金属屋面系统抗风揭性能影响因素研究.pdf

建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 21 期 2023 年 11 月Vol.54 No.21 Nov.20232635金属屋面系统由于强度高、耐久性好、节能和防水性能优异、外形美观，加上预制程度高、施工周期短和设计风格灵活等特点，已被广泛应用于高铁站、体育馆、会展中心、机场航站楼及工业厂房等大型建筑领域12。我国自然环境变化异常，特别金属屋面系统抗风揭性能影响因素研究李兆辉，李俊鹤，苏建锋，岳晓灿（中钢集团郑州金属制品研究院股份有限公司，450001，郑州）摘要：基于铝镁锰屋面系统和压型钢板屋面系统日常试验检测的数据和经验，从屋面板类型、支架类型、咬合连接形式、檩条间距、抗风夹分布及尺寸、保温层和安装质量等方面研究了金属屋面系统抗风揭性能的影响因素。关键词：金属屋面系统；抗风揭性能；影响因素中图分类号：TU 74 文献标志码：A 文章编号：10004726(2023)21263504influence factor stuDy on winD uplift resistance capacity of metal roof system LI Zhao-hui,LI Jun-he,Su Jian-feng,YuE Xiao-can(Sinosteel Zhengzhou Steel Wire Products Research Institute Co.,Ltd.,450001,Zhengzhou,China)abstract:Based on routine experimental data and experience of AlMgMn roof system and profiled steel plate roof system,this paper studies influence factor on wind uplift resistance capacity of metal roof system,such as roof board type,holder type,occlusal connection form,purline distance,distribution and dimension of windresistance clamp,heat insulating layer and installation quality.Keywords:metal roof system;wind uplift resistance capacity;influence factor收稿日期：20230925作者简介：李兆辉（1990），男，河南叶县人，工程师，email:大幅提高。钢筋点云效果图如图 5 所示，钢筋绑扎点如图 6 所示。图5 钢筋点云效果图 图6 最终绑扎节点5 结束语对于人工钢筋绑扎，要想快速地完成绑扎动作，要求工人技巧熟练，由于工人精力有限，时常会出现绑扎不牢靠、漏掉一些重要绑扎部位、重复绑扎等失误，影响 PC 构件的生产质量，严重的还会返工重新生产。虽然国内外智能钢筋绑扎系统已经有一定程度的研究进展，但仍需要固定钢筋摆放间距等问题导致难以推广应用，研究基于视觉识别的智能钢筋绑扎机器人不仅能实现精确绑扎还提高了 PC 构件钢筋绑扎的生产效率和生产质量，降低生产成本应用前景广阔。参考文献1 韩靓.智能制造时代下机器人在建筑行业的应用 J.建筑经济,2018,39(3):2327.2 苏世龙.智能建造机器人应用技术研究J.施工技术,2019(22):25.3 赵峰,王要武,金玲,等.2019 年建筑业发展统计分析 J.工程管理学报,2020,34(2):15.建 筑 技 术第 54 卷第 21 期2636是沿海地区，台风天气较多，金属屋面系统的抗风揭性能直接关系建筑物的使用和安全3。目前国内对于金属屋面系统抗风揭性能影响因素的研究还比较少。针对不同地区，金属屋面系统的设计除了要考虑安全、防水和节能等使用因素外，还需要考虑成本、维修等经济因素。如何提升抗风揭性能，设计出安全可靠且经济性好的金属屋面系统，已成为各建筑相关单位关注的重点。基于金属屋面系统抗风揭性能日常检测的试验结果和经验，对抗风揭性能的影响因素进行分析研究，可为金属屋面系统的设计、施工及应用提供 参考。1 研究对象金属屋面系统一般主要包括檩条、底板、吸声层、转换件、隔汽层、保温层、衬檩、支架、金属屋面板等部件，对于无隔声、保温和防潮等功能要求的屋面系统，可仅有檩条、支架和金属屋面板组成。目前工程上常用的金属屋面系统主要有两类，直立锁边铝镁锰合金屋面系统和压型钢板屋面系统，主要以这两类屋面系统为研究对象。1.1 直立锁边铝镁锰合金屋面系统常见的屋面板类型有 300 型、330 型、400 型和 430 型等，肋高一般为 65 mm，标称厚度常见为1 mm，如图 1（a）所示，配合铝合金 T 形支架，其连接方式为 270咬合连接，如图 2（a）所示。有效宽度肋高公边母边（a）有效宽度肋高公边母边（b）有效宽度母边公边肋高（c）图 1 屋面板截面示意（a）铝镁锰屋面板；（b）470/475 型压型钢板；（c）788/820 型压型钢板1.2 压型钢板屋面系统以工程上常用的 360咬合连接的压型钢板屋面系统为研究对象，常用的屋面板类型有 470 型、475 型、788 型、820 型等，标称厚度常为 0.6 mm，如图 1（b）和图 1（c）所示，配合钢质滑动支架（其中 788/820 型屋面板还需安装中支架），咬合连接方式如图 2（b）所示。抗风夹自攻钉屋面板T 形支架（a）抗风夹屋面板自攻钉滑动支架（b）图 2 咬合连接示意（a）270咬合连接；（b）360咬合连接2 试验设备及安装本文所述试验过程和结果均为静态抗风揭试验，试 验 方 法 依 据 GB 502052020 钢 结 构 工程施工质量验收标准4附录 C，试验设备为型号 PBMJ7537 的屋面综合试验机，最大风荷载为 15 000 Pa，样 品 安 装 框 架 的 尺 寸 为 7 980 mm 3 930 mm，屋面板长度为 7 980 mm。2.1 铝镁锰屋面系统安装（1）根据檩条间距划线定位，将檩条通过角钢固定在设备升降梁上。（2）通过自攻钉将底板固定在檩条上。（3）按照设计图纸要求，将吸声层、转换件、隔汽层、保温层、衬檩等逐层安装。（4）根据屋面板宽度，在衬檩上划线，标记支架位置，然后将厚度为 0.15 mm 的聚乙烯塑料薄膜打褶铺设在衬檩上方，起到密封屋面板作用，并能使气压均匀地作用在屋面板上。（5）在标记位置通过自攻钉将支架固定在衬檩上。2637李兆辉，等：金属屋面系统抗风揭性能影响因素研究（6）将一块屋面板的公边卡在支架上，然后用另一块屋面板的母边与其咬合，其余屋面板循环交替进行，最后用锁边机将咬合部位锁紧。（7）样品安装框架四周采用 C 形夹将屋面板夹紧固定，最后根据设计图纸要求安装抗风夹，夹紧咬合部位。对于无底板和功能层要求的屋面系统，步骤（2）和（3）可省略。2.2 压型钢板屋面系统安装压型钢板屋面为 360咬合连接，因此支架的安装和屋面板的咬合方式与铝镁锰屋面不同，其安装方式如下。先用支架卡住屋面板的公边，用自攻钉将支架固定在衬檩上，然后用另外一块屋面板的母边与公边咬合，其余屋面板循环交替，最后用锁边机将咬合部位锁紧。其余安装同铝镁锰屋面系统。3 试验结果和破坏形式3.1 试验结果汇总共汇总出日常检测的 24 批样品，其中铝镁锰屋面系统 17 批，编号为 117，包括 400/430 型屋面板 13 批，300 型/330 型屋面板 4 批，试验结果见 表 1。表 1 铝镁锰屋面系统抗风揭试验结果样品编号檩条间距/mm檩条数量/根屋面板类型屋面板数量抗风夹分布抗风夹长度是否有保温层破坏时压力值/Pa抗风揭压力值/Pa11 5006430 型 10未装是2 3002 10021 4006430 型10未装是2 4002 10031 2007430 型10全装60否4 2003 50041 2007430 型10全装60否4 5004 20051 5006430 型10全装60是5 6004 90061 3006430 型10全装60是6 3005 600775011430 型10全装60是7 1007 000870011400 型10部分装（图3）60否2 2002 10091 3756400 型10全装60否3 9003 500101 3006400 型10全装60否3 9003 500111 2007400 型10全装60否4 2003 500121 2007400 型10全装100否5 7005 600131 0008400 型10全装100否7 0006 300141 5006300 型13部分装（图4）60是3 2002 800151 0008300 型13全装60否7 3007 000161 5006330 型13全装100否6 8006 300171 0008300 型13全装100否8 9008 400注：抗风夹全装表示每个支架上方均安装抗风夹。压型钢板屋面系统 7 批，编号 18 号 24 号，包括 470 型/475 型屋面板 4 批，788 型/820 型屋面板3 批，试验结果见表 2。样品抗风夹分布示意如图 3、图 4 所示。表 2 压型钢板屋面系统抗风揭试验结果样品编号檩条间距/mm檩条数量/根屋面板类型屋面板数量抗风夹分布是否有保温层破坏时压力值/Pa抗风揭压力值/Pa18 号 1 5006475 型9未装否2 1001 40019 号 1 5006470 型9未装否2 1001 40020 号 1 5006475 型9全装否2 3002 10021 号 1 0008475 型9未装是3 0002 80022 号 1 3006820 型5未装是1 7001 40023 号 1 5006788 型6全装是2 1001 40024 号 1 5006820 型5全装否2 1001 400仅支架屋面板咬合线檩条上：抗风夹下：支架图 3 8 号样品抗风夹分布示意檩条仅支架屋面板咬合线上：抗风夹下：支架图 4 14 号样品抗风夹分布示意3.2 破坏形式3.2.1 铝镁锰屋面系统铝镁锰屋面系统抗风揭试验过程中，当风压作用到屋面板上的力超过屋面板咬合力+抗风夹夹紧力时，屋面板就会产生破坏，其常见破坏形式如下。（1）对于较小风压下破坏的屋面系统，屋面板与支架脱开，导致屋面板掀起，但抗风夹仍夹紧在屋面板上，屋面板咬合处未开口。（2）对于较大风压下破坏的屋面系统，抗风夹、屋面板及支架瞬间相互脱开，导致屋面板掀起，屋面板咬合处开口。拆开屋面板后发现，支架产生变形。3.2.2 压型钢板屋面系统压型钢板屋面系统的破坏形式主要表现为：屋面板与支架脱开，导致屋面板掀起，但由于抗风揭压力值较低，屋面板咬合处未开口。拆开屋面板后发现，支架变形严重，卡扣位置基本被拉平。建 筑 技 术第 54 卷第 21 期26384 影响因素分析4.1 铝镁锰屋面系统4.1.1 抗风夹由 1 号、2 号、8 号和 14 号样品可知，在未安装抗风夹的情况下，各类型屋面板的抗风揭性能均较低；即使在部分位置安装少量抗风夹，对抗风揭性能的提升作用也不大，屋面的破坏首先会出现在没有抗风夹的位置。由 3 号、4 号、9 号 11 号和 15 号样品可知，在抗风夹全装的情况下，能明显提升抗风揭性能，特别对于 300 型屋面板，提升效果更大。由 12 号、13 号、16 号和 17 号样品可知，若抗风夹长度增加，其夹紧面积更大，夹紧效果更加明显，可进一步显著提升屋面系统的抗风揭性能。4.1.2 檩条间距分别对比 5 号 7 号、12 号和 13 号、16 号和 17号样品可知，檩条间距减小，檩条数量增加，对应的支架和抗风夹数量也随之增加，可提升抗风揭性能。4.1.3 保温层对比 3 号、4 号和 5 号、6 号样品可知，即使 5号、6 号样品的檩条间距稍大，但由于存在保温层，其抗风揭性能更高，说明保温层可提高屋面系统的抗风揭性能。4.1.4 屋面板类型对比 13 号和 17 号样品可知，相同条件下，300型屋面板的宽度小，刚度大，抗变形能力强，且所需屋面板数量多，对应的支架和抗风夹数量也多，其抗风揭性能比 400 型更高。对比 7 号和 15 号样品，430 型屋面板即使檩条间距小于 300 型，且存在保温层，但最终两个样品的抗风揭性能相当。4.1.5 其他因素在日常检测中发现，部分屋面板的弹性较大，其抗风揭性能较常规屋面板低，其原因在于屋面板弹性过大，锁边时较为困难，锁边后咬合处产生回弹，释放了部分咬合力，导致抗风揭性能降低。此外，电动锁边机由于长时间的使用，导致挤压轮之间的间隙变大，锁边质量降低，抗风夹夹紧效果下降，也会导致屋面系统抗风揭性能下降。4.2 压型钢板屋面系统4.2.1 抗风夹压型钢板屋面板的连接方式为360咬合连接，与其配合的滑动支架卡扣一般采用的是 0.6 mm 厚的钢板，强度和刚性较差，在抗风揭试验过程中，支架卡扣位置易发生变形，导致与屋面板脱开，所以其抗风揭性能较低。分别对比 18 号 20 号、22 号和 24 号样品可知，抗风夹对抗风揭性能的提升有一定作用，但并不明显，其原因在于此类抗风夹的夹紧力较小，支架卡扣被拉平后，容易与屋面板和抗风夹脱开。4.2.2 檩条间距和保温层对比 18 号和 21 号样品可知，增加保温层、减小檩条间距，可提升抗风揭性能。4.2.3 屋面板类型对比 20 号和 24 号样品可知，475 型屋面板宽度小，所需屋面板数量多，对应的支架和抗风夹数量也多，抗风揭性能比 820 型更高。4.2.4 支架卡扣厚度日常试验中发现，部分支架卡扣采用厚度为0.8 mm 的钢板制成，比常规的 0.6 mm 强度和刚度较好，抗变形能力强，对抗风揭性能有一定的提升作用。5 结论通过对金属屋面系统抗风揭检测的日常试验数据和结果进行研究，分析了抗风揭性能的相关影响因素，结论如下。（1）对于铝镁锰屋面系统，可通过安装抗风夹、增加抗风夹长度和数量、减小檩条间距、增加保温层等措施，显著提高抗风揭性能。且相同条件下，300/330 型屋面板的抗风揭性能明显优于 400/430 型屋面板。（2）对于360咬合连接的压型钢板屋面系统，可通过安装抗风夹、减小檩条间距、增加保温层、增加支架卡扣钢板厚度等措施，在一定程度上提高抗风揭性能。且相对于 788/820 型屋面板，宽度较小的 470/475 型屋面板的抗风揭性能更高。但相比于铝镁锰屋面系统，由于咬合连接方式的原因，此类屋面系统的抗风揭性能上限不高。参考文献1 马志杓，隋松瑞，刘志鑫，等.金属屋面系统抗风揭试验解析J.建筑技术，2022，53(8):10251028.2 姚志东，侯兆新，陈宝林，等.金属屋面抗风揭性能的检测及评定 J.工业建筑，2020，50(增):354356.3 秦国鹏，刘美思，刘毅，等.金属屋面系统抗风揭性能的试验研究 J.钢结构，2016，31(3):2628.4 钢结构工程施工质量验收标准:GB 502052020S.