前言

20世纪90年代以来，我国钢结构建筑的发展十分迅速，特别是轻钢结构的发展更是，如火如荼。轻钢结构较其它结构相比，具有本身自重轻，构件薄，结构的超静定次数少等特点，故对风吸力及雪荷载的漂移和堆积较为敏感，在这些方面，我国还缺乏理论研究和实践认知。不容回避的事实是，每当各地有大的风灾、雪灾发生时，就会造成轻钢结构的严重破坏。仔细研读美国规范（MBMA96）中有关风、雪荷载设计的规定，不难发现我国目前的荷载规范，在这些方面的规定尚有待改进和完善。希望借2007年3月4日沈阳地区的雪灾及2004年浙江台州第14号 “云娜” 台风的影响，结合 MBMA96的相应规定，得出符合我国国情的雪荷载堆积及分布的建议。

1．低层房屋建筑系统手册(LOW RISE BUILDING SYSTEMS MANUAL) 

《低层房屋建筑系统手册》（1996）版（以下简称手册）是由美国钢结构房屋制造商协会(METAL BUILDING MANUFACTURE ASSOCIATION)编纂的技术规程。它反映了美国在低层钢结构房屋建筑系统方面几十年的研究成果和经验积累。其关于低层建筑风荷载的取用和计算部分是该手册的精华所在，使其成为轻钢结构设计最重要的参考资料之一。我国建筑金属结构协会主编的《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS 102:2002) 中的风荷载体型系数即参考和引用自该书。

需要说明的是美国的规范、规程允许多种新旧版本并存，如MBMA 2002 为最新版规程，但MBMA 86 和MBMA 96迄今仍是应用最为广泛的版本。

1.1 低层房屋的定义

该手册中低层房屋指屋面为平屋面、坡度小于30°的单坡屋面、双坡屋面，屋面平均高度小于60英尺（约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。之所以有这样的要求，是由于其风荷载的设计计算方法是在紊流边界层风洞实验的基础上获得的，而用于风洞实验的研究模型具有上述几何特点，所以当建筑物不满足该项要求时，应参照其它规程（如ASCE-7 或UBC 等）确定风荷载值。

自然界中的流体运动（例如风）存在着二种不同的形式：一种是层流，看上去平顺、清晰，没有掺混现象，例如靠近燃烧着的香烟头附近细细的烟流；另一种则显得杂乱无章，看上去毫无规则，例如烟囱里冒出来的滚滚浓烟，这就是湍流，也叫紊流。虽然国内外的风荷载研究均是建立在风洞实验的基础上的，但不同规范之间由于其适用对象的不同、研究手段的差异，使风荷载计算值相差较大，因此根据实际项目的自身特点，选择合适的规范非常重要。一般说来，当设计对象为多、高层建筑时，应选用主要以层流边界层风洞实验为研究基础的规范，如《建筑结构荷载规范》；当设计对象为低矮建筑时，应选用主要以紊流边界层风洞实验为研究基础的规范，如《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》。有些人认为两种风荷载计算方法并存是不合理的，然而这非但不是“不合理”的，反而恰恰是对自然界真实的、合理的、科学的反映。还有些人认为采用哪个规范计算偏安全，就采用那个规范，这样的观点也是不科学的，如果实验研究证明它只会承受那么大的风荷载，设计中就取用那么大的风荷载就可以了，人为去放大它是没有科学依据的。

需要注意的是公式中的V(里程风速)其物理意义与国内风速是不同的，国内风速测量时距为10分钟定值，而里程风速测量时距是长度为一英里的空气通过风速计所需要的时间。因此对不同的风速值，其测量时距是变值。所以不能通过简单的单位换算后，对两种风速进行大小比较。

风荷载的重要性系数反应的是，对不同重要性的建筑物须采用不同重现周期的风速，通过系数1.07和0.95 分别将50年一遇里程风速调整为100年一遇及25年一遇的里程风速。

对于一栋建筑，只对应一个q（速度风压）值，用于计算整个建筑系统不同构件的风荷载值，并且不随构件所处的标高变化而变化，这是与国内规范的不同点之一。

GCp 是主框架或构件的组合压力系数峰值，其中G表示阵风反应系数，是一个考虑了风的紊流而取的放大系数；CpI内部压力系数，CpE外部压力系数，Cp组合压力系数（相当于内部压力系数和外部压力系数组合后的系数）。由于研究过程中进行了广泛的风洞实验，借助传感器“峰值系数”是可以监测到的，它就是GCp，所以在本规程中G和Cp总是以乘积的形式出现，并不真的有独立的阵风反应系数值或组合压力系数值。CpE外部压力系数在物理意义上相当于国内规范中的“风载体型系数”。

 (H/33)2/7 即地面粗糙度系数KZ ，相当于国内规范中的“风压高度变化系数”，需要指出的是，该规程在确定风荷载时，并未对不同建筑物所在场地的地面粗糙度进行区分，而是偏安全的统一取为C类（相当于国内规范B类地面粗糙度，µzB=(z/10)0.32）。所以在手册中该值仅与建筑物屋面平均高度有关。

美国规范中地面粗糙度类别定义如下：

 A类：大城市中心周围有超过50%的建筑物高度超过70英尺（约20米）；

 B类：市内或郊区，树木繁茂区或密集住宅及较大建筑物；

C类：开阔地区或零星阻挡物；

D类：平坦区域无阻挡物阻碍风吹过。

分别对应国内《建筑结构荷载规范》的D~A类“地面粗糙度”。

1.3 风荷载大小的确定

1.3.1 建筑物的类型

建筑物的内部压力是由所谓“鼓风效应”和“吸风效应”产生的。迎风面墙上的开口使风吹入房屋内部，此时就如同吹气球一样， 产生一个作用于所有屋面、墙面的内部压力。当开口位于背对风(或侧对风)墙上时，由于该位置为风荷载的负压区，部分空气由室内流失，产生一个作用于所有屋面、墙面的内部吸力，由此可见开口与建筑物的内部压力关系紧密。这里说的的开口（Opening）是指建筑物表面永久性的无有效遮蔽的，并且是根据设计要求留设的洞口。该规程根据建筑物围护结构(屋面、墙面)上开口的面积率和分布情况的不同，将建筑物分为以下三类：

封闭式建筑（Enclosed Buildings）是指在其围护结构上无开口或开口分布相对均匀的建筑物, 封闭式建筑的内部压力主要来源于外墙面门窗的开关，室内门窗的开关以及围护结构的破损和开口等情况，其内部压力系数CpI可取为+0.2（鼓风效应）和-0.2（吸风效应）。

对于可有效承受风荷载的门窗，可不作为开口考虑。因此结构设计时必须考虑门、窗、墙面采光板等建筑附件的抗风设计，否则门窗一旦在风压下破损，将改变建筑物的内部压力，对结构产生不利影响。

部分封闭式建筑（Partial Enclosed Buildings）是指墙面开口主要集中于一面墙上，该面墙上的开口面积之和大于该墙面积的5%，同时超过其余墙面及屋面开口面积总和 ，且其余墙面及屋面开口面积总和不超过其余墙面及屋面总和的20%的一类建筑物。这一类建筑物的特点是，有大开口，且分布极不均匀。 其内部压力系数值CpI可取为+0.6（鼓风效应）和-0.3（吸风效应）。

开敞式建筑物（Open Buildings）是指至少有80%的墙面开敞的建筑物。

凡不符合部分封闭式建筑和敞式建筑物定义的，均应视为封闭式建筑物。

 ---- 建筑边缘带宽度，取建筑最小水平尺寸的10%或0.4H中的较小值， 但

不得小于0.04B或3英尺（约 1 米）；计算刚架时的房屋端区宽度取Z(横向)和2Z(纵向)；

H ---- 屋面平均高度，对于屋面坡度£10°的建筑物可取檐口高度；

r ---- 屋面中区；

s ---- 屋面边区；

c ---- 屋面角区；

w ---- 墙面中区；

e ---- 墙面边区。