Nyckelpunkter i snötålig design av portalhus i stålstomme

Lätt ståltak

Portal ramstruktur

Specifikationer

Historiskt snöfall

Nyckelpunkter i utformningen av portalram lättviktshus stålkonstruktioner när det gäller snömotstånd

Snödensitet och vindblåsta snöeffekter

Hur man beräknar snölasten för stålkonstruktionen i portalramens lättviktshus

Lätt ståltak

Lätt ståltak

&
Lätt ståltaksystem

• Lätt ståltak avser ett taksystem där takpanelerna är lätta (profilerade stålpaneler eller lättviktssandwichpaneler) och vanligtvis fästs i rälsen med självgängande skruvar.

• Delätt ståltaksystemär uppburen på balkar eller fackverk av massiv banstål. Fackverken är i form av trianglar, trapetser, fusiformar, treledade fackverk etc. och kan vara gjorda av tunnväggigt vinkelstål, runda rör, fyrkantsrör etc. Eftersom bearbetningen och tillverkningen är mer omständlig gör de har successivt ersatts av balkar av massiv banstål. De vertikala spänningsbärande elementen kan vara stålpelare eller betongpelare. Den vanligaste strukturella formen av envånings fabriksbyggnader ärportalramdär stålbalkar och stålpelare är fast integrerade.

Portal ramstruktur

Övergripande stabilitet
&
Stödsystem

• Eftersom portalramstrukturen har liten böjstyvhet, vridstyvhet och svag total styvhet, måste den övergripande stabiliteten hos det strukturella systemet beaktas fullt ut under konstruktionen.

• Detta kräver att man under konstruktionen uppmärksammar arrangemanget av det strukturella stödsystemet och hörnstöden för att säkerställa att varje temperaturzon kan utrustas med ett stödsystem som självständigt utgör en rumsligt stabil struktur.

Specifikationer

《Tekniska specifikationer för stålkonstruktioner i lättviktshus med portalram express
(hädanefter kallad "Specifikationerna uttryckliga )

• Enligt 《Technical Specifications for Steel Structures of Portal Frame Lightweight Houses express GB51022-2015 (hädanefter kallade 《Specifications express ), är "Portal Type Frame Lightweight Houses"enplanshus av stålkonstruktioner. Husets höjd får inte vara större än 18m, och husets höjd-breddförhållande ska vara mindre än 1. En fast ram med variabel sektion eller lika sektion ska användas. Kapslingssystemet ska ha lätta ståltak och lätta ytterväggar (ibland används även icke-inbäddade murade väggar). Lyftkapaciteten ska ställas in. Lätt och mellanliggande traverskranar eller hängkranar som inte överstiger 20 ton.

• För liknande byggnader med en hushöjd som överstiger 18m, kan komponenternas hållfasthets- och stabilitetsdesign hänvisas till "Specifikationer uttryckligen".

Historiskt snöfall 

Omfattningen av snöfall i Hebei 2023 översteg tidigare år. En stor mängd snö föll på kort tid, vilket ledde till att en del kollapsadelätta stålkonstruktioner fabriksbyggnadersom inte lyckades röja snön i tid och ett stort antal hus deformerades och skadades. Efter undersökning visade det sig att de rasade byggnaderna i princip var fabriksbyggnader av lätt stålkonstruktion som designades och byggdes tidigare. De nydesignade lätta stålkonstruktionerna skadades relativt lätt.

Nyckelpunkter i utformningen av portalram lättviktshus stålkonstruktioner när det gäller snömotstånd

1. Öka konstruktionssnölastvärdet på lämpligt sätt

• Stålkonstruktionstaket på lättviktshuset av portalstålram är lätt i vikt och är en struktur som är känslig för snöbelastning.

• Snölast är ofta en kontrolllast. Vid extrem snöbelastning är det lätt att orsaka totala strukturella skador, med särskilt allvarliga konsekvenser. Grundsnötrycket bör ökas på lämpligt sätt.

• Enligt den nuvarande nationella standarden 《Load Code for Building Structures express GB-50009 ska konstruktioner som är känsliga för snölaster använda snötryck med en återgångstid på 100 år.

• Cangzhou City-området är 0.2KN/㎡ (20 kilogram per kvadratmeter). För byggnader med utvändiga rännor eller räcken som är svåra att röja snö bör det dimensionerande snölastvärdet höjas på lämpligt sätt utifrån detta.

2. Anta en takform som kan minska lokal snöansamling

Enkelt eller dubbelt tak

&

Mindre taklutning

• För att minska olyckor med snökatastrofer,lätt stålkonstruktionhus bör anta formen av enkel- eller dubbellutande tak för att undvika storskaliga snöområden i mitten.

• För tak med hög och låg spännvidd bör en mindre taklutning användas för att förhindra att snö på höga tak driver för mycket till låga tak, vilket leder till överdriven lokal ansamling.

• Installera eller minska inte bröstvärn, takutsprång etc. för att minska riskerna med snöansamling.

3. Beräkningen bör beakta fördelningen av snötäcket

Huvudstruktur och omslag

&
Takpaneler och räfflor
&
Styv ram lutande balk

• Deportal stålramkonstruktionhar dålig överbelastningskapacitet. Vid utformning av huvudstrukturen och höljesstrukturen bör särskild uppmärksamhet ägnas åt snöbelastningen nära bröstvärnet, nära väggen i det bifogade huset, de höga och låga taken som bildas av höga och låga spännvidder och rännorna i hus med flera spann. .

• Vid utformningen av portalramen bör kraven i artiklarna 4.3.2 och 4.3.3 i "Specifikationerna uttryckliga" följas strikt, snöfördelningskoefficienten bör beaktas och snöansamlingen och drivlasterna bör beaktas.

• För takterrasser och räfflor bör snöfördelningskoefficienten antas baserat på det mest ogynnsamma fallet med ojämn snöfördelning.

• Styva ramlutande balkar bör omslutas i enlighet med den enhetliga fördelningen av snö över hela spännvidden, ojämn fördelning och enhetlig fördelning av snö över halva spännvidden.

 4. Minska på lämpligt sätt förhållandet mellan bredd och tjocklek för balk- och pelarflänsarna på portalstålramen

• Artikel 3.4.1 i 《Specifikationerna uttryckligen föreskriver att bland tryckplattorna på huvudramelementet får förhållandet mellan den fria förlängningsbredden av tryckflänsplattan på den I-formade tvärsektionsdelen och dess tjocklek inte vara större än 15εk (εk är korrigeringsfaktorn för stålkvalitet, dess värde är kvadratroten av förhållandet 235 till flytgränsvärdet i stålsorten).

• Artikel 3.4.3 föreskriver att när de kombinerade effekterna av seismiska aktioner styr utformningen av strukturen, bör förhållandet mellan den fria förlängningsbredden av kompressionsflänsplattan på det I-formade sektionselementet och dess tjocklek inte vara större än 13εk.

• Med tanke på den höga sannolikheten och den höga intensiteten för snöfall i området, rekommenderas att strukturen inte kontrolleras av en kombination av seismiska handlingar. Förhållandets bredd-till-tjockleksgräns påstålpelare och balkaranslutna till stålpelare (plastenergiförbrukningsområden) bör också baseras på 13εk (motsvarande krav på S3 nivå eller nivå 4 jordbävningsmotståndskrav) bör övervägas för att öka strukturens duktilitet och förhindra total kollaps av strukturen.

5. Konstruktionsbelastningen bör överväga att helt överhänga rännan

Snöansamling på taket
&
Is- och snölaster med hög densitet

• I kallt vinterväder kommer rännor att frysa på grund av dålig dränering, och snö från taket kommer också att samlas här.

• Konstruktionen bör fullt ut ta hänsyn till is- och snöbelastningen med hög densitet vid den yttre rännan, såväl som de möjliga dynamiska lasteffekterna under snöröjningsprocessen på taket.

6. Stålramsbalkar och pelare, och vindtåliga pelare kan utrustas med hörnstag för att förbättra strukturell stabilitet.

Montera hörnstag
&
Förbättra stabiliteten
&
Tänk på den laterala dragkraften som överförs av rälsen deformation

• Stålramkonstruktionens stabilitet utanför planet påverkar direkt strukturens bärförmåga. Hörnstag bör installeras i tryckområdena för de diagonala takbalkarna (vid takåsarna och flerspanns takåsar).

• Hörnstagen på båda sidorna kan reducera den ut-ur-planet beräknade längden av den lilla takets lutande balken och förbättra stabiliteten under förutsättningen att de uppfyller kraven för stödpunktspositionen och dess eget slankhetsförhållande.

• På liknande sätt är insättning av hörnstag på stålrampelare och vindtåliga pelare också en effektiv åtgärd för att förbättra strukturens totala stabilitet.

• Det bör noteras här att hörnstagen anordnade på ena sidan av sidospannet fullt ut bör ta hänsyn till inverkan av den laterala dragkraften som överförs av deformationen av rälsen.

7. Ange kraven på tjocklek och hållfasthettakpaneler

• Om tjockleken eller styrkan på takpanelen inte uppfyller kraven, under inverkan av snöbelastning, kommer det att orsaka överdriven deformation av den takprofilerade stålplåten, spänne urkoppling, tätningssprickor, etc., vilket resulterar i läckage.

• Artikel 11.1.4 i 《Specifikationerna uttryckligen föreskriver att de mekaniska egenskaperna hos underlaget för tak och väggpaneler med färgbelagda profilerade stålplåtar ska uppfylla kraven i den gällande nationella standarden 《Contoured Steel Plates for Construction express GB/T 12755 , och sträckgränsen för substraten bör inte vara mindre än 350N/mm², och sträckgränsen för snäppanslutningsplattans substrat bör inte vara mindre än 500N/mm². Detta bör tydliggöras i designdokumenten.

8. Det grundläggande vindtrycket bör förstärkas med 1,1 gånger, och vindlastförstärkningsfaktorn bör uppfylla kraven i 《General Specifications for Engineering Structures express GB55001-2021

• I snöstorm är kombinationen av vind- och snöbelastningar samtidigt ett strängare test för strukturell säkerhet. Rätt värde på vindlast är avgörande.

• μw i beräkningsformeln för standardvärdet för vindlast i artikel 4.2.1 i 《Specifications express kallas vindlastkoefficient, vilket skiljer sig från vindlastbärartypskoefficienten μs i 《Bygningskonstruktionslastspecifikationer uttrycker GB{ {3}}.

• DeStål strukturav portalramens lätta hus är en struktur som är relativt känslig för vindbelastningar. Därför, vid beräkning av huvudstålramen, är koefficienten 1,1 en lämplig ökning av grundvindtrycket, inte en vindlastförstärkningsfaktor. Enligt "Allmänna specifikationer för tekniska strukturer uttryckligen" föreskriver artikel 4.6.5 i GB55001-2012 att en vindlastförstärkningsfaktor på inte mindre än 1,2 bör beaktas för den huvudsakliga spänningsbärande strukturen.

• 《Specifikationerna uttrycker inte parapetens vindbelastningskoefficient. Under konstruktionen kan värdet bestämmas enligt motsvarande vindlastformskoefficient i《Bygningsstrukturella lastspecifikationer uttrycker GB50009-2012. Vindlastberäkningen av den styva dörrkonstruktionen med högre bröstvärn bör baseras på 《Specifikationer uttryckliga och 《Byggnadskonstruktionsbelastningsspecifikationer uttrycker envelopdesign.

9. Takstolpar är försedda med dubbelskiktsstag

huvudram av stål
&
bröstvärn

• För att förhindra att rälsen blir instabil bör hängslen och hängslen mellan rälsen placeras vid de tryckbärande delarna av rälsen.

• På grund av trycket på den övre delen av rälsen under kombinationen egenlast och levande last. Den nedre delen av spetsen komprimeras under kombinationen av egen- och vindlast. Dessa två arbetsförhållanden måste beaktas samtidigt, så ett dubbellagers bindsystem bör användas.

• När den nedre flänsen av rälsen är ansluten till en foderbräda, kan foderbrädan ersätta funktionen hos det nedre stagsystemet, och endast det övre stagsystemet kan tillhandahållas.

• Förutom att effektivt öka stabiliteten utanför planet hos rälsen, är dubbla lagerstag också fördelaktiga för korrigering och återhämtning av deformerade räfflor efter snökatastrofer.

10. Ange krav på snabb snöröjning under användning. Snösmältningsdesign eller snöröjningssäkerhet rekommenderas

Rensa snö omgående
&
Husuppvärmning
&
Fästanordningar för säkerhetsrep

• Snötätheten kan grovt beräknas till 150㎏/m³. Baserat på det grundläggande snötrycket på 60㎏/㎡ som förekommer en gång på hundra år i området, är designsnötjockleken 40㎝.

• Med tanke på takets stabilitet och ekonomi är taklutningen på portalstålramen i allmänhet svag (1/8~1/20), så även snön på det fritt dränerande taket är inte lätt att glida av naturligt.

• När snöansamlingen på taket är större än den planerade tjockleken uppstår säkerhetsrisker. Därför bör designenheten tillhandahålla snabba snöröjningskrav i designdokumenten baserat på de faktiska förhållandena i projektet.

• Husuppvärmning kan effektivt minska snötjockleken, eller riktad snösmältningsdesign kan utföras i nyckelområden som rännor, så att smält snövatten kan dräneras smidigt och lokal isansamling kan minskas.

• Takdesignen bör i förväg beakta monteringsmöjligheterna för säkerhetslinor vid manuell snöröjning.

11. Försiktighetsåtgärder för konstruktion och användning

Kvalitetssäkring
&
Säkerhetsmedvetande

Under byggprocessen bör kvaliteten på tillverkning och installation av komponenter säkerställas för att undvika försämring av strukturella prestanda på grund av felaktig konstruktion. Under användning bör användarna öka säkerhetsmedvetenheten och undvika överdriven snöansamling på taket eller andra aktiviteter som kan orsaka skador på strukturen.

Snödensitet och vindblåsta snöeffekter

1. Snötäthet

Definition
&
Omfång av förändring
&
Betydelse
&
Mätmetoder

• Definition:Med snötäthet avses vattenhalten per volymenhet i snölagret på marken, vanligtvis i gram/kubikcentimeter.

• Omfattning av förändring:Snötätheten varierar kraftigt. Tätheten av nyfallen mjuk snö är låg, kanske bara {{0}}.04-0.1 g/kubikcentimeter, medan densiteten av snö under smältning kan nå 0.{ {4}},7 g/kubikcentimeter. Den genomsnittliga snötätheten är ungefär mellan 0.2-0,25 g/kubikcentimeter.

• Betydelse:Snötäthet är en viktig fysisk parameter, som har stor betydelse för vattenbalansforskning i snötäckta områden, simulering av avrinning av snösmältning, lavinprognoser och beräkning av snölaster påbyggnader. Samtidigt kommer förståelsen av den spatiotemporala fördelningen av snötäthet att hjälpa till att studera den spatiotemporala fördelningen och det rationella utnyttjandet av snövattenresurser.

• Mätningsmetod:Det finns två vanliga metoder för att mäta snötäthet: vägningsmetod och sidovolym av smält snövatten.

2. Vind- och snöeffekt

Definition

&

Formationsprocess

&

Faror

• Definition:Vindblåst snö hänvisar till naturfenomenet med starka vindar som bär snö, även känt som vind-snöflöde. Det är en relativt komplex specialvätska som är mycket skadlig. Beroende på intensiteten och andra aspekter kan den delas in i tre kategorier: lågblåsande vind, högblåsande vind och snöstorm.

• Formationsprocess:Bildandet av vindblåst snö är relaterat till startvindhastigheten och snötransporten. Startvindhastighet avser den kritiska vindhastighet som gör att snöpartiklar börjar springa, och är relaterad till densiteten, partikelstorleken, snöns viskositetskoefficient och yttre förhållanden som solstrålning, temperatur, markens ojämnhet etc. När vindhastigheten når startvindhastigheten kommer luftflödet att bilda en grupp små virvlar i horisontella och vertikala riktningar längs snöytan, plocka upp snöpartiklarna och köra dem i olika former på marken eller i det marknära luftlagret.

• Faror:Vindblåst snö har en omfördelningseffekt på naturligt snöpack och kan skapa ett lager av snö som är tjockare än naturligt snöpack. Samtidigt kan vindblåst snö också orsaka katastrofer i jordbruksområden, som att transportera stora mängder snö från jordbruksmark och betesmarker till andra platser, vilket påverkar jordbruksmark som behöver snö för att lagra vatten och skydda grödans fukt.

Kort sagt, den höga tätheten av snö och förekomsten av vindblåst snöeffekt är båda snörelaterade klimatfenomen, som har en viss påverkan på miljön och mänskliga aktiviteter. På vintern, särskilt i områden med kraftigt snöfall, är det nödvändigt att uppmärksamma förändringarna i dessa fenomen och deras möjliga effekter.

Hur man beräknar snölasten för stålkonstruktionen i portalramens lättviktshus

Vid beräkning av snölasten på stålkonstruktionen av enportalram lättviktshus, måste följande steg följas:

Bestäm grundläggande snötryck
&
Tänk på snöfördelningskoefficienten

&

Beräkna standardvärdet för snölast

&

Tänk på ansamling och smältning av snö

&

Bestäm snöbelastningar på konstruktionselement

1. Bestäm det grundläggande snötrycket:

Baserat på klimatförhållandena och historiska snöfallsdata i området, konsultera de lokala byggnadsstrukturens lastspecifikationer eller data från den meteorologiska avdelningen för att erhålla det grundläggande snötrycksvärdet i området.

2. Tänk på snöfördelningskoefficienten:

Enligt specifikationerna (som GB 50009-2012), överväg μr-taksnöfördelningskoefficienten. Denna koefficient återspeglar den ojämna fördelningen av snö på taket.

3. Beräkna standardvärdet för snölast:

Multiplicera det grundläggande snötrycket med snöfördelningskoefficienten för att få standardvärdet för snölast. Detta värde representerar vikten av snö per ytenhet.

4. Tänk på ansamling och smältning av snö:

I vissa områden, t.ex. platser med hög snötäthet eller där det finns en vindblåst snöeffekt, måste ytterligare hänsyn tas till ansamling och smältning av snö. 5. Inverkan på snölasten.

5. Bestäm snöbelastningar på konstruktionselement:

• Förtakpaneleroch räfflor beräknas snölasten vanligtvis utifrån det värsta scenariot för ojämn fördelning av snö.
• För takstolar och bågskal kan olika metoder för beräkning av snölast användas beroende på fördelningen av snö (som likformig fördelning överhela spannojämn fördelning och enhetlig fördelning över halva spannet).
• För ramar och pelare beräknas vanligtvis snölaster utifrån den likformiga fördelningen av snö över hela spännet.

6. Utför lastkombinationer:

Kombinera snölaster med andra typer av laster (såsom egenvikt, levande laster och vindlaster) för att bestämma den totala lasten på strukturen. Vanligtvis överlagras snölaster med andra typer av laster i proportioner eller faktorer.

Observera att stegen ovan endast ger ett grundläggande ramverk, och de specifika beräkningsmetoderna och parametervärdena kan variera beroende på region, byggnadstyp och designkrav.
Därför, i faktiska beräkningar, rekommenderas det att hänvisa till lokala byggnadsstrukturbelastningskoder och designmanualer, eller konsultera en professionell byggnadsingenjör för vägledning och hjälp.