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浅谈对建筑结构设计施工中雪荷载
摘要：本文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，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
近年来我国冰雪灾害频发，国家经济和人民生活遭受巨大损害。2004年12月3日至21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4.1亿元。2008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，雪灾已造成湖南、湖北、贵州、安徽等10省区3 287万人受灾，倒塌房屋3.1万间，直接经济损失62.3亿元。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。雪荷载虽然是可变荷载中的一部分，但是在结构使用期间，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。
2.1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1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。建筑结构屋面应采用大坡度坡屋顶形式，有效降低屋面的积雪程度，减轻雪荷载。

图1单跨单坡屋面的积雪分布系数
2.2多跨多坡屋面积雪的不平衡分布多坡度屋面及曲线型屋面存在着不平衡雪荷载设计的问题，风的漂积作用将屋脊处的雪吹落到屋谷附近区域，造成屋谷附近区域的积雪比屋脊区大，这种堆积可能出现很大的局部堆积雪荷，载如图2所示，从而倒致房屋倒塌破坏。破坏时往往是从屋谷处先发生，屋谷属于结构的薄弱环节，为了保证多坡度屋面及曲线型屋面的稳定和强度，需要强有力的支撑体系。因此要高度重视屋谷处的安全问题，严格控制建筑结构跨度，在屋谷处合理设置立柱、支撑、隅撑，增大屋谷处构件的截面尺寸。

图2多单跨多单坡屋面的积雪分布系数
2.3屋面高差积雪效应对于高低跨屋面或有局部高差屋面，由于风对雪的漂积作用，较高屋面的雪被吹落在较低屋面上，在低屋面上形成局部较大的漂积荷载。在某些场合这种积雪荷载非常严重，最大可出现三倍于地面积雪荷载的情况。低屋面上这种漂积雪的分布与屋面的高差有直接关系。当高差不太大时，漂积雪将沿墙根在一定范围内呈三角形分布，如图3所示。当房屋高差较大时，靠近墙根的积雪不十分严重，积雪将分布在一个较大的范围。

图3高低跨屋面的积雪分布
2007年沈阳的暴雪灾后调查发现受损最严重的是那些带有女儿墙、高低跨、屋面有高差、南侧有高墙的建筑，2008年初江苏省苏州市普降大雪，当地雪荷载设计标准值为0.4 KN/M2，换算成雪的高度为40~80厘米，再考虑结构设计的安全系数，实际承载力可再提升。苏州实际降雪在40厘米以内，某公司的4座钢结构建筑中，两栋安然无恙，两栋被压坏，被压坏的钢结构厂房是因为大面积的圆弧屋面旁有平屋面的辅房。当圆屋面上的积雪达到一定的重量后沿坡度滑下，并向附近的平屋面辅房倾泻，导致辅房屋面上的积雪达180厘米，远远超过雪荷载设计值，结构才支撑不住。
在建筑结构设计时要特别注意高低跨屋面或有局部高差屋面的情况。关于低跨屋面的积雪分布系数的选取，前苏联规范规定：当屋面高低差达２米以上时，屋面积雪分布系数通常取4.0。
我国高低屋面堆雪集中程度远小于西伯利亚，屋面积雪分布系数为２.0。美国MBMA钢结构设计手册中规定，对高低跨、女儿墙、屋面有高差的建筑要根据地面雪压和房屋实际尺寸按公式计算雪荷载，屋面积雪分布系数最大值可达5.0。考虑到我国部分地区冰雪灾害频发，低屋面的积雪分布系数有必要调大。关于屋面的高差设计，我国规范规定低屋面积雪分布宽度为高差的两倍，限于4米和10米之间。当屋面高差过大时，积雪将在一个较大的范围存在，局部堆积荷载不大；当屋面高差过小时，风的漂积作用不大，雪堆积效应也不显著。因此建筑结构设计时屋面高差的数值可取两个极端数值，要么放大高差要么缩小高差，避开2~5米之间的高差范围，在此范围内雪荷载堆积效应最大。
3加强监管，规范施工
目前建筑工程市场普遍存在着僧多粥少的现象。工程造价的高低是建设单位选择承建单位的主要指标。
承建单位为了提高中标率故意压低造价,一旦中标后为了追求经济利益，往往采用低劣材料，降低标准，造成工程隐患。经过灾后调查发现有的倒塌的结构根本是无设计、无报建、无监理，有的建筑结构二次设计不报图审，施工监理与验收不到位，资质挂靠和违法分包，结构设计构造不合理与施工工艺落后等，使得本来就很低的建筑结构承载力储备进一步降低，加剧了工程事故的发生。另外，在我国大部分地区仍然存在着上世纪50-60年代建造的老旧建筑，这些建筑存在潜在的事故风险，加之缺乏维修和监管，更易发生工程事故，因此要组织力量对老旧房屋建筑进行有组织、有计划、定期的检查和维修，将工程风险扼杀在萌芽之中，对不满足居住条件的房屋，应强制性地实施拆除，同时为居民提供周转性住房和采取适当的经济解决方案。
结束语
通过对南方冰雪灾害的工程事故分析得出，在建筑结构设计时雪荷载必须以给予足够的重视，保证雪荷载设计标准值，并适当提高标准。同时在结构设计时还要考虑屋面坡度、建筑高差、房屋朝向、当地风速、周围环境以及地形地势等因素对雪荷载的影响，优化结构设计，通过加强施工监管，预防和降低工程事故的发生。