中美规范关于钢结构厂房的荷载组合比较_郭玉
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1 IBC 2009 与《建筑结构荷载规范》的荷 载组合区别
1.1 IBC 2009 规 范 LR FD (Load and R esistance Factor Design)的荷载组合
⑴1.4(D+F) ⑵1.2(D+F+T)+1.6(L+H)+0.5(LrorSorR) ⑶1.2D+1.6(LrorSorR)+(f1Lor0.8W) ⑷1.2D+1.6W+f1L+0.5(LrorSorR) ⑸1.2D+1.0E+f1L+f2S ⑹0.9D+1.6W+1.6H ⑺0.9D+1.0E+1.6H D= 恒荷载 E= 地震荷载 F= 具有具体压力和最大高度的流体产生的压力 Fa= 洪水荷载 H= 侧面土压力或地下水压力或堆积材料产生的荷 载 L= 活荷载(不含屋面活荷载,包含经过许可的活荷 载折减) Lr= 屋面活荷载(包含经过许可的活荷载折减) R= 雨水荷载 S= 雪荷载 T= 由于温度变化,收缩,湿度变化,构件材料的蠕 变引起的收缩和膨胀而产生的约束力,不均匀沉降产生 的位移,或这些因素的总和。 W= 风荷载
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广东建材 2012 年第 1 期
勘察设计与装饰
2.4 计算结果对比分析
2.4.1 构件的强度、刚度和稳定性
IBC 规范:根据计算,梁柱和支撑的应力比均不超 过规范限值。右边柱的最大应力为 0.82,30m 跨度的变 截面钢梁 H(850~1000)×360 的应力比为 0.82。
中国规范:根据计算,梁柱和支撑的应力比均不超 过规范限值。右边柱的最大应力为 0.55,30m 跨度的变 截面钢梁 H(850~1000)×360 的应力比为 0.63。
本项目采用门式刚架体系,横向刚架采用变截面实
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勘察设计与装饰
广东建材 2012 年第 1 期
图 1 框架立面图
腹刚架(Q345A),梁柱刚接,柱脚与基础采用固结连接。 柱:边柱采用实腹式焊接变截面工字柱 H(400~800)× 400,中柱采用实腹式等截面钢柱 H400×380。梁:钢梁 均采用实腹式焊接变截面和等截面工字梁,最大截面为 H(850~1000)×360,最小截面为 H650×250。
2 工程实例计算
2.1 工程概况
某国外仓库项目,同时用 IBC 2009 和中国规范进 行工程设计。
工 程 简 介 : 建 筑 面 积 9072m2, 柱 距 9m, 跨 度 1@30m+2@24m+1@30m,檐高 9.06m,长 84m,宽 108m,(见 图 1 框架立面图)。
2.2 结构布置
在计算分析中考虑以下几个问题: ⑴横向刚架按二维平面建模分析。 ⑵由于此仓库柱距和跨度均较大,为增强横向刚 度,柱脚同基础固结。 ⑶恒向刚架单坡长度为 108m,考虑温度应力,本工 程考虑了温度变化 10 度。同时,在刚架中部设置了阶梯 节点,使屋面在此处分为 2 个高低屋面(高差 200mm), 以解决屋面板温度收缩问题。 ⑷IBC 规范的主要荷载组合: 1.4D 1.2(D+T)+0.5Lr 1.2D+1.6Lr 1.2D+1.6W+0.5Lr 0.9D+1.6W ⑸中国规范的主要荷载组合: 1.35 恒 +1.4×0.7 活 1.2 恒 +.4 活 1.0 恒 +1.4 活 1.2 恒 +1.4 风 1.0 恒 +1.4 风 1.2 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.0 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.2 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 1.0 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活
f1=1 当 楼 板 位 于 公 共 区 域 ; 当 活 荷 载 大 于 4.79KN/m2;当为停车场活荷载;
=0.5 当为其他活荷载; f2=0.7 当屋面结构(例如锯齿形的屋面)不能让雪 落下时; =0.2 当为其他屋面结构时;
1.2《建筑结构荷载规范》(GB50009- 2001)的荷 载组合
2.4.3 屋面檩条计算
载系数为 1.6,较中国规范的系数大。根据此组合计算 出来的屋面檩条和屋面钢梁更加不利,尤其是对于位于 沿海地区的门式轻钢厂房,风荷载较大,此组合往往起 控制作用。
同时,IBC 规范规定了刚架、屋面板和墙面板的最 小设计风压需不小于 0.45kN/m2。而根据中国规范的规 定,基本风压不得小于 0.3kN/m2。在这一点上,IBC 规范 较中国规范大,对结构计算,尤其是次结构计算有一定 的影响。
在满足建筑功能的前提下,在纵向均匀布置支撑, 其中边墙的支撑为双层角钢交叉支撑,中柱的支撑为门 型支撑,在柱间支撑的位置,屋面也相应布置了交叉支 撑,与柱间支撑形成一个完整的支撑体系。此结构布置 可保证结构在横向和纵向具有足够的刚度。
屋面采用直立缝卷板屋面板 +Z 型冷弯薄壁檩条 (Q345A,截面高度为 240mm,按连续檩条设计)。墙面采 用压型钢板 +Z 型冷弯薄壁连续墙梁(Q345A,截面高度 为 200mm,按连续墙筋设计)
广东建材 2012 年第 1 期
勘察设计与装饰
中美规范关于钢结构厂房的荷载组合比较
郭玉 [博思格建筑钢结构(广州)有限公司]
摘 要:本文介绍了美国 IBC 规范的荷载组合,并介绍在单层门式轻钢厂房设计中,主要考虑的荷
载和荷载组合,并与中国规范进行对比。
关键词: 钢结构厂房;规范;荷载组合
INTERNATIONAL BUILDING CODE(IBC)2009 作为国 际上的一种通用规范,越来越多的工程设计人员在工作 中接触到此规范,同时涉外工程经常要求运用美国 IBC 规范设计工程。本文拟针对荷载组合,将《建筑结构荷载 规范》(GB 50009-2001)(以下简称“中国规范”)和 IBC 规范进行比较,并作粗浅的分析。
2.4.2 结构的位移
IBC 规范:根据计算,在水平风荷载作用下,横向最 大柱顶水平位移为 H(=9.06m)/688,在恒荷载 + 活荷载 的作用下,屋面梁竖向最大位移为 L(=30m)/263,均满 足规范要求。
中国规范:根据计算,在水平风荷载作用下,横向最 大柱顶水平位移为 H(=9.06m)/676,在恒荷载 + 活荷载 的作用下,屋面梁竖向最大位移为 L(=30m)/355,均满 足规范要求。
IBC 规范:根据美国 COLD FORM 软件计算,边跨檩 3 结语
条最大应力比(设置上下 3 道拉条):0.95;中跨檩条最
本工程实例分析表明,在使用 IBC 规范设计国外
大应力比(设置上下 2 道拉条):0.90,均满足规范要求。 工程时,需注意国外规范的活荷载和风荷载的取值与中
中国规范:根据 STS 软件计算,边跨檩条最大应力比(设 国规范不同,荷载组合系数也不同,使用不同的规范计
根据荷载效应基本组合公式,在恒、活、风、地震作 用下结构构件承载力计算的组合式如下:
⑴1.35 恒 +1.4×0.7 活 1.2 恒 + 1.4 活 1.0 恒 +1.4 活 ⑵1.2 恒 +1.4 风 1.0 恒 +1.4 风 ⑶1.2 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.0 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 ⑷1.2 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 1.0 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 ⑸1.2(恒 +0.5 活)+1.3 地 1.0(恒 +0.5 活)+1.3 地
荷载可折减为 0.3Kpa,需考虑活荷载不利布置。 风荷载:1Kpa
2.3.3 计算方法
结构分析分别同时采用 STAAD.Pro 2007 软件和 STS 软件进行计算。采用 STAAD.Pro 2007 软件计算时, 按 AISC-LRFD 和 AISI 验算构件的强度、刚度、整体稳 定性和局部稳定性。采用 STS(2010)软件计算时,按《门 式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和《冷弯薄壁型钢结 构技术规范》验算构件的强度、刚度、整体稳定性和局部 稳定性。
⑴IBC 规范的活荷载的取值较中国规范大,同时 IBC 规范在考虑恒荷载和活荷载组合时,活荷载的荷载 系数为 1.6,较中国规范的系数大。
【参考文献】
[1]中华人民共和国国家标准 GB50009-2001-《建筑结构荷载规 范》 [2] 中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部 PKPM 2010 《STS 钢 结构 CAD 软件技术条件》 [3]《钢结构设计手册》编辑委员会 《钢结构设计手册》(第三版) 北京:中国建筑工业出版社,2003
2.3 设计分析计算
2.3.1 主要设计依据为
IBC 2009 (INTERNATIONAL BUILDING CODE)、AISC LRFD 和 AISI 2004.
中国规范:《建筑结构荷载规范》、《门式刚架轻型房 屋钢结构技术规程》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
2.3.2 设计荷载
IBC 规范: 屋面恒荷载:0.2Kpa 屋面附加荷载:0.3Kpa 屋面活荷载:0.96Kpa 刚架的屋面受荷面积 >56m2,根据 IBC 规范,屋面活 荷载可折减为 0.576Kpa,需考虑活荷载不利布置。 风荷载:1Kpa 此项目顾问公司明确要求不考虑地震荷载。 中国规范: 屋面恒荷载:0.2Kpa 屋面附加荷载:0.3Kpa 屋面活荷载:0.5Kpa 刚架的屋面受荷面积 >60m2,根据中国规范,屋面活
⑶当屋面采用彩钢板 + 实腹式檩条 (冷弯薄壁型 钢),使用 IBC 规范计算檩条时,在考虑 0.9D+1.6W 此 组合时,当附加荷载只作用于屋面钢梁时,或有些檩条 有可能没有附加荷载,恒荷载(D)只考虑屋面板 + 保温 棉 + 内衬板自重,不考虑其余附加荷载,根据此组合计 算出来的屋面檩条更加不利,也更加真实反映工程的实 际应用情况。而在中国规范,恒荷载往往包括屋面自重 和附加荷载,在与风荷载组合进行计算时,此取值较为 有利,未必能符合工程的实际应用情况。
置上下 3 道拉条):0.82;中跨檩条最大应力比(设置上 算出来了的结果也有一定的差别,不能简单地套用国内
下 2 道拉条):0.84,均满足规范要求。
规范来计算国外工程。●
2.5 IBCΒιβλιοθήκη Baidu规范与中国规范在荷载组合方面的几点
区别
根据上述工程实例计算,IBC 规范的计算结果与中 国规范有一定的差别,主要影响因素为:
⑵IBC 规范在考虑恒荷载和风荷载组合时,恒荷载 [4]International Code Council “INTERNATIONAL BUILDING
的荷载系数为 0.9,较中国规范的系数小;风荷载的荷 CODE 2009”
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1.1 IBC 2009 规 范 LR FD (Load and R esistance Factor Design)的荷载组合
⑴1.4(D+F) ⑵1.2(D+F+T)+1.6(L+H)+0.5(LrorSorR) ⑶1.2D+1.6(LrorSorR)+(f1Lor0.8W) ⑷1.2D+1.6W+f1L+0.5(LrorSorR) ⑸1.2D+1.0E+f1L+f2S ⑹0.9D+1.6W+1.6H ⑺0.9D+1.0E+1.6H D= 恒荷载 E= 地震荷载 F= 具有具体压力和最大高度的流体产生的压力 Fa= 洪水荷载 H= 侧面土压力或地下水压力或堆积材料产生的荷 载 L= 活荷载(不含屋面活荷载,包含经过许可的活荷 载折减) Lr= 屋面活荷载(包含经过许可的活荷载折减) R= 雨水荷载 S= 雪荷载 T= 由于温度变化,收缩,湿度变化,构件材料的蠕 变引起的收缩和膨胀而产生的约束力,不均匀沉降产生 的位移,或这些因素的总和。 W= 风荷载
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2.4 计算结果对比分析
2.4.1 构件的强度、刚度和稳定性
IBC 规范:根据计算,梁柱和支撑的应力比均不超 过规范限值。右边柱的最大应力为 0.82,30m 跨度的变 截面钢梁 H(850~1000)×360 的应力比为 0.82。
中国规范:根据计算,梁柱和支撑的应力比均不超 过规范限值。右边柱的最大应力为 0.55,30m 跨度的变 截面钢梁 H(850~1000)×360 的应力比为 0.63。
本项目采用门式刚架体系,横向刚架采用变截面实
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图 1 框架立面图
腹刚架(Q345A),梁柱刚接,柱脚与基础采用固结连接。 柱:边柱采用实腹式焊接变截面工字柱 H(400~800)× 400,中柱采用实腹式等截面钢柱 H400×380。梁:钢梁 均采用实腹式焊接变截面和等截面工字梁,最大截面为 H(850~1000)×360,最小截面为 H650×250。
2 工程实例计算
2.1 工程概况
某国外仓库项目,同时用 IBC 2009 和中国规范进 行工程设计。
工 程 简 介 : 建 筑 面 积 9072m2, 柱 距 9m, 跨 度 1@30m+2@24m+1@30m,檐高 9.06m,长 84m,宽 108m,(见 图 1 框架立面图)。
2.2 结构布置
在计算分析中考虑以下几个问题: ⑴横向刚架按二维平面建模分析。 ⑵由于此仓库柱距和跨度均较大,为增强横向刚 度,柱脚同基础固结。 ⑶恒向刚架单坡长度为 108m,考虑温度应力,本工 程考虑了温度变化 10 度。同时,在刚架中部设置了阶梯 节点,使屋面在此处分为 2 个高低屋面(高差 200mm), 以解决屋面板温度收缩问题。 ⑷IBC 规范的主要荷载组合: 1.4D 1.2(D+T)+0.5Lr 1.2D+1.6Lr 1.2D+1.6W+0.5Lr 0.9D+1.6W ⑸中国规范的主要荷载组合: 1.35 恒 +1.4×0.7 活 1.2 恒 +.4 活 1.0 恒 +1.4 活 1.2 恒 +1.4 风 1.0 恒 +1.4 风 1.2 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.0 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.2 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 1.0 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活
f1=1 当 楼 板 位 于 公 共 区 域 ; 当 活 荷 载 大 于 4.79KN/m2;当为停车场活荷载;
=0.5 当为其他活荷载; f2=0.7 当屋面结构(例如锯齿形的屋面)不能让雪 落下时; =0.2 当为其他屋面结构时;
1.2《建筑结构荷载规范》(GB50009- 2001)的荷 载组合
2.4.3 屋面檩条计算
载系数为 1.6,较中国规范的系数大。根据此组合计算 出来的屋面檩条和屋面钢梁更加不利,尤其是对于位于 沿海地区的门式轻钢厂房,风荷载较大,此组合往往起 控制作用。
同时,IBC 规范规定了刚架、屋面板和墙面板的最 小设计风压需不小于 0.45kN/m2。而根据中国规范的规 定,基本风压不得小于 0.3kN/m2。在这一点上,IBC 规范 较中国规范大,对结构计算,尤其是次结构计算有一定 的影响。
在满足建筑功能的前提下,在纵向均匀布置支撑, 其中边墙的支撑为双层角钢交叉支撑,中柱的支撑为门 型支撑,在柱间支撑的位置,屋面也相应布置了交叉支 撑,与柱间支撑形成一个完整的支撑体系。此结构布置 可保证结构在横向和纵向具有足够的刚度。
屋面采用直立缝卷板屋面板 +Z 型冷弯薄壁檩条 (Q345A,截面高度为 240mm,按连续檩条设计)。墙面采 用压型钢板 +Z 型冷弯薄壁连续墙梁(Q345A,截面高度 为 200mm,按连续墙筋设计)
广东建材 2012 年第 1 期
勘察设计与装饰
中美规范关于钢结构厂房的荷载组合比较
郭玉 [博思格建筑钢结构(广州)有限公司]
摘 要:本文介绍了美国 IBC 规范的荷载组合,并介绍在单层门式轻钢厂房设计中,主要考虑的荷
载和荷载组合,并与中国规范进行对比。
关键词: 钢结构厂房;规范;荷载组合
INTERNATIONAL BUILDING CODE(IBC)2009 作为国 际上的一种通用规范,越来越多的工程设计人员在工作 中接触到此规范,同时涉外工程经常要求运用美国 IBC 规范设计工程。本文拟针对荷载组合,将《建筑结构荷载 规范》(GB 50009-2001)(以下简称“中国规范”)和 IBC 规范进行比较,并作粗浅的分析。
2.4.2 结构的位移
IBC 规范:根据计算,在水平风荷载作用下,横向最 大柱顶水平位移为 H(=9.06m)/688,在恒荷载 + 活荷载 的作用下,屋面梁竖向最大位移为 L(=30m)/263,均满 足规范要求。
中国规范:根据计算,在水平风荷载作用下,横向最 大柱顶水平位移为 H(=9.06m)/676,在恒荷载 + 活荷载 的作用下,屋面梁竖向最大位移为 L(=30m)/355,均满 足规范要求。
IBC 规范:根据美国 COLD FORM 软件计算,边跨檩 3 结语
条最大应力比(设置上下 3 道拉条):0.95;中跨檩条最
本工程实例分析表明,在使用 IBC 规范设计国外
大应力比(设置上下 2 道拉条):0.90,均满足规范要求。 工程时,需注意国外规范的活荷载和风荷载的取值与中
中国规范:根据 STS 软件计算,边跨檩条最大应力比(设 国规范不同,荷载组合系数也不同,使用不同的规范计
根据荷载效应基本组合公式,在恒、活、风、地震作 用下结构构件承载力计算的组合式如下:
⑴1.35 恒 +1.4×0.7 活 1.2 恒 + 1.4 活 1.0 恒 +1.4 活 ⑵1.2 恒 +1.4 风 1.0 恒 +1.4 风 ⑶1.2 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 1.0 恒 +1.4 活 +0.6×1.4 风 ⑷1.2 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 1.0 恒 +1.4 风 +0.7×1.4 活 ⑸1.2(恒 +0.5 活)+1.3 地 1.0(恒 +0.5 活)+1.3 地
荷载可折减为 0.3Kpa,需考虑活荷载不利布置。 风荷载:1Kpa
2.3.3 计算方法
结构分析分别同时采用 STAAD.Pro 2007 软件和 STS 软件进行计算。采用 STAAD.Pro 2007 软件计算时, 按 AISC-LRFD 和 AISI 验算构件的强度、刚度、整体稳 定性和局部稳定性。采用 STS(2010)软件计算时,按《门 式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和《冷弯薄壁型钢结 构技术规范》验算构件的强度、刚度、整体稳定性和局部 稳定性。
⑴IBC 规范的活荷载的取值较中国规范大,同时 IBC 规范在考虑恒荷载和活荷载组合时,活荷载的荷载 系数为 1.6,较中国规范的系数大。
【参考文献】
[1]中华人民共和国国家标准 GB50009-2001-《建筑结构荷载规 范》 [2] 中国建筑科学研究院 PKPM CAD 工程部 PKPM 2010 《STS 钢 结构 CAD 软件技术条件》 [3]《钢结构设计手册》编辑委员会 《钢结构设计手册》(第三版) 北京:中国建筑工业出版社,2003
2.3 设计分析计算
2.3.1 主要设计依据为
IBC 2009 (INTERNATIONAL BUILDING CODE)、AISC LRFD 和 AISI 2004.
中国规范:《建筑结构荷载规范》、《门式刚架轻型房 屋钢结构技术规程》、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
2.3.2 设计荷载
IBC 规范: 屋面恒荷载:0.2Kpa 屋面附加荷载:0.3Kpa 屋面活荷载:0.96Kpa 刚架的屋面受荷面积 >56m2,根据 IBC 规范,屋面活 荷载可折减为 0.576Kpa,需考虑活荷载不利布置。 风荷载:1Kpa 此项目顾问公司明确要求不考虑地震荷载。 中国规范: 屋面恒荷载:0.2Kpa 屋面附加荷载:0.3Kpa 屋面活荷载:0.5Kpa 刚架的屋面受荷面积 >60m2,根据中国规范,屋面活
⑶当屋面采用彩钢板 + 实腹式檩条 (冷弯薄壁型 钢),使用 IBC 规范计算檩条时,在考虑 0.9D+1.6W 此 组合时,当附加荷载只作用于屋面钢梁时,或有些檩条 有可能没有附加荷载,恒荷载(D)只考虑屋面板 + 保温 棉 + 内衬板自重,不考虑其余附加荷载,根据此组合计 算出来的屋面檩条更加不利,也更加真实反映工程的实 际应用情况。而在中国规范,恒荷载往往包括屋面自重 和附加荷载,在与风荷载组合进行计算时,此取值较为 有利,未必能符合工程的实际应用情况。
置上下 3 道拉条):0.82;中跨檩条最大应力比(设置上 算出来了的结果也有一定的差别,不能简单地套用国内
下 2 道拉条):0.84,均满足规范要求。
规范来计算国外工程。●
2.5 IBCΒιβλιοθήκη Baidu规范与中国规范在荷载组合方面的几点
区别
根据上述工程实例计算,IBC 规范的计算结果与中 国规范有一定的差别,主要影响因素为:
⑵IBC 规范在考虑恒荷载和风荷载组合时,恒荷载 [4]International Code Council “INTERNATIONAL BUILDING
的荷载系数为 0.9,较中国规范的系数小;风荷载的荷 CODE 2009”
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