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摘要：以深圳某车站金属屋面工程实例为背景，通过计算和试验手段，对拟定的直立锁边金屋面系统的抗风掀性能进行测试，并将试验结果与设计值进行比较，结果表明直立锁边金属屋面系统中，抗风夹对系统的咬合力起关键作用，对系统的抗风掀性能起关键作用。
关键词：直立锁边；金属屋面系统；抗风掀性能；试验研究；数值分析
金属屋面系统是以具有自防腐能力、高强、轻质、耐久的钛锌、铜、镀铝锌彩板等金属薄板及铝镁锰合金、不锈钢薄板作为面板，配以保温、隔热、防火、吸声等材料，组装的建筑屋面系统。近三十年，由于其质轻，美观及施工速度快等优点，在我国建筑工程中得到了广泛的应用。
其按照系统形式可分为：直立锁边系统、平锁扣式系统、古典式扣盖系统、压型板系统、平面板条系统、单元板块式系统等。
金属屋面系统在设计时应主要从建筑和结构两个方面来考虑其性能，建筑方面应结合绿色环保的概念考虑正常使用时应需要满足的功能，如防水、防火、防雷、耐久性、声学性能以及热工性能等。结构设计应首先满足安全的要求，各构配件必须具有相应的承载力，为满足抗风所需要的必要的加强措施，需要在系统中加入相应的附属装置。
一、直立锁边金属屋面系统
直立锁边金属屋面系统是通过带肋的金属板互相咬合，从而达到防水目的的一种新型、先进的屋面系统。其主要结构形式是：首先将T型固定支座（一般为铝合金材质）固定在主结构檩条上，再将屋面金属板扣在固定座的梅花头上，最后用电动直立锁边机将屋面板的搭接扣边咬合在一起。因支承的办法是隐藏在面板之下，在屋面上看不见任何穿孔，因而防水性能很好。屋面板块与结构基层的连接办法是采用铝合金固定支座与板块的直立锁咬合形成密合的连接。固定支座仅限制屋面板在板宽方向和上下方向的移动，并不限制屋面板沿板长方向的移动，因此屋面板在温度变化时能够在固定座上沿板的长向自由伸缩，不会产生温度应力，这样便有效解决了其他板型难以克服的温度变形问题，保证了屋面性能的可靠性。
工程实践中屋面板与支座的咬合连接经常在设计计算中受到忽视，由此在负风压工况下对屋面出现破坏的状况。本文结合某直立锁边金属屋面分析其抗风掀性能及加强措施。
二、某车站雨棚金属屋面概况
深圳某车站雨棚分为（站房）南北两部分，单侧东西垂直股道方向长274m、南北顺股道方向130m，屋盖呈连续波浪型，屋盖高约18m。
屋盖结构构成示意可见下图1。
图1 屋盖结构构成示意
上方屋面板结构由龙骨、钢承板、铝镁锰板构成。由图1可看到，主体钢结构上设置屋面板龙骨（方钢60x60x3mm），龙骨与主体钢结构焊接；上覆1.0mm厚钢承板，型号为YX75-305-915镀铝锌压型钢板，钢承板与龙骨通过螺钉连接，钢承板上方覆盖1.0mm厚铝镁锰板YS-600-65，连接固定件为铝支座脚码、灯笼铆钉连接。
1、 设计荷载及组合
1.1 风荷载计算取值如下表1
表1 风荷载取值
2.25（檐口）-
1.2 设计组合
承载力（强度）验算时采用以下组合：
风吸：1.4风
风压：1.2恒+1.4风+1.4x0.7活
正常使用工作状态变形验算时采用以下组合：
风吸：1.0风
风压：1.0恒+1.0风+0.7活
注：计算复核时考虑结构重要性提高系数
2、屋面板结构计算
2.1 YS-600-65铝镁锰板
2.2铝镁锰板连接及紧固件
铝镁锰板通过两侧的直立锁边与T码360度咬合，锁边的咬合承载力应由试验或现场实测值确定。
直立锁边处每隔0.915m处设有1个T码，考虑板宽600mm，即每间隔0.6x0.915m的范围内有1个T码，0.6x0.915m范围内风吸力1.1x1.4x2.48x0.6x0.915=2.09kN，另考虑1.2的富余系数，即需要每个T码或没0.915m直立锁边需提供的承载力应不小于2.09x1.2=2.5 kN。
图5 钢承板跨度示意
钢承板通过每波谷2颗直径4.8mm的螺钉与龙骨连接，龙骨60x60x3mm，螺钉入龙骨大于3.0mm，取1m板带，共有6颗螺钉，结合钢承板跨度3.5m，即每1.0x3.5m范围内有6颗螺钉，风吸工况每颗螺钉受力为：1.1x1.4x2.48x1.0x3.5/6=2.22KN，经计算，每颗螺钉的承载能力为2.32KN，受力2.22KN<承载能力2.32KN，满足要求。
以上的金属屋面结构计算可知：铝镁锰板通过两侧的直立锁边与T码360度咬合，锁边的咬合承载力应由试验或现场实测值确定，直立锁边与T码360度咬合承载力是风吸工况下金属屋面系统安全的关键。
三、抗风掀试验状况
本车站直立锁边金属屋面系统按实际施工情况进行了抗风掀试验，试验的具体情况如下：
从以上的两次试验结果比较可以得出：本车站雨棚屋面直立锁边金属屋面系统的抗风掀能力，在每个T夹处附加铝合金抗风夹的情况下，抗风承载力P=-1500Pa，小于设计值，不能满足要求。如果不加抗风夹，更不能满足结构安全要求。
本项目采用加钢质抗风夹的形式，满足设计要求。说明抗风夹对此类直立锁边金属屋面系统的搞风掀能力起到十分重要的作用。
四、结语
住建部现行标准《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012中第6.6.5条 压型金属板和T形支座的受压和受拉连接强度应进行验算，必要时可按试验确定。但《规程》中并没有给出进行验算压型金属板和T形支座的受压和受拉连接强度的方法，本文的设计计算中，锁边的咬合承载力亦是由试验或现场实测值确定。在工程实践中，设计施工人员可能没有充分考虑金属屋面受向上风吸工况对直立锁边金属屋面的影响和破坏，由此直立锁边金属屋面系统局部被强风掀翻的情况已在各地发生多起，不但是可能在已建成投入使用的工程存有潜在危险，而且成了此类金属屋面系统在工程中进一步应用的隐患。
提高直立锁边金属屋面系统抗风掀能力，防止局部掀翻的有效对策是多方面的，对已建工程可在风吸力大的局部屋面增设加强夹的做法是一个行之有效并且投入不多的办法；对待建工程，可改进板型、选用新型固定座、加强连接及固定能力等有效的方法，提高直立锁边金属屋面系统及其零配件系统的抗风吸力强度、不仅计算要进行，更有必要通过试验得出相应参数，而且还要通过施工工艺改进，真正实现抗风强度提高，以保证金属屋面的安全可靠。
参考文献
【1】 某车站金属屋面整改方案2012年6月
【2】 某航站楼顶部昨被大风掀开．北京青年报，2011．11．
【3】 GB 50429-2007，《铝合金结构设计规范》
【4】 GB 50576-2010，《铝合金结构工程施工质量验收规范》
【5】 GB 50018-2002，《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
【6】 JGJ 255-2012， 《采光顶与金属屋面技术规程》
【7】 检测报告：《某车站金属屋面系统抗风承载力测试检测报告》
卓思建筑应用科技顾问（珠海）有限公司，2012．8．
论文作者:吴耀勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/12
标签：屋面论文; 金属论文; 系统论文; 抗风论文; 屋面板论文; 承载力论文; 支座论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;