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台风多发地区金属屋面系统的抗风设计

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台风多发地区金属屋面系统的抗风设计

发布日期:2020-01-17 15:03 来源:http://www.zzyiri.com 点击:

由于金属屋面具有装饰效果好、质量轻、施工周期短等优点,金属屋面系统受到了建筑师的青睐,在诸多的项目中,尤其是在场馆类的建筑中得到了越来越广泛的应用,但由于在金属屋面专业深化设计阶段的考虑不周、施工质量不良等因素的影响,部分项目的金属屋面往往经不住大风的考验,尤其是在台风多发地区,发生了部分金属屋面局部被掀翻、或屋面板被撕裂等安全事故及质量事故。


为了提高台风多发地区金属屋面的抗风性能,避免由于风压过大造成屋面被掀翻等安全及质量事故的发生,现结合铝镁锰直立锁边金属屋面,从金属屋面产生破坏的原因、金属屋面系统的结构设计及施工抗风构造措施等方面,对该问题进行详细阐述。铝镁锰金属屋面系统的构造节点如下:

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从以往金属屋面被掀翻的不良事故分析,直立锁边金属屋面的破坏往往发生在荷载较大以及连接薄弱的位置,诸如:屋面檐口、天沟、屋脊及相关的收边收口位置,造成金属屋面局部被掀翻、或屋面板被撕裂等不良质量事故的具体原因大致如下:


1)金属屋面设计中没有充分考虑风荷载的影响;


2)金属屋面系统设计中固定支座和檩条的布置不合理;


3)屋面檐口、天沟等受力薄弱的位置构造设计不合理;


4)金属屋面板选材不当,选取的板厚太薄或板幅太宽;


5)由于施工工艺及施工工人的熟练程度导致锁边不紧密,施工质量不良;


金属屋面系统结构的安全性计算分析,是屋面系统抗风性能、安全性能、以及其他相关性能得以保证的前提,金属屋面的抗风性能的结构设计建议从以下几个方面考虑:


1) 金属屋面系统的结构设计应严格按照《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)、《屋面工程技术规范》(GB50345-2012)、《采光顶及金属屋面技术规程》(JGJ255-2012)及其他相关规范进行结构设计,并应重点对金属屋面板、高强铝合金固定支座、檐口及天沟等连接薄弱的位置进行计算,选择合适的板厚、板材的幅宽、以及檩条、高强支座的截面,布置间距等;


2) 在结构设计中,应根据项目的实际情况,对金属屋面的风荷载进行合理考虑,除应满足承载力极限状态和正常使用极限状态外,还应预留一定的设计余量。


3) 针对跨度大、形状或风荷载环境复杂的金属屋面工程,宜通过风洞试验确定风荷载。根据笔者以往参与设计的台风多发地区的金属屋面工程案例,风洞试验报告中金属屋面局部位置的风荷载值往往要比荷载规范计算出来的要大一倍以上;


4) 针对比较重要的项目,为了确保金属屋面系统的抗风性能和其他各项性能指标,需对屋面系统进行相关性能检测及抗风掀试验检测,以确保金属屋面系统的安全性;


为了确保金属屋面系统的抗风压性能,除了满足相关规范的规定及结构受力计算之外,在台风多发地区还应采取如下加强构造措施以确保金属屋面系统的抗风压性能:


1) 在金属屋面系统的设计中,应基于结构计算结果,适当加厚铝镁锰屋面板的厚度,可以使屋面板的抗风性能加强;


2) 在金属屋面系统的设计中,可以采取适当减小铝镁锰屋面板的幅宽, 可以有效提高屋面板的抗风性能;


3) 在设计和抗风掀试验满足要求时,仍需增加构造防水措施,在屋面板板端处加密三跨檩条,间距不大于750mm,并在支座位置设置抗风夹具;


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4)  金属屋面系统的檐口、排水沟等位置,破坏了金属屋面板的连续性,而且收口板材搭接的构造比较复杂,是金属屋面系统的受力薄弱和施工质量较差的部位;故设计及施工过程中,在水槽及檐口等连接薄弱的位置增设抗风件,抗风件可以有效的加强板材之间的连接,可有效提高金属屋面系统的抗风性能;

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5) 根据双层直立锁边金属屋面系统的构造节点,直立锁边金属屋面板的外侧为装饰面板(一般为单层铝板或蜂窝铝板),装饰层的面板的固定龙骨通过铝合金夹具实现和直立锁边金属屋面板肋部以及铝合金高强支座的连接。为了提高金属屋面系统整体的抗风性能,可以适当加密面板龙骨和底层金属屋面板之间连接用的铝合金抗风夹具,这样不仅可以加强铝镁锰金属屋面板之前的咬合,也可以加强面板系统和下层龙骨系统的连接。对于该系统的最外层面板(单层铝板或蜂窝铝板),则需要尽可能减小面板的尺寸,控制其有效的使用面积;单层铝板面板的后侧应增加铝合金加强筋,铝板加强筋的间距和截面应满足结构计算和构造的要求;加密铝板和固定构件的连接件等一系列措施,可以有效提高屋面板的抗风性能; 

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6)  考虑到直立锁边金属屋面板之间是通过相互咬合实现和高强铝合金支座的连接,由于金属屋面受到风荷载、主体结构的变形、温度应力等作用的影响,容易使咬合边松开或脱落。为了保证金属屋面板之间的咬合和有效的连接,设计及施工过程中,可以在铝镁锰屋面板材搭接咬合的局部位置设1.0mm厚不锈钢抗风件,该抗风件可以和两侧的金属屋面板同时锁边咬合,形成一个整体,共同受力,起到加强连接的作用,可以有效提高屋面板的抗风性能;

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7) 考虑到金属屋面板的锁边施工工艺及施工工人的熟练程度,为了避免金属屋面板锁边不到位等不良情况,设计及施工过程中,在金属屋面板的板肋部局部位置增设不锈钢螺栓(螺栓两端外侧注硅酮耐候密封胶),用来加强固定金属屋面板和铝合金高强支座、板与板之间的连接,以提高金属屋面系统的抗风性能; 

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8) 在设计的过程中,通过采用适当加密金属屋面板的檩条以及支座的间距等措施,可以使屋面系统的结构受力更合理,也可以使屋面板的抗风性能加强;


综上所述,在台风多发地区的金属屋面系统的设计过程中,应充分考虑风荷载对金属屋面系统的作用以及施工工艺的偏差等因素对施工质量的影响,并应结合理论性的结构计算数据和经验性的构造措施,来指导金属屋面系统的设计及施工,切实保证金属屋面系统的抗风压性能和结构体系的安全性。

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