輕鋼建筑屋面圍護結構抗風設計及施工

輕鋼建筑屋面圍護結構抗風設計及施工摘要：調查輕鋼建筑圍護結構風災破壞工程實況，通過試驗模擬風荷載作用下屋面板破壞情況，總結輕鋼建筑屋面圍護結構在臺風及試驗中受到破壞的特點，從設計和施工兩方面分析其破壞原因，在此基礎上給出一些設計、施工建議。關鍵詞：輕鋼屋面圍護結構；破壞；抗風承載力；施工措施0引言輕型門式剛架房屋結構以其自重輕、施工周期短、綜合經(jīng)濟效益好、抗震性能好、造價低、易拆卸搬遷、利于環(huán)保等優(yōu)點倍受投資者的青睞。但是，隨著輕鋼結構這一行業(yè)的迅猛發(fā)展，也出現(xiàn)一些不容忽視的問題，每當各地有大的風災發(fā)生時，輕鋼結構較其他結構建筑往往遭受的破壞更嚴重。如2004年第14號臺風“云娜”在浙江省溫嶺市登陸，全市工業(yè)企業(yè)廠房倒塌272.2m2，廠房破損756.2m2，而其中絕大部分是輕鋼廠房或輕鋼圍護廠房［1-2］。本文分析了輕鋼建筑屋面圍護結構現(xiàn)場與試驗破壞特點，提出了輕鋼建筑屋面圍護結構抗風設計的建議及構造措施。1輕鋼建筑圍護結構現(xiàn)場破壞特點1）破壞板件主要有屋面板、墻面板（暗扣板）、屋面扣件支座。2012年臺風“海葵”登陸東南沿海地區(qū)，臺州地區(qū)的某輕鋼項目出現(xiàn)屋面板局部被掀起的情況，而墻面板則沒有出現(xiàn)破壞。很多支架由于少1顆自攻螺釘，支架受力不對稱而導致扭轉，呈現(xiàn)如圖1所示的傾斜狀態(tài)；從現(xiàn)場來看，支架的活動部件沒有脫離滑動槽，其中問題之一是支架的活

動部件抗彎不夠，結果導致屋面板脫離支架。從圖2中板邊的形狀看出，屋面板與支架沒有咬合到位，支架幾乎沒變形，屋面板就脫開了；且支架的自攻螺釘僅為1顆，導致受荷情況下，支架受力不對稱，引發(fā)連鎖破壞效應。圖1破壞實況（一）圖2破壞實況（二）2）破壞部位主要集中在檐口、屋脊、山墻周邊局部迎風區(qū)域和自然通風口周邊區(qū)域。3）破壞特征主要是屋面板與支座脫離、收邊泛水與拉鉚釘脫離以及扣件支座自攻螺釘被拔出。2輕鋼建筑圍護結構試驗破壞特點2.1試驗方法HV-470B屋面板支架試驗共選取了4個試件，編號分別為470A、470B、470C和470D。試驗支架布置及編號見圖3,試驗加載采用鋪設沙袋分級加載的方式，因屋面板及其與支架咬合部位在受荷狀態(tài)下的變形較大，因此在支架及屋面板跨中等部位設置位移計，記錄每級加載下的位移量，直到屋面板脫開連接支架，得到屋面板的極限抗風承載力。B支座—北Br支座A支座I―擺業(yè)—,廣支座注：1一15為支架編號。圖3HV-470B屋面板支架布置及編號2.2破壞形態(tài)屋面板脫開檁條上的連接支架時，聽到連續(xù)的拉開聲音。從本試驗可知，最中間的支架由于受荷最大，最先脫開，荷載傳遞到旁邊的支架，導致旁邊支架也脫離屋面板，形成多米諾骨牌效應。HV-470B屋面板扣件的破壞主要有兩種形式，一是與屋面板咬合的活動部件被拉直，最后從屋面板中拉出，見圖4;二是與檁條相連的固定部件滑槽受活動部件的拉力作用而側向彎扭失穩(wěn)破壞，活動部件與固定部件分離，見圖5。

圖4咬合部位拉開破壞圖5滑槽上部板件失穩(wěn)破壞2.3試驗數(shù)據(jù)4個HV-470B屋面板支架極限承載力見表1，中間支架荷載-變形曲線見圖6。表1HV-470B板支架極限承載力分析試件嘛號克架內(nèi)力骨配摩.妝腿編號槌限荷執(zhí)'kN8W蜻承受而荷枝1分配荒我支境角號忌荷卷&號支柴網(wǎng)荷聘若虐自巫啊旗1/81口.瞻4I.3T31即1,99?1"14.!)07l肺a2.機32-6時13.338KG672.3S5Z.-115ITCH)1/S21.3.13.45LL763],471Z,037如137試件編號支架內(nèi)力分配系數(shù)及編號分配系數(shù)支架編號極限荷載/kN總荷載8號支架8號支架承受面荷載/(kN?m-2)風荷載考慮自重470A1/85,8,1110.9841.3731.9471.997470B1/162,4,6,7,9,14.9071.8632.6432.693470C10,12,1413.3381.6672.3652.415470D1/321,3,13,1511.7681.4712.0872.1372.0-Nwf一卷010203040506070扣件伸長量/mm—47DA:■們0B;—4叫C;*4；0DNwf一卷圖6HV-470B試件8號支架受力變形曲線3輕鋼建筑屋面圍護結構的破壞原因分析3.1設計缺陷據(jù)統(tǒng)計，鋼結構中的設計不合理現(xiàn)象占工程事故的1/3左右，目前，鋼結構設計人員缺乏工程實踐經(jīng)驗，在設計過程中存在著缺陷。常見的設計缺陷有:1）設計深度不足，導致施工方憑經(jīng)驗、感覺施工。2）連接用的自攻釘、拉鉚釘?shù)脑O計承載力不足，致使自攻螺釘、拉鉚釘在風吸力的作用下被拔出或拉斷。3）在風荷載體型系數(shù)增大區(qū)域，未對相應部位進行構造措施處理。4）與彩鋼板、扣件相連接的墻梁、檁條等次構件，實際采用的構造措施與理論計算模型不一致。在風荷載的作用下，實際剛度不足。3.2施工質量缺陷經(jīng)調查，在屋面施工過程中，現(xiàn)場施工隨意性很大，不遵守操作規(guī)程。主要存在以下問題：1）施工過程中對屋面圍護不注意保護，隨意踩踏屋面，破壞了屋面的平整甚至出現(xiàn)涂層劃傷等問題。2）靠近山墻、檐口的區(qū)域，抗風釘漏打甚至少打，造成灌風現(xiàn)象，導致風吸力增大。3）固定支座與屋面板之間的咬合緊密度不足，且屋面板及扣件支座板厚較薄，加上扣件支座漏設，致使屋面板與扣件之間脫開。4）咬口機的齒輪間隙調整不當，不能咬合到位，且對咬合不符合要求的未采取有效措施。5）屋面板外形及尺寸不符合設計要求［3］。4輕鋼建筑屋面圍護結構抗風設計建議4.1設計方面設計時應提出詳細連接極限承載力要求，必要時要求施工方通過試驗確定連接極限承載力。設計人員在設計時，應對建筑物的不同部位如檐口、女兒墻、端部、角部等處的風荷載區(qū)別對待。在設計過程中應根據(jù)輕鋼建筑平立剖面的尺寸、建設地點以及建筑物未來所處的環(huán)境等條件，明確輕鋼建筑圍護系統(tǒng)的要求，并對板型及厚度、節(jié)點構造進行設計，確定自攻螺釘?shù)牟贾?，不能以“鋼結構節(jié)點由鋼結構公司完善”為由缺少相應的節(jié)點設計，使得施工單位在施工時隨意選用節(jié)點做法，從而導致輕鋼建筑產(chǎn)生質量隱患。設計人員在圖紙中應具體標明圍護系統(tǒng)中配件（自攻螺釘、鉚釘?shù)龋┑囊?guī)格，不能因為對輕鋼建筑圍護系統(tǒng)不熟悉而省略，從而導致施工和驗收缺乏依據(jù)，造成盲目施工、隨意施工以及無法驗收的現(xiàn)象發(fā)生。屋面板的抗風能力是由包括屋面板、檁條、支架（連接件）及其相互之間的連接等在內(nèi)的整個系統(tǒng)的抗風能力所決定的。針對輕鋼建筑屋面圍護結構的抗風能力，在風荷載標準值不小于0.45kN/m2或頻遇臺風的地區(qū)，建議采取如下的構造措施（當風荷載標準值特大時，尚應經(jīng)過計算）：1）屋面外板的基板厚度不小于0.476mm，材質不低于Q235（頻遇臺風地區(qū)應不低于Q345、Q550等）。2）屋面板型選用時采用穿透式連接的板型或360°直立鎖縫的咬口式板型。3）屋面板在山墻邊、天溝邊、屋脊、氣樓四周及屋脊、采光帶四周（圖7）均應采用抗風釘加強，具體應在每波谷內(nèi)打2顆自攻螺釘，沿山墻處間距不大于250mm打1顆抗風釘，且配防水墊片。1-采光帶；2-邊天溝；3-中天溝；4-屋脊；5-山墻；6-采光通風器；7-低跨屋面；8-高跨屋面圖7屋面構造示意4）屋面板固定支座材質不得低于Q235，與檁條連接時采用不少于2顆自攻螺釘錯位連接，卷邊不小于10mm，建議厚度t=1.0mm（風荷載標準值約為0.45?0.60kN/m2）,t=1.2mm（風荷載標準值大于0.60kN/m2、頻遇臺風地區(qū)應通過計算選用）。當屋面單坡大于27m時，屋面板支架采用滑動支架。5）采用咬合式屋面板時，在檁條位置處必須設置固定支座，不得漏設。6）為保證屋面板咬合質量，宜采用機械式咬合，咬合角度應符合要求。4.2施工安裝1）屋面板施工工藝：安裝屋面檁條一安裝拉條、校正檁條一安裝屋面第一排支架一屋面板扣合一屋面板鎖邊一安裝屋脊收邊板一自檢。2)咬口機要求：各加油嘴要定期加機油，使其潤滑；下面兩排輥輪要定期加油，保證其使用壽命；使用前，先啟動電機空轉，觀察是否正常，然后將機器放至兩板扣合處，并調整兩邊支腳高度，注意滾輪是否在所要壓的位置；正常情況下所要壓板的折彎寬度在11?15mm之間，否則機器很容易跑偏，必須保證兩板扣合處能緊密扣在一起，不能脫開，否則機器很容易脫離；開動機器，使用者必須跟隨機器走動，若前面兩板有脫開，必須停機把板扣合后再開機。5結語本文總結了輕鋼建筑屋面圍護結構在臺風中受到破壞的特點，從設計和施工兩方面分析了其破壞原因，在此基礎上給出了一些設計、施工建議，可供相