速越大，e 越小(小于1）。加拿大的研究表明，对避风较好的房屋e 取0。；对周围无挡风障碍物的房屋取。6;对完全暴风的房屋e 取0。3。对于高低跨
12、屋面或带天窗屋面，由于风对雪的飘积作用，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.有时这种积雪非常严重，最大可出现 倍于地面积雪的情况。低屋面上这种飘积雪大小及其分布情况与高低屋面上的高差有关。由于高低跨屋面交接处存在风涡作用，积雪多按曲线分布堆积(图2。3）。对于多跨屋面，屋谷附近区域的积雪比屋脊区大，其原因之一是风作用下的雪飘积，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. 雪荷载概述雪荷载对生产生活有重大影响,在我国寒冷地区及其他大雪地区，因雪荷载导致屋面结构以及整个结构破环的事例时有发生。气候反常事件增多，尤其是大跨度结构以及轻型屋盖对雪荷载
13、更为敏感，给国家经济和人民生活遭受巨大损害。4年1月3日至1日，山东省威海市持续遭遇特大暴风雪袭击,倒塌、损害各类工/企业用房26万平方米，倒塌民房117间，直接经济损失1亿元。2年1月以来，我国南方遭遇了近半个世纪以来罕见的特大冰雪灾害。此次受灾面积广，持续时间长，经济损失大，初步估计,雪灾造成湖南、湖北、贵州、安徽等0省区3 27万人受灾，倒塌房屋3.1万间，直接经济损失6.3亿元。20年1月下旬，黑龙江省牡丹江市突降暴雪,降雪量达36毫米创十多年来降雪量新高。此次雪灾共造成西安区17个蔬菜大棚被积雪压塌，5个蔬菜大棚被损坏，牛棚倒塌头肉牛死亡,受损面积达9456平方米，直接经济损失200
14、多万元。大灾之后，人们需要深刻反思，查找灾害原因，以免重蹈覆辙。冰雪天气固然是造成建筑结构破坏的直接原因,但还存在着一些建筑结构设计与施工问题,如雪荷载分析不足,结构计方案不合理，施工过程中不规范等，这些因素造成了我国南方建筑结构的重大冰雪灾事故.目前国内对建筑结构的雪荷载防灾能力方面的研究还很少,主要限于钢结构厂房雪荷载问题。1雪荷载设计取值分析建筑结构荷载由永久荷载、可变荷载和偶然荷载三部分组成。雪荷载是可变荷载中的一部分,也是房屋屋面的主要荷载之一，在结构使用期间，雪荷载数值随时间变化，而且变化值与平均值相比是不可以忽略的，同时,雪荷载还与结构形式、房屋朝向、采暖情况、当地风速、周围环境
15、以及地形地势等因素有关。如果对雪荷载掉以轻心会造成严重后果,尤其是一些轻钢屋盖、钢架、网架、穹顶、拱顶等结构。今年南方遭受了有史以来最大的暴风雪天气,大量轻钢结构厂房、仓库、民房及临时建筑物倒塌，事后调查统计这次雪灾建筑结构倒塌的部分原因与雪荷载设计不足有关,目前我国采用的是50年一遇的基本雪荷载设计标准值,基本上能够满足设计需要，但在大灾面前雪荷载标准数值偏低。山东省威海市已率先提高了国家制定的雪荷载设计标准值，由0.45KN提高至0.50KN/。我国南方地区空气湿润，气温稍低,多为湿雪,带冰淋，是重度最大的降雪，更有必要提高雪荷载标准值，特别是钢结构房屋,由于屋面承雪面积大,屋面材料和房屋
16、结构承压能力相对较弱,受持续暴雪倾压将可能产生房倒屋塌的严重后果,在经济允许前提下可提高雪荷载标准值，必要时提高到百年一遇的水准.2建筑结构雪荷载方案设计建筑屋顶坡度、屋面高差、多跨多坡屋面形式直接影响到建筑结构屋面的积雪分布，为了结构安全，提高防御能力，需要合理设计建筑结构方案，降低雪荷载影响。2.屋面坡度的积雪滑落效应屋面雪荷载与屋面坡度密切相关,一般随着坡度的增加而减小，主要是风的作用和雪滑移所致。加拿大对不同坡度屋面的雪滑移研究,当坡度大于10时就有可能产生滑移.屋面表面越光滑，坡度越大滑落的雪越多,使得屋面积雪越少，雪荷载越小.图是建筑荷载规范中单跨单坡屋面的积雪分布系数。当单跨单坡屋面坡度大于等于50时屋面的积雪很少，雪荷载可以忽略不计，屋面积雪分布系数为零。建
