计算雪漂载荷以及如何应用它们的演练和示例
屋顶设计通常会呈现大量的屋顶标高，很少会提供一个单一的屋顶高度. 因为这, 屋顶区域彼此之间较高和较低，并且容易积雪. 额外雪量, 或附加费, 可以而且将在这些领域对成员的设计产生巨大影响.
屋顶的几何形状和风向是导致积雪飘移的两个驱动因素. 导致积雪飘移的两个风向是 “迎风” 和 “下风”. 当风从较低海拔的屋顶向附近的墙壁吹雪时，迎风雪就会漂移, 高屋顶. 当风将积雪从高海拔的屋顶吹落到相邻的较低的屋顶上时，会发生背风飘雪. 见图 7-7 来自ASCE 7-10 下面简要描述:
假设我们的项目在麦迪逊, 威斯康星州，我们已经计算出平衡, 屋顶积雪 这里. 从我们的例子, 我们发现地面载荷和屋顶平顶雪载荷为 30 psf 和 21 psf, 分别. 有关如何计算建筑物的雪堆附加费的规定，请参见第节。 7.8 ASCE的 7-10.
我们的示例结构的屋顶有两个不同的屋顶高度，因此我们需要计算雪漂附加费并将其应用于我们的成员. 就我们而言, 我们的光束间隔为 10 脚.
数字 1: 我们的示例结构的等距视图
首先让我们收集有关我们结构的相关几何信息. 下托架和上托架的尺寸为 25 脚和 37 脚, 分别. 较低和较高的屋顶标高为 15 脚和 30 坡脚, 分别. 大多数几何值可以与变量关联. 让我们看一下此计算的所有相关变量.
\({p}_{G}\) =地面积雪
\({升}_{ü}\) =上屋顶的长度
\({升}_{升}\) =下屋顶的长度
\({H}_{d}\) =积雪的高度
\({w}\) =积雪的宽度
\({H}_{b}\) =平衡雪荷载的高度
\({H}_{C}\) =从平衡雪荷载的顶部到相邻屋顶的最近点的净高度
\({H}_{[R}\) =屋顶之间的高度差
\({p}_{s}\) =本章中的设计雪荷载 7
\({C}\) =雪密度
\({p}_{d}\) =积雪量
看一下图 7-8 来自ASCE 7-10 用于描述这些术语中的许多术语以及它们在视觉上代表的内容:
寻找雪漂移附加负荷
现在我们已经确定了什么是变量, 雪装载配置, 以及我们结构的几何约束, 让我们计算雪的飘移.
第一, 查找是否需要加载积雪, 对于ASCE 7.7-1:
如果 \({H}_{C}/{H}_{b} < 0.2\), 则不需要雪漂应用.
\({H}_{b} = {p}_{s}/{C}\), 哪里:
\({C} = 0.13{p}_{G} + 14 ≤ 30 pcf )
\({C} = 0.13*(30) + 14 = 17.9 pcf≤ 30 pcf \)
\({H}_{b} = {21 psf}/{17.9 pcf } = 1.17 ft\)
\({H}_{C} = {H}_{[R}-{H}_{b}\)
\({H}_{C} = 15 英尺 – 1.17 英尺= 13.8 ft\)
\({H}_{C}/{H}_{b} = 13.8 ft / 1.17ft = 11.8 > 0.2\) 因此, 积雪是必要的.
第二, 找到迎风方向和背风方向之间的最大漂移高度:
两个风向的漂移高度可以使用图7中的公式求出 7-9 ASCE的 7-10, 如下图所示:
\({H}_{d} = 3/4*(0.43({升}_{升})^{1/3}({p_g}+10)^{1/4}-1.5)\) 迎风漂流
\({H}_{d} = 0.43({升}_{ü})^{1/3}({p_g}+10)^{1/4}-1.5\) 背风漂移
迎风漂移高度:
\({H}_{d} = 3/4 *(0.43(25 英尺)^{1/3}(30 psf + 10)^{1/4}-1.5)\)
\({H}_{d} = 1.25 ft\)
背风漂移高度:
\({H}_{d} = 0.43(37 英尺)^{1/3}(30 psf + 10)^{1/4}-1.5\)
\({H}_{d} = 2.1 ft\)
设计时将使用迎风和背风之间的最大漂移高度, 因此:
\({H}_{d} = 2.1 ft\)
下一个, 找到雪漂附加费的宽度:
积雪的宽度, \({w}\), 取决于 \({H}_{C}\) 和 \({H}_{d}\)
每节 7.7.1,
如果 \({H}_{d} ≤ {H}_{C}\), 然后 \({w} = 4{H}_{d}\)
如果 \({H}_{d} > {H}_{C}\), 然后 \({w} = 4{H}_{d}^ 2 /{H}_{C}) 然后 \({H}_{d} = {H}_{C}\)
就我们而言, \({H}_{C} = 13.8 ft\) 和 \({H}_{d} = 2.1 ft\), 因此:
\({H}_{d} ≤ {H}_{C}\), 和
\({w} = 4*(2.1 英尺)\)
\({w} = 8.4 ft\)
注意, 对于ASCE 7-10 的 积雪宽度不得超过 \(8{H}_{C}\)
最后的, 计算雪漂附加费:
查找最大附加费, 将漂移高度乘以雪密度:
\({p}_{d} = {H}_{d}{C}\)
就我们而言,
\({p}_{d} = (2.1 英尺)*(17.9 pcf )\)
\({p}_{d} = 37.6 psf\)
然后将最大的雪漂移附加负荷叠加在平衡的雪负荷上:
\({p}_{最高} = {p}_{d}+{p}_{s}\)
\({p}_{最高} = 58.6 psf\)
施加降雪附加费
让我们看一下我们结构的中间框架. 光束在该平面上的分布面积为 10 ft因为常数 10 英尺束间距. 数字 2 下图显示了 21 psf应用于我们结构的屋顶. 注意, 所有值均未考虑, 服务负荷.
数字 2: 平衡雪荷载的典型荷载条件
现在, 让我们承担雪堆附加载荷并将其叠加在我们的结构上. 数字 3 描述正确位置上的附加漂移负载. 如你看到的, 我们的总雪量是 58.6 psf – 舍入到 59 psf – 位于墙壁的表面，然后线性减小 8.4 ft漂移宽度回到恒定的平衡雪荷载. 这种加载条件遵循壁的整个长度, 在我们的课程中, 结构的长度.
数字 3: 典型载荷工况服务水平下雪设计载荷
此时，雪荷载已准备好与其他荷载情况和基于ASCE的荷载组合一起进行分析 7-10 和其他相关的建筑法规. 请务必通读本章 7 ASCE的 7-10 有关部分雪荷载和不平衡雪荷载的后续规定的更多信息, 因为这里没有评估这些条件.
参考资料:
- 建筑物和其他结构的最低设计负荷. (2013). 轴/六 7-10. 美国土木工程师学会.
