前言

20世紀90年代以來，我國鋼結構建筑的發展十分迅速，特別是輕鋼結構的發展更是，如火如荼。輕鋼結構較其它結構相比，具有本身自重輕，構件薄，結構的超靜定次數少等特點，故對風吸力及雪荷載的漂移和堆積較為敏感，在這些方面，我國還缺乏理論研究和實踐認知。不容回避的事實是，每當各地有大的風災、雪災發生時，就會造成輕鋼結構的嚴重破壞。仔細研讀美國規范（MBMA96）中有關風、雪荷載設計的規定，不難發現我國目前的荷載規范，在這些方面的規定尚有待改進和完善。希望借2007年3月4日沈陽地區的雪災及2004年浙江臺州第14號 “云娜” 臺風的影響，結合 MBMA96的相應規定，得出符合我國國情的雪荷載堆積及分布的建議。

1．低層房屋建筑系統手冊(LOW RISE BUILDING SYSTEMS MANUAL) 

《低層房屋建筑系統手冊》（1996）版（以下簡稱手冊）是由美國鋼結構房屋制造商協會(METAL BUILDING MANUFACTURE ASSOCIATION)編纂的技術規程。它反映了美國在低層鋼結構房屋建筑系統方面幾十年的研究成果和經驗積累。其關于低層建筑風荷載的取用和計算部分是該手冊的精華所在，使其成為輕鋼結構設計最重要的參考資料之一。我國建筑金屬結構協會主編的《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》(CECS 102:2002) 中的風荷載體型系數即參考和引用自該書。

需要說明的是美國的規范、規程允許多種新舊版本并存，如MBMA 2002 為最新版規程，但MBMA 86 和MBMA 96迄今仍是應用最為廣泛的版本。

1.1 低層房屋的定義

該手冊中低層房屋指屋面為平屋面、坡度小于30°的單坡屋面、雙坡屋面，屋面平均高度小于60英尺（約18米），檐口高度不大于建筑物最小平面尺寸的已完工建筑物。之所以有這樣的要求，是由于其風荷載的設計計算方法是在紊流邊界層風洞實驗的基礎上獲得的，而用于風洞實驗的研究模型具有上述幾何特點，所以當建筑物不滿足該項要求時，應參照其它規程（如ASCE-7 或UBC 等）確定風荷載值。

自然界中的流體運動（例如風）存在著二種不同的形式：一種是層流，看上去平順、清晰，沒有摻混現象，例如靠近燃燒著的香煙頭附近細細的煙流；另一種則顯得雜亂無章，看上去毫無規則，例如煙囪里冒出來的滾滾濃煙，這就是湍流，也叫紊流。雖然國內外的風荷載研究均是建立在風洞實驗的基礎上的，但不同規范之間由于其適用對象的不同、研究手段的差異，使風荷載計算值相差較大，因此根據實際項目的自身特點，選擇合適的規范非常重要。一般說來，當設計對象為多、高層建筑時，應選用主要以層流邊界層風洞實驗為研究基礎的規范，如《建筑結構荷載規范》；當設計對象為低矮建筑時，應選用主要以紊流邊界層風洞實驗為研究基礎的規范，如《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》。有些人認為兩種風荷載計算方法并存是不合理的，然而這非但不是“不合理”的，反而恰恰是對自然界真實的、合理的、科學的反映。還有些人認為采用哪個規范計算偏安全，就采用那個規范，這樣的觀點也是不科學的，如果實驗研究證明它只會承受那么大的風荷載，設計中就取用那么大的風荷載就可以了，人為去放大它是沒有科學依據的。

需要注意的是公式中的V(里程風速)其物理意義與國內風速是不同的，國內風速測量時距為10分鐘定值，而里程風速測量時距是長度為一英里的空氣通過風速計所需要的時間。因此對不同的風速值，其測量時距是變值。所以不能通過簡單的單位換算后，對兩種風速進行大小比較。

風荷載的重要性系數反應的是，對不同重要性的建筑物須采用不同重現周期的風速，通過系數1.07和0.95 分別將50年一遇里程風速調整為100年一遇及25年一遇的里程風速。

對于一棟建筑，只對應一個q（速度風壓）值，用于計算整個建筑系統不同構件的風荷載值，并且不隨構件所處的標高變化而變化，這是與國內規范的不同點之一。

GCp 是主框架或構件的組合壓力系數峰值，其中G表示陣風反應系數，是一個考慮了風的紊流而取的放大系數；CpI內部壓力系數，CpE外部壓力系數，Cp組合壓力系數（相當于內部壓力系數和外部壓力系數組合后的系數）。由于研究過程中進行了廣泛的風洞實驗，借助傳感器“峰值系數”是可以監測到的，它就是GCp，所以在本規程中G和Cp總是以乘積的形式出現，并不真的有獨立的陣風反應系數值或組合壓力系數值。CpE外部壓力系數在物理意義上相當于國內規范中的“風載體型系數”。

 (H/33)2/7 即地面粗糙度系數KZ ，相當于國內規范中的“風壓高度變化系數”，需要指出的是，該規程在確定風荷載時，并未對不同建筑物所在場地的地面粗糙度進行區分，而是偏安全的統一取為C類（相當于國內規范B類地面粗糙度，µzB=(z/10)0.32）。所以在手冊中該值僅與建筑物屋面平均高度有關。

美國規范中地面粗糙度類別定義如下：

 A類：大城市中心周圍有超過50%的建筑物高度超過70英尺（約20米）；

 B類：市內或郊區，樹木繁茂區或密集住宅及較大建筑物；

C類：開闊地區或零星阻擋物；

D類：平坦區域無阻擋物阻礙風吹過。

分別對應國內《建筑結構荷載規范》的D~A類“地面粗糙度”。

1.3 風荷載大小的確定

1.3.1 建筑物的類型

建筑物的內部壓力是由所謂“鼓風效應”和“吸風效應”產生的。迎風面墻上的開口使風吹入房屋內部，此時就如同吹氣球一樣， 產生一個作用于所有屋面、墻面的內部壓力。當開口位于背對風(或側對風)墻上時，由于該位置為風荷載的負壓區，部分空氣由室內流失，產生一個作用于所有屋面、墻面的內部吸力，由此可見開口與建筑物的內部壓力關系緊密。這里說的的開口（Opening）是指建筑物表面永久性的無有效遮蔽的，并且是根據設計要求留設的洞口。該規程根據建筑物圍護結構(屋面、墻面)上開口的面積率和分布情況的不同，將建筑物分為以下三類：

封閉式建筑（Enclosed Buildings）是指在其圍護結構上無開口或開口分布相對均勻的建筑物, 封閉式建筑的內部壓力主要來源于外墻面門窗的開關，室內門窗的開關以及圍護結構的破損和開口等情況，其內部壓力系數CpI可取為+0.2（鼓風效應）和-0.2（吸風效應）。

對于可有效承受風荷載的門窗，可不作為開口考慮。因此結構設計時必須考慮門、窗、墻面采光板等建筑附件的抗風設計，否則門窗一旦在風壓下破損，將改變建筑物的內部壓力，對結構產生不利影響。

部分封閉式建筑（Partial Enclosed Buildings）是指墻面開口主要集中于一面墻上，該面墻上的開口面積之和大于該墻面積的5%，同時超過其余墻面及屋面開口面積總和 ，且其余墻面及屋面開口面積總和不超過其余墻面及屋面總和的20%的一類建筑物。這一類建筑物的特點是，有大開口，且分布極不均勻。 其內部壓力系數值CpI可取為+0.6（鼓風效應）和-0.3（吸風效應）。

開敞式建筑物（Open Buildings）是指至少有80%的墻面開敞的建筑物。

凡不符合部分封閉式建筑和敞式建筑物定義的，均應視為封閉式建筑物。

 ---- 建筑邊緣帶寬度，取建筑最小水平尺寸的10%或0.4H中的較小值， 但

不得小于0.04B或3英尺（約 1 米）；計算剛架時的房屋端區寬度取Z(橫向)和2Z(縱向)；

H ---- 屋面平均高度，對于屋面坡度£10°的建筑物可取檐口高度；

r ---- 屋面中區；

s ---- 屋面邊區；

c ---- 屋面角區；

w ---- 墻面中區；

e ---- 墻面邊區。