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轻钢结构厂房房屋容易被台风破坏是为什么?

编辑:山东淄博绿之源建材有限公司  时间:2018-04-28

轻钢结构厂房房屋破坏情况

       台风“莫兰蒂”于2016年9月15日凌晨3点在厦门市沿海登陆。登陆时强台风级别为15级(48米/秒)。此次台风为当年最强台风,建国以来历史第2强。本项目受台风直面袭击,现场一片狼藉,损失较重。

        台风过后,对现场进行勘查发现:厂房主体钢架及基础完好;围护系统中屋面破坏严重,而墙面围护破坏较小。在有混凝土附属房屋遮挡处,以及背风面,风速降低,屋面的破坏明显减轻。

         从屋面板的损坏部位来看,损坏多发生屋面边缘、屋脊等部位,破坏形式是彩板变形、被掀起、在支座节点处破损脱离。

 

屋面板的破坏形式有以下几种:

彩钢板脱离支座被掀起

屋脊屋面彩板大面积被台风掀起吹走

高跨范围的屋面彩板全部掀起破坏

局部一条屋面彩板条状撕开,保温岩棉外露

屋面彩板起鼓、咬口接缝松动,保温岩棉外露

屋脊盖板被风掀起

屋面彩板被外物刮破、致损

        在厂房屋檐、屋脊、屋面角部等边缘区域屋面板破坏最严重。彩板支座被拉变形破坏、支座铆钉被拔出或拉断,甚至整片屋面板脱离结构檩条。屋面板边缘带先发生局部破坏,然后引发更大面积的损坏。

被掀起的屋面板堆积于屋面上


轻钢结构厂房破坏原因分析

以下从设计和施工现场情况两方面,分析此次风致损失的原因。

1.工程设计方面:

1.1 在屋檐、屋脊、屋面角部等边缘带,风荷载体型系数比较大,设计需对檩条间距和固定点加密。勘查中发现,现场大面积掀起破坏区域,在屋面边区及角部的彩板与结构檩条的支座间距与中间区相同,未进行加密,是抗风的薄弱部位。

1.2 屋面彩板与结构檩条的连接需进行加强。在强风下,只要有一个屋面板连接支座脱离檩条,其相邻的支座受力必然增大,导致支座被连续被拉拔破坏(或者彩板脱离支座),进而导致破坏范围扩大。

1.3 当屋面板采用自攻螺钉与檩条连接,在风吸力作用下,屋面板由周边支承变为点支承,应验算自攻螺钉的抗拔承载力。

当屋面板采用锁边咬合连接,则应保证支座的刚度和强度,计算支座与檩条连接的自攻螺钉抗拔承载力。

2.现场施工方面的原因

2.1 未根据项目特点进行防台风施工组织。2016年台风“莫兰蒂”登陆厦门,适逢天文大潮期,大风、暴雨和风暴潮三碰头。风来临时,本项目屋面板全部铺设完毕,但是局部外墙内板和内隔墙尚未安装。

        结构设计时按封闭式房屋考虑,而现场形成了部分封闭式房屋或开敞式房屋,风荷载作用的体型系数相差很大。对于有三面墙体与屋面形成了兜风的“袋口”形房屋,根据《荷载规范》单面开敞式双坡屋面开口迎风屋面体型系数高达-1.3,远大于封闭式房屋。施工过程中房屋体型的变化,是风致损失不可忽视的因素。对于可能受台风影响的项目,施工组织设计时应综合考虑施工顺序。

        本案例的场地南面临海,如果考虑主钢架的有利遮挡作用,先施工最北侧厂房围护结构。围护结构先施工屋面板,再施工迎风面墙板→侧面墙板→背风面墙板,避免形成“大袋口”形兜风房屋,使施工中的房屋一直保持有利的抗风体型。

 

2.2 屋面板的直立锁边施工质量不到位:

屋面板直立锁边支座

        屋面板采用支座+360°直立锁边形式,安装需专用电动锁边机,而且一定要锁匀、锁牢,密封胶要充满密实。咬合不均、咬合不完全等施工质量缺陷,将大幅降低连接强度。在大型空间结构屋面系统中,也可以采用抗风夹加强屋面板抗风揭能力

抗风夹加强屋面板抗风揭能力

2.3 屋面板T型支座的施工质量不到位。连接螺栓配置不足,或者未完全紧固,导致支座底板与檩条没有完全贴合,连接承载力低。在强风吸力作用下,支座从檩条上拔出,造成整块屋面板的掀起破坏。

2.4 檐沟、屋脊盖板、侧墙女儿墙盖板等部位的构造不合理、连接强度不足,造成屋面局部破坏。

 

防御台风灾害的工程对策

a. 重视围护系统的设计。轻钢房屋的主刚架、檩条、墙梁按照现行规范设计,破坏现象很少。大风造成的破坏主要集中在二次结构、围护系统和附属结构上,需加强连接的强度和构造。

b. 重视施工质量。做好屋面彩板锁缝、连接支座、拉铆钉等的施工质量控制。

c. 重视台风区的轻钢房屋施工组织设计。制定抗风施工组织方案,使施工中的轻钢房屋保持有利的抗风体型,尽可能减小风灾损失。


再补充一些高层建筑抗风的知识

建筑的设计风荷载

        结构抗风,可分为建筑表皮围护结构和主体结构两个方面。对于超高层建筑来说,最主要的围护结构就是玻璃幕墙。通常是通过风洞试验,测试表面风压系数和阵风系数,得到设计围护结构的风荷载。

台风导致的玻璃幕墙破坏

        主体结构的抗风设计,包括测试和分析风荷载取值,计算结构在风荷载作用下的响应,从而评价结构方案的安全性和舒适性。

        当建筑超过一定高度后,风致响应可能比地震响应更大,成为控制主体结构设计的主要作用。这时应谨慎对待风荷载的取值,通常需要借助风洞试验和数值模拟。

        通过风洞实验,不仅得到建筑表面的荷载,也得到施加到动力模型上的风振响应。目前主要用频域的方法,并用CQC或SRSS方法等进行振型组合。


        在完成以上分析之后,得到结构的最大风致响应,并进一步得到“等效静风荷载。所谓的等效静风荷载,是把风荷载的最大动力作用等效转化为静力荷载,方便设计计算。

         一般的方案修改建议和抗风措施包括,对建筑表面进行处理(如表面增加竖条以改变粗糙度)、调整整体或部分体型以改变所受气动荷载、设置阻尼器等。

        轻钢结构厂房结构的气动荷载与建筑体形密切相关。通过对建筑外形的精心设计,以减少结构风荷载是一个高效的方法。超高层建筑体型比选和优化是一个重要的研究课题。


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