建筑金属围护系统抗风性能检测方法.doc

建筑金属围护系统抗风性能检测方法.doc建筑金属围护系统抗风性能检测方法
彭耀光，唐建伟，鲁胜虎
（澳门金属结构协会澳门）
摘要：金属屋面板属于薄板结构，具有质量轻、柔性大、阻尼小、自振频率低的特点，属于风敏感性结构， 所以风荷载是金属屋面的主要荷载之一，由于建筑的特殊造型和金属围护产品的多样化，人们即使参照某 些已有的资料也很难对金属围护系统构件的截面特性和实际抗风性能进行准确的评估。为正确评估金属围 护系统的结构性能，需对金属围护系统做抗风承载力检测， 采用科学的检测方法对金属围护系统进行检测，
有助于对金属围护系统的实际性能做岀合理的评估。本文通过分析，论述了金属围护系统的实验室静压箱 检测法及对金属围护系统进行动态风荷载检测的必要性。
关键词：金属围护系统 抗风承载力 静态抗风压检测 动态抗风压检测 金属疲劳效应
前言
20世纪70年代末我国也开始了对金属屋面的应用，经过 30多年的发展，已广泛的应
用于各种工业和民用建筑中。 然而金属屋面在我国的使用状况并不太理想， 许多金属屋面工
程在使用中出现问题。如 2007年一场突然大风造成某机场主候机楼金属屋面破坏，面板掀
起约100平方米（图1），屋顶内部上部 PC板几乎吹落或掀起，面积约 3000平方米，该候
机楼屋顶按GB50009-2006年版50年一遇基本风压设计，原设计能抗 12级大风，机场航站
气象台记录当时风速为 29m/s，相当于11级大风，屋面破坏时风压未超过设计风压，面板 破坏处T形支座、主次檩条连接均良好，是由于屋面板卷边扣合拉脱导致屋面破坏；另有 2012因受台风影响某火车站园区站房金属屋面
遭到破坏（图2），该火车站园区金属屋面按 GB50009-2006年版设计应能抗12级台风，但
在10级大风破损，原因是直立边锁扣抗负风压强度不够。
图1某机场屋顶破坏照片 图 2某火车站园区站房金属屋面损坏照片
上述被风吹坏的金属屋面都是在未达到风荷载设计值出现破坏， 出现这种情况的原因是
金属屋面围护系统的应用在国外已有相当长的历史，其产品、设计、检测等相对完善，而我 国早期的金属屋面主要是穿透式的， 后来从国外大量引进扣合、咬合等隐藏式固定的压型金
属板屋面系统，在压型金属屋面系统应用中的技术和标准等相对滞后， 因此不能通过计算准
确的评估金属屋面产品的承载力。 金属屋面板属于薄板结构， 具有质量轻、柔性大、阻尼小、
自振频率低的特点，属于风敏感性结构， 所以风荷载是大型金属屋面的控制荷载之一； 尽管
在设计阶段依据荷载规范对金属屋面的抗风承载力进行了计算， 但都是对单一构件的结构承
载力进行计算，再将最小破坏荷载作为金属屋面的极限承载力， 这显然是不对的，因为在屋
面系统的设计阶段还需要通过模拟风荷载作用的检测方法对屋面系统的结构性能进行评估。
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金属围护系统抗风性能检测方法的发展
对金属围护系统影响较大的荷载为以 （负）风荷载为主的均布荷载， 因此对金属围护系
统的试验检测应采用的理想加载方式为均布荷载而非集中荷载。 金属围护系统发展早期，受
当时技术条件的限制，对金属屋面进行检测是采用沙袋或水袋来进行加载， 但随后人们发现
采用沙袋或水袋进行加载的均匀性较差且沙袋和水袋只能提供正向的压力， 要模拟风荷载的
负压作用则需要将屋面板反向安装，这样在检测系统时就无法对金属屋面做出评估；此外， 该方法只能对单板金属屋面系统进行检测，无法对有金属底板的屋面系统进行检测。对图 3
所示的金属屋面系统上施加正向荷载时只对上部的金属面板和檩条结构产生作用， 如果将此
金属屋面系统反向安装进行加载时， 则只有屋面系统的金属底板受力， 金属面板则不会受力，
所以采用沙袋或水袋进行加载的检测方法不理想。 随着技术的进步就出现了当下采用较多的
气囊（薄膜）加载（图 4）测试方法。从金属屋面的检测方法发展上来看，尽管施加荷载的 均匀性有所改进，但与实际风荷载对金属屋面的作用效果仍有一定的差距， 仍不能很好的反
映出风荷载对金属围护结构的影响。
图4气囊加载
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以采用气囊（薄膜）的加载方式对直立锁边金属屋面加载为例， 气囊加载的原理是利用
往气囊中充入空气时气囊膨胀对金属屋面产生向上的推力。 为保证气囊气密性良好就要求气
囊连续不能有穿孔，从金属屋面受力上看，采用气囊加载与采用水袋加载对屋面的效果几乎 相同，只是测试时无需将金属屋面系统反向安装， 同样不能真实反映风荷载对金属屋面的作
用效应。具体表现在：（图 5），而
实际上当金属屋面系统受负风荷载作用时整个屋面板是均