輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)及施工

輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)及施工摘要：調(diào)查輕鋼建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)災(zāi)破壞工程實(shí)況，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)M風(fēng)荷載作用下屋面板破壞情況，總結(jié)輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)及試驗(yàn)中受到破壞的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)和施工兩方面分析其破壞原因，在此基礎(chǔ)上給出一些設(shè)計(jì)、施工建議。關(guān)鍵詞：輕鋼屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)；破壞；抗風(fēng)承載力；施工措施0引言輕型門(mén)式剛架房屋結(jié)構(gòu)以其自重輕、施工周期短、綜合經(jīng)濟(jì)效益好、抗震性能好、造價(jià)低、易拆卸搬遷、利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)倍受投資者的青睞。但是，隨著輕鋼結(jié)構(gòu)這一行業(yè)的迅猛發(fā)展，也出現(xiàn)一些不容忽視的問(wèn)題，每當(dāng)各地有大的風(fēng)災(zāi)發(fā)生時(shí)，輕鋼結(jié)構(gòu)較其他結(jié)構(gòu)建筑往往遭受的破壞更嚴(yán)重。如2004年第14號(hào)臺(tái)風(fēng)“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(hù)廠房［1-2］。本文分析了輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)與試驗(yàn)破壞特點(diǎn)，提出了輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)的建議及構(gòu)造措施。1輕鋼建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)破壞特點(diǎn)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(tái)風(fēng)“?？钡顷憱|南沿海地區(qū)，臺(tái)州地區(qū)的某輕鋼項(xiàng)目出現(xiàn)屋面板局部被掀起的情況，而墻面板則沒(méi)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(duì)稱(chēng)而導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)，呈現(xiàn)如圖1所示的傾斜狀態(tài)；從現(xiàn)場(chǎng)來(lái)看，支架的活動(dòng)部件沒(méi)有脫離滑動(dòng)槽，其中問(wèn)題之一是支架的活

動(dòng)部件抗彎不夠，結(jié)果導(dǎo)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(méi)有咬合到位，支架幾乎沒(méi)變形，屋面板就脫開(kāi)了；且支架的自攻螺釘僅為1顆，導(dǎo)致受荷情況下，支架受力不對(duì)稱(chēng)，引發(fā)連鎖破壞效應(yīng)。圖1破壞實(shí)況（一）圖2破壞實(shí)況（二）2）破壞部位主要集中在檐口、屋脊、山墻周邊局部迎風(fēng)區(qū)域和自然通風(fēng)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(hù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)破壞特點(diǎn)2.1試驗(yàn)方法HV-470B屋面板支架試驗(yàn)共選取了4個(gè)試件，編號(hào)分別為470A、470B、470C和470D。試驗(yàn)支架布置及編號(hào)見(jiàn)圖3,試驗(yàn)加載采用鋪設(shè)沙袋分級(jí)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(shè)置位移計(jì)，記錄每級(jí)加載下的位移量，直到屋面板脫開(kāi)連接支架，得到屋面板的極限抗風(fēng)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(hào)。圖3HV-470B屋面板支架布置及編號(hào)2.2破壞形態(tài)屋面板脫開(kāi)檁條上的連接支架時(shí)，聽(tīng)到連續(xù)的拉開(kāi)聲音。從本試驗(yàn)可知，最中間的支架由于受荷最大，最先脫開(kāi)，荷載傳遞到旁邊的支架，導(dǎo)致旁邊支架也脫離屋面板，形成多米諾骨牌效應(yīng)。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(dòng)部件被拉直，最后從屋面板中拉出，見(jiàn)圖4;二是與檁條相連的固定部件滑槽受活動(dòng)部件的拉力作用而側(cè)向彎扭失穩(wěn)破壞，活動(dòng)部件與固定部件分離，見(jiàn)圖5。

圖4咬合部位拉開(kāi)破壞圖5滑槽上部板件失穩(wěn)破壞2.3試驗(yàn)數(shù)據(jù)4個(gè)HV-470B屋面板支架極限承載力見(jiàn)表1，中間支架荷載-變形曲線見(jiàn)圖6。表1HV-470B板支架極限承載力分析試件嘛號(hào)克架內(nèi)力骨配摩.妝腿編號(hào)槌限荷執(zhí)'kN8W蜻承受而荷枝1分配荒我支境角號(hào)忌荷卷&號(hào)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(jī)32-6時(shí)13.338KG672.3S5Z.-115ITCH)1/S21.3.13.45LL763],471Z,037如137試件編號(hào)支架內(nèi)力分配系數(shù)及編號(hào)分配系數(shù)支架編號(hào)極限荷載/kN總荷載8號(hào)支架8號(hào)支架承受面荷載/(kN?m-2)風(fēng)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(zhǎng)量/mm—47DA:■們0B;—4叫C;*4；0DNwf一卷圖6HV-470B試件8號(hào)支架受力變形曲線3輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞原因分析3.1設(shè)計(jì)缺陷據(jù)統(tǒng)計(jì)，鋼結(jié)構(gòu)中的設(shè)計(jì)不合理現(xiàn)象占工程事故的1/3左右，目前，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中存在著缺陷。常見(jiàn)的設(shè)計(jì)缺陷有:1）設(shè)計(jì)深度不足，導(dǎo)致施工方憑經(jīng)驗(yàn)、感覺(jué)施工。2）連接用的自攻釘、拉鉚釘?shù)脑O(shè)計(jì)承載力不足，致使自攻螺釘、拉鉚釘在風(fēng)吸力的作用下被拔出或拉斷。3）在風(fēng)荷載體型系數(shù)增大區(qū)域，未對(duì)相應(yīng)部位進(jìn)行構(gòu)造措施處理。4）與彩鋼板、扣件相連接的墻梁、檁條等次構(gòu)件，實(shí)際采用的構(gòu)造措施與理論計(jì)算模型不一致。在風(fēng)荷載的作用下，實(shí)際剛度不足。3.2施工質(zhì)量缺陷經(jīng)調(diào)查，在屋面施工過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)施工隨意性很大，不遵守操作規(guī)程。主要存在以下問(wèn)題：1）施工過(guò)程中對(duì)屋面圍護(hù)不注意保護(hù)，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(wèn)題。2）靠近山墻、檐口的區(qū)域，抗風(fēng)釘漏打甚至少打，造成灌風(fēng)現(xiàn)象，導(dǎo)致風(fēng)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(shè)，致使屋面板與扣件之間脫開(kāi)。4）咬口機(jī)的齒輪間隙調(diào)整不當(dāng)，不能咬合到位，且對(duì)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(shè)計(jì)要求［3］。4輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計(jì)建議4.1設(shè)計(jì)方面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)提出詳細(xì)連接極限承載力要求，必要時(shí)要求施工方通過(guò)試驗(yàn)確定連接極限承載力。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)建筑物的不同部位如檐口、女兒墻、端部、角部等處的風(fēng)荷載區(qū)別對(duì)待。在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)根據(jù)輕鋼建筑平立剖面的尺寸、建設(shè)地點(diǎn)以及建筑物未來(lái)所處的環(huán)境等條件，明確輕鋼建筑圍護(hù)系統(tǒng)的要求，并對(duì)板型及厚度、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行設(shè)計(jì)，確定自攻螺釘?shù)牟贾?，不能以“鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)由鋼結(jié)構(gòu)公司完善”為由缺少相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，使得施工單位在施工時(shí)隨意選用節(jié)點(diǎn)做法，從而導(dǎo)致輕鋼建筑產(chǎn)生質(zhì)量隱患。設(shè)計(jì)人員在圖紙中應(yīng)具體標(biāo)明圍護(hù)系統(tǒng)中配件（自攻螺釘、鉚釘?shù)龋┑囊?guī)格，不能因?yàn)閷?duì)輕鋼建筑圍護(hù)系統(tǒng)不熟悉而省略，從而導(dǎo)致施工和驗(yàn)收缺乏依據(jù)，造成盲目施工、隨意施工以及無(wú)法驗(yàn)收的現(xiàn)象發(fā)生。屋面板的抗風(fēng)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(gè)系統(tǒng)的抗風(fēng)能力所決定的。針對(duì)輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)能力，在風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值不小于0.45kN/m2或頻遇臺(tái)風(fēng)的地區(qū)，建議采取如下的構(gòu)造措施（當(dāng)風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值特大時(shí)，尚應(yīng)經(jīng)過(guò)計(jì)算）：1）屋面外板的基板厚度不小于0.476mm，材質(zhì)不低于Q235（頻遇臺(tái)風(fēng)地區(qū)應(yīng)不低于Q345、Q550等）。2）屋面板型選用時(shí)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(yīng)采用抗風(fēng)釘加強(qiáng)，具體應(yīng)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(fēng)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(fēng)器；7-低跨屋面；8-高跨屋面圖7屋面構(gòu)造示意4）屋面板固定支座材質(zhì)不得低于Q235，與檁條連接時(shí)采用不少于2顆自攻螺釘錯(cuò)位連接，卷邊不小于10mm，建議厚度t=1.0mm（風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值約為0.45?0.60kN/m2）,t=1.2mm（風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值大于0.60kN/m2、頻遇臺(tái)風(fēng)地區(qū)應(yīng)通過(guò)計(jì)算選用）。當(dāng)屋面單坡大于27m時(shí)，屋面板支架采用滑動(dòng)支架。5）采用咬合式屋面板時(shí)，在檁條位置處必須設(shè)置固定支座，不得漏設(shè)。6）為保證屋面板咬合質(zhì)量，宜采用機(jī)械式咬合，咬合角度應(yīng)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(jī)要求：各加油嘴要定期加機(jī)油，使其潤(rùn)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(dòng)電機(jī)空轉(zhuǎn)，觀察是否正常，然后將機(jī)器放至兩板扣合處，并調(diào)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(jī)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(kāi)，否則機(jī)器很容易脫離；開(kāi)動(dòng)機(jī)器，使用者必須跟隨機(jī)器走動(dòng)，若前面兩板有脫開(kāi)，必須停機(jī)把板扣合后再開(kāi)機(jī)。5結(jié)語(yǔ)本文總結(jié)了輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)在臺(tái)風(fēng)中受到破壞的特點(diǎn)，從設(shè)計(jì)和施工兩方面分析了其破壞原因，在此基礎(chǔ)上給出了一些設(shè)計(jì)、施工建議，可供相