提高钢结构金属屋面抗风揭能力研究

摘要金属屋面由于板材轻薄、安装方便、跨度长、环保，如今在建筑上得到广泛应用。虽然在使用性上优势明显，但是由于缺乏长期使用的相关数据，在金属屋面系统设计上还有若干缺陷，因此在极端天气或沿海多风地区，金属屋面系统仍面临诸多挑战。因此提高金属屋面抗风能力试验研究显得尤为重要。通过抗风揭试验风荷载与变形曲线的研究及极限试验后的破损情况表明，屋面系统抗风能力强弱与屋面檩条间距、抗风夹的使用数量及位置均有直接关系，檩条间距越小、抗风夹数量越密集分布越均匀，金属屋面抗风能力越强。

关键词：金属屋面、檩条、抗风夹、抗风能力

引言

金属屋面系统是一个集合承重、保温、防水等能力的结构形式，其抗风能力对整个金属屋面显得尤为重要。金属屋面材质轻薄、跨度大、安全方便即成为该结构形式的优势也往往是出问题的关键。材质轻薄、安装方便往往伴随着机械咬合能力差，在极端天气、高海拔、沿海地区多风的情况下常发生屋面掀起了的事故，因此，对提高金属屋面系统抗风能力的研究尤为重要。

目前，抗风揭试验在国内开展依然属于一个小众的检测项目，试验结果往往是以验收为目的，针对金属屋面系统的研究还是处于相对空白，通过研究机械咬合锁边的施工模式，在KFJ-73-37G试验设备中进行模拟风荷载吸吹的作用，揭示了金属屋面破损过程中的一些规律，可为相关设计人员、材料商、施工单位提供一些参考与借鉴。

1、工程概况

XX机场扩建项目，采用0.9mm厚直立锁边PVDF铝镁锰合金板，屋面通过T型支座与檩条连接锚固而成。本次试验主要分别对1.0m、1.2m檩条间距，有无抗风夹分别进行试验。通过试验证明檩条间距、设置抗风夹对抗风能力有提升的，同时为该项目改造的提供相应的依据。

2、试验设计方案

2.1方案设计原理

根据屋面板在风作用下受到向上的吸力，风吸力更是不间断的往复循环，致使屋面板在向上隆起的时候锁边与支座脱扣产生位移，最终屋面板在此作用下发生疲劳破损现象，根据这一原理机制，采用抗风揭试验设备模拟风压吸力，往复循环达到试验目的。

2.2施工安装

根据设计图纸的要求，采用xx机场扩建项目同规格材料（如表1试验材料表）进行施工，为达到更准确的试验数据，根据抗风揭试验箱7.3m*3.6m的尺寸对施工细节进行优化，通过模型定位把各组件安装到位。安装模型如图1现场施工及模型

2.3加载试验内容

加载共分为两个阶段，第一阶段为动态部分，第二阶段为静态部分。动态部分一个周期分为五个阶段，其中第一阶段加压比例最大为标准风压值50%，共进行2200次循环，第二阶段加压比例最大为标准风压值62.5%，共进行1100次循环，第三阶段加压比例最大为标准风压值75%，共进行800次循环，第四阶段加压比例最大为标准风压值87.5%，共进行500次循环，第五阶段加压比例最大为标准风压值100%，共进行400次循环。第二部分为静态加压，从0值开始，以0.07KPa/s的速度加载至0.7KPa，并保压60s，试件没有发生破损，第一级试验结束，重复上述步骤，分别进行第二级、第三级、第四级……至破坏的第n级，加压值按照0.7KPa每级依次递增。本次试验加载参数如下表2。

2.4加载结果

第一次试验结果，1.2m檩条间距，未设置抗风夹，动态试验第一阶段最大加压比例37.5%，风压加载值为1.04KPa，进行1124次循环后，屋面板整体掀起，试验停止。

第二次试验结果，1.2m檩条间距，设置抗风夹，动态试验最大加载比例100%，进行5000次循环后屋面板未发生破损，风压加载值为2.77KPa。静态试验进行极限加载，分别进行7级循环，在第7级时发生屋面掀起破坏，试验停止，加载有效风压为4.2KPa，支座最大位移值22mm。

第三次试验结果，1.0m檩条间距，设置抗风夹，动态试验最大加载比例100%，进行5000次循环后屋面板未发生破损，风压加载值为2.77KPa。静态试验进行极限加载，分别进行9级循环，在第9级时发生屋面掀起破坏，试验停止，加载有效风压为5.6KPa，支座最大位移值23mm。

通过试验表明，设置抗风夹、加密檩条间距能减小支座处位移，降低屋面板剪切撕裂概率，进而提高屋面系统抗风能力。如下图2加载—变形曲线。

3、结论

通过对金属屋面系统的比对试验研究得出一下结论

（1）屋面在安装抗风夹后，屋面板整体抗风能力得到极大加强，本次动态试验抗风加载值提高2.6倍。

（2）屋面在安装抗风后，檩条间距越小，其抗风能力越强，支座位移值越小，本次试验同等风压标准值下试验，减小0.2m间距，抗风性能提高1.3倍。

（3）屋面檩条设置也要考虑安全性、经济性、合理性，檩条间距过于密集既造成资源材料浪费，同时也会造成荷载增加进而使主体结构承载力受到影响。

参考文献：

[1]直立锁边金属屋面的抗风构造性能试验研究[J].钢结构 2018.33.（236）：20-23.