拱形屋頂不平衡積雪荷載

雪荷載是房屋屋面的主要荷載之一，屬于結(jié)構(gòu)上的可變荷載。在我國(guó)寒冷地區(qū)及其他大雪地區(qū)，因雪荷載導(dǎo)致屋面結(jié)構(gòu)以及整個(gè)結(jié)構(gòu)破壞的事例時(shí)有發(fā)生（如下圖所示）。尤其是大跨度結(jié)構(gòu)以及輕型屋蓋對(duì)雪荷載更為敏感。因此，在有雪地區(qū)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮雪荷載的作用。

1. 基本雪壓

所謂雪壓是指單位水平面積上的積雪重量。

雪壓的計(jì)算公式：s＝rd

式中 s——雪壓（N/）

r——雪重度（N/）

d——雪深（m）

雪重度r是一個(gè)隨時(shí)間和空間變化的量，越靠近地面，雪的重度越大，雪深越大，下層的重度越大。

屋面水平投影面上的雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值，按下式計(jì)算：

——雪荷載標(biāo)準(zhǔn)值（kN/）；
——屋面積雪分布系數(shù)；
——基本雪壓（kN/）；

基本雪壓（）是雪荷載的基準(zhǔn)壓力，一般按當(dāng)?shù)乜諘缙教沟孛嫔戏e雪自重的觀測(cè)數(shù)據(jù)，經(jīng)概率統(tǒng)計(jì)得出50年一遇很大值確定?？梢栽凇督ㄖY(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》附錄表D4中直接查出。

2.屋面的雪壓

影響屋面雪壓的因素有：風(fēng)、屋面形式、屋面散熱等。

1） 風(fēng)對(duì)屋面積雪的影響

風(fēng)對(duì)屋面積雪的影響:主要是由風(fēng)的漂積作用引起的。在下雪過(guò)程中，風(fēng)會(huì)把部分本將飄落在屋面上的雪積吹到附近的地面或其它較低的物體上，這種影響就叫風(fēng)的漂積作用。當(dāng)風(fēng)速較大或房屋處于曝風(fēng)位置時(shí)，部分已經(jīng)積在屋面上的雪會(huì)被風(fēng)吹走，從而導(dǎo)致平屋面或小坡度（坡度小于10度）屋面上的雪壓普遍比鄰近地面上的雪壓要小。在高低跨屋面的情況下，由于風(fēng)對(duì)雪的漂積作用，會(huì)將較高屋面的雪吹落在較低屋面上，在低屋面上形成局部較大的漂積荷載。對(duì)多坡度屋面及曲線型屋面，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大，其原因之一是作用下的雪漂積，屋脊區(qū)的部分積雪被風(fēng)吹在屋谷區(qū)內(nèi)。

對(duì)于高低跨屋面，由于風(fēng)對(duì)雪的漂積作用，會(huì)將較高屋面的雪吹落在較低屋面上，在低屋面上形成局部較大的漂積荷載。蘇聯(lián)根據(jù)西伯利亞地區(qū)的屋面荷載的調(diào)查，對(duì)屋面積雪分布系數(shù)規(guī)定為

=2h/4.0

式中 h——屋面高低差，m；

——基本雪壓，kN/。

并規(guī)定積雪分布寬度=2h，但不小于5m，不大于10m。積雪按三角形分布，如圖所示。根據(jù)我國(guó)的積雪情況調(diào)查，高低屋面堆雪集中程度遠(yuǎn)小于西伯利亞地區(qū)，形成三角形分布的情況較小，一般高低屋面處存在風(fēng)渦作用，雪堆多形成曲線圖形的堆積情況。因此，我國(guó)規(guī)范將其簡(jiǎn)化為矩形分布的雪堆，對(duì)取平均值2．0，雪堆長(zhǎng)度2h不小于4 m。但不大于8 m。

對(duì)多跨坡屋面及曲線型屋面，屋谷附近區(qū)域的積雪比屋脊區(qū)大，也受風(fēng)作用下的雪漂積的影響，屋脊區(qū)的部分積雪被風(fēng)吹積在屋谷區(qū)內(nèi)，造成局部堆雪及局部滑雪。因而，對(duì)多跨坡屋面及曲線型屋面，風(fēng)作用除了使總的屋面積雪減少外，還會(huì)引起屋面的不平衡積雪荷載。

2）屋面坡度對(duì)積雪的影響

屋面雪荷載與屋面坡度密切相關(guān)，一般隨坡度的增加而減小，主要原因是風(fēng)的作用和雪滑移所致。

當(dāng)屋面坡度大于到某一角度時(shí)，積雪就會(huì)在屋面產(chǎn)生滑移或滑落，坡度越大滑落的雪越多。屋面表面的光滑程度對(duì)雪滑移的影響較大。雪滑移帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題是滑落的雪堆積在與坡屋面領(lǐng)接的較低屋面上。風(fēng)作用使總的屋面積雪減少，對(duì)雙坡屋面及曲線型屋面，還會(huì)引起屋面的不平衡積雪荷拱殼屋頂載。

3）屋面溫度對(duì)積雪的影響

屋面散發(fā)的熱量使部分積雪融化，同時(shí)也使雪滑移更易發(fā)生。

不連續(xù)加熱的屋面，加熱期融化的雪在不加熱期間可能重新凍結(jié)。在屋面較低處結(jié)成較厚的冰層，產(chǎn)生附加荷載。重新凍結(jié)的冰雪還會(huì)減低坡屋面上的雪滑移能力。融化后的雪水常常會(huì)在檐口處凍結(jié)為冰凌及冰壩。這一方面會(huì)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象；另一方面會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的荷載效應(yīng)。

我國(guó)南部氣候較暖，屋面積雪容易融化；北部寒潮風(fēng)較大，屋面積雪容易吹掉。與蘇聯(lián)、加拿大、北歐等國(guó)相比，積雪情況不甚嚴(yán)重．積雪期也較短。因此。我國(guó)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB50009-2001)根據(jù)以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO 4355及國(guó)外相關(guān)資料，對(duì)屋面積雪分布僅概括地規(guī)定了8種典型屋面積雪分布系數(shù)，見(jiàn)表2—3。其中大部分屋面都列出了積雪均勻分帶和不均勻分布兩種情況，后一種主要是考慮雪的滑移和堆積后的效應(yīng)。

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