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台風多發地區金屬屋麵係統的抗風設計

2020-01-17

由於金屬屋麵具有裝飾效果好、質量輕、施工周期短等優點,金屬屋麵係統受到了建築師的青睞,在諸多的項目中,尤其是在場館類的建築中得到了越來越廣泛的應用,但由於在金屬屋麵專業深化設計階段的考慮不周、施工質量不良等因素的影響,部分項目的金屬屋麵往往經不住大風的考驗,尤其是在台風多發地區,發生了部分金屬屋麵局部被掀翻、或屋麵板被撕裂等安全事故及質量事故。


為了提高台風多發地區金屬屋麵的抗風性能,避免由於風壓過大造成屋麵被掀翻等安全及質量事故的發生,現結合鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋麵,從金屬屋麵產生破壞的原因、金屬屋麵係統的結構設計及施工抗風構造措施等方麵,對該問題進行詳細闡述。鋁鎂錳金屬屋麵係統的構造節點如下:

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從以往金屬屋麵被掀翻的不良事故分析,直立鎖邊金屬屋麵的破壞往往發生在荷載較大以及連接薄弱的位置,諸如:屋麵簷口、天溝、屋脊及相關的收邊收口位置,造成金屬屋麵局部被掀翻、或屋麵板被撕裂等不良質量事故的具體原因大致如下:


1)金屬屋麵設計中沒有充分考慮風荷載的影響;


2)金屬屋麵係統設計中固定支座和檁條的布置不合理;


3)屋麵簷口、天溝等受力薄弱的位置構造設計不合理;


4)金屬屋麵板選材不當,選取的板厚太薄或板幅太寬;


5)由於施工工藝及施工工人的熟練程度導致鎖邊不緊密,施工質量不良;


金屬屋麵係統結構的安全性計算分析,是屋麵係統抗風性能、安全性能、以及其他相關性能得以保證的前提,金屬屋麵的抗風性能的結構設計建議從以下幾個方麵考慮:


1) 金屬屋麵係統的結構設計應嚴格按照《建築結構荷載規範》(GB50009-2012)、《屋麵工程技術規範》(GB50345-2012)、《采光頂及金屬屋麵技術規程》(JGJ255-2012)及其他相關規範進行結構設計,並應重點對金屬屋麵板、高強鋁合金固定支座、簷口及天溝等連接薄弱的位置進行計算,選擇合適的板厚、板材的幅寬、以及檁條、高強支座的截麵,布置間距等;


2) 在結構設計中,應根據項目的實際情況,對金屬屋麵的風荷載進行合理考慮,除應滿足承載力極限狀態和正常使用極限狀態外,還應預留一定的設計餘量。


3) 針對跨度大、形狀或風荷載環境複雜的金屬屋麵工程,宜通過風洞試驗確定風荷載。根據筆者以往參與設計的台風多發地區的金屬屋麵工程案例,風洞試驗報告中金屬屋麵局部位置的風荷載值往往要比荷載規範計算出來的要大一倍以上;


4) 針對比較重要的項目,為了確保金屬屋麵係統的抗風性能和其他各項性能指標,需對屋麵係統進行相關性能檢測及抗風掀試驗檢測,以確保金屬屋麵係統的安全性;


為了確保金屬屋麵係統的抗風壓性能,除了滿足相關規範的規定及結構受力計算之外,在台風多發地區還應采取如下加強構造措施以確保金屬屋麵係統的抗風壓性能:


1) 在金屬屋麵係統的設計中,應基於結構計算結果,適當加厚鋁鎂錳屋麵板的厚度,可以使屋麵板的抗風性能加強;


2) 在金屬屋麵係統的設計中,可以采取適當減小鋁鎂錳屋麵板的幅寬, 可以有效提高屋麵板的抗風性能;


3) 在設計和抗風掀試驗滿足要求時,仍需增加構造防水措施,在屋麵板板端處加密三跨檁條,間距不大於750mm,並在支座位置設置抗風夾具;


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4)  金屬屋麵係統的簷口、排水溝等位置,破壞了金屬屋麵板的連續性,而且收口板材搭接的構造比較複雜,是金屬屋麵係統的受力薄弱和施工質量較差的部位;故設計及施工過程中,在水槽及簷口等連接薄弱的位置增設抗風件,抗風件可以有效的加強板材之間的連接,可有效提高金屬屋麵係統的抗風性能;

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5) 根據雙層直立鎖邊金屬屋麵係統的構造節點,直立鎖邊金屬屋麵板的外側為裝飾麵板(一般為單層鋁板或蜂窩鋁板),裝飾層的麵板的固定龍骨通過鋁合金夾具實現和直立鎖邊金屬屋麵板肋部以及鋁合金高強支座的連接。為了提高金屬屋麵係統整體的抗風性能,可以適當加密麵板龍骨和底層金屬屋麵板之間連接用的鋁合金抗風夾具,這樣不僅可以加強鋁鎂錳金屬屋麵板之前的咬合,也可以加強麵板係統和下層龍骨係統的連接。對於該係統的Z外層麵板(單層鋁板或蜂窩鋁板),則需要盡可能減小麵板的尺寸,控製其有效的使用麵積;單層鋁板麵板的後側應增加鋁合金加強筋,鋁板加強筋的間距和截麵應滿足結構計算和構造的要求;加密鋁板和固定構件的連接件等一係列措施,可以有效提高屋麵板的抗風性能; 

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6)  考慮到直立鎖邊金屬屋麵板之間是通過相互咬合實現和高強鋁合金支座的連接,由於金屬屋麵受到風荷載、主體結構的變形、溫度應力等作用的影響,容易使咬合邊鬆開或脫落。為了保證金屬屋麵板之間的咬合和有效的連接,設計及施工過程中,可以在鋁鎂錳屋麵板材搭接咬合的局部位置設1.0mm厚不鏽鋼抗風件,該抗風件可以和兩側的金屬屋麵板同時鎖邊咬合,形成一個整體,共同受力,起到加強連接的作用,可以有效提高屋麵板的抗風性能;

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7) 考慮到金屬屋麵板的鎖邊施工工藝及施工工人的熟練程度,為了避免金屬屋麵板鎖邊不到位等不良情況,設計及施工過程中,在金屬屋麵板的板肋部局部位置增設不鏽鋼螺栓(螺栓兩端外側注矽酮耐候密封膠),用來加強固定金屬屋麵板和鋁合金高強支座、板與板之間的連接,以提高金屬屋麵係統的抗風性能; 

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8) 在設計的過程中,通過采用適當加密金屬屋麵板的檁條以及支座的間距等措施,可以使屋麵係統的結構受力更合理,也可以使屋麵板的抗風性能加強;


綜上所述,在台風多發地區的金屬屋麵係統的設計過程中,應充分考慮風荷載對金屬屋麵係統的作用以及施工工藝的偏差等因素對施工質量的影響,並應結合理論性的結構計算數據和經驗性的構造措施,來指導金屬屋麵係統的設計及施工,切實保證金屬屋麵係統的抗風壓性能和結構體係的安全性。

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