风和雪造成的两起结构问题

这两天,先是首都机场屋顶局部被大风掀了个口子,然后是美国明尼阿波利斯的明尼苏达维京人队体育场被暴雪压塌。这两种大跨结构最敏感的荷载:风和雪同时出现了问题,不得不引起我们的重视。

首都机场是网架结构,体量比较大,体形也不规则,目前国内对这种结构的风荷载的主要依据是风洞试验,而风洞试验结果大都是在设计图快要完成的时候才完成,因而只起到了复核的作用,结果出来后,只要体型系数和风振系数不超过初步设计时的取值(取值一般根据经验较大)一般不会再去修改荷载参数计算,(至少偶做过的几个工程是这么干的)。这样设计原则上是保守的,主结构一般不会有什么问题,但也不能完全排除有局部实际风荷超过设计值的情况,这可能和目前风洞试验的模型条件有关(如刚性模型、缩尺等)。所以,设计者除了应该会读懂这些报告外,还要有一些基本的流体力学概念,能从报告中看出真正对自己设计有用的信息,做到该大的地方大,该小的地方小。

首都机场的新闻图片如下:

美国这个体育场好像是张拉膜结构,详细的结构形式在网上没有查到,看新闻是坏得挺“温柔”的,这可能也是膜结构的一个优点,膜本身先破,然后整个结构就相当于卸载了。膜结构偶没有做过,不敢在这里多言,只是想说对于雪荷载设计中也不可小视,偶以前做的几个一般都是雪荷载小于活荷载的,计算时按活载取不利情况参与了组合,如果雪载(考虑积雪分布系数后)大于活载时,可能就要按雪载进行组合了。如果现实中真遇到了大雪超出现有规范提供的荷载,能做到屋面结构先坏那是最好的了,毕竟屋面板维修起来容易多了,而主结构的稳定性最好能有一定的安全储备,这里整体稳定性分析显得就很重要了。

以下是明尼苏达维京人队体育场的新闻图片: