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輕鋼結構廠房房屋容易被台風破壞是為什麽?

輕鋼結構廠房房屋破壞情況

       台風“莫蘭蒂”於2016年9月15日淩晨3點在廈門市沿海登陸。登陸時強台風級別為15級(48米/秒)。此次台風為當年最強台風,建國以來曆史第2強。本項目受台風直麵襲擊,現場一片狼藉,損失較重。

        台風過後,對現場進行勘查發現:廠房主體鋼架及基礎完好;圍護係統中屋麵破壞嚴重,而牆麵圍護破壞較小。在有混凝土附屬房屋遮擋處,以及背風麵,風速降低,屋麵的破壞明顯減輕。

         從屋麵板的損壞部位來看,損壞多發生屋麵邊緣、屋脊等部位,破壞形式是彩板變形、被掀起、在支座節點處破損脫離。

 

屋麵板的破壞形式有以下幾種:

彩鋼板脫離支座被掀起

屋脊屋麵彩板大麵積被台風掀起吹走

高跨範圍的屋麵彩板全部掀起破壞

局部一條屋麵彩板條狀撕開,保溫岩棉外露

屋麵彩板起鼓、咬口接縫鬆動,保溫岩棉外露

屋脊蓋板被風掀起

屋麵彩板被外物刮破、致損

        在廠房屋簷、屋脊、屋麵角部等邊緣區域屋麵板破壞最嚴重。彩板支座被拉變形破壞、支座鉚釘被拔出或拉斷,甚至整片屋麵板脫離結構檁條。屋麵板邊緣帶先發生局部破壞,然後引發更大麵積的損壞。

被掀起的屋麵板堆積於屋麵上


輕鋼結構廠房破壞原因分析

以下從設計和施工現場情況兩方麵,分析此次風致損失的原因。

1.工程設計方麵:

1.1 在屋簷、屋脊、屋麵角部等邊緣帶,風荷載體型係數比較大,設計需對檁條間距和固定點加密。勘查中發現,現場大麵積掀起破壞區域,在屋麵邊區及角部的彩板與結構檁條的支座間距與中間區相同,未進行加密,是抗風的薄弱部位。

1.2 屋麵彩板與結構檁條的連接需進行加強。在強風下,隻要有一個屋麵板連接支座脫離檁條,其相鄰的支座受力必然增大,導致支座被連續被拉拔破壞(或者彩板脫離支座),進而導致破壞範圍擴大。

1.3 當屋麵板采用自攻螺釘與檁條連接,在風吸力作用下,屋麵板由周邊支承變為點支承,應驗算自攻螺釘的抗拔承載力。

當屋麵板采用鎖邊咬合連接,則應保證支座的剛度和強度,計算支座與檁條連接的自攻螺釘抗拔承載力。

2.現場施工方麵的原因

2.1 未根據項目特點進行防台風施工組織。2016年台風“莫蘭蒂”登陸廈門,適逢天文大潮期,大風、暴雨和風暴潮三碰頭。風來臨時,本項目屋麵板全部鋪設完畢,但是局部外牆內板和內隔牆尚未安裝。

        結構設計時按封閉式房屋考慮,而現場形成了部分封閉式房屋或開敞式房屋,風荷載作用的體型係數相差很大。對於有三麵牆體與屋麵形成了兜風的“袋口”形房屋,根據《荷載規範》單麵開敞式雙坡屋麵開口迎風屋麵體型係數高達-1.3,遠大於封閉式房屋。施工過程中房屋體型的變化,是風致損失不可忽視的因素。對於可能受台風影響的項目,施工組織設計時應綜合考慮施工順序。

        本案例的場地南麵臨海,如果考慮主鋼架的有利遮擋作用,先施工最北側廠房圍護結構。圍護結構先施工屋麵板,再施工迎風麵牆板→側麵牆板→背風麵牆板,避免形成“大袋口”形兜風房屋,使施工中的房屋一直保持有利的抗風體型。

 

2.2 屋麵板的直立鎖邊施工質量不到位:

屋麵板直立鎖邊支座

        屋麵板采用支座+360°直立鎖邊形式,安裝需專用電動鎖邊機,而且一定要鎖勻、鎖牢,密封膠要充滿密實。咬合不均、咬合不完全等施工質量缺陷,將大幅降低連接強度。在大型空間結構屋麵係統中,也可以采用抗風夾加強屋麵板抗風揭能力

抗風夾加強屋麵板抗風揭能力

2.3 屋麵板T型支座的施工質量不到位。連接螺栓配置不足,或者未完全緊固,導致支座底板與檁條沒有完全貼合,連接承載力低。在強風吸力作用下,支座從檁條上拔出,造成整塊屋麵板的掀起破壞。

2.4 簷溝、屋脊蓋板、側牆女兒牆蓋板等部位的構造不合理、連接強度不足,造成屋麵局部破壞。

 

防禦台風災害的工程對策

a. 重視圍護係統的設計。輕鋼房屋的主剛架、檁條、牆梁按照現行規範設計,破壞現象很少。大風造成的破壞主要集中在二次結構、圍護係統和附屬結構上,需加強連接的強度和構造。

b. 重視施工質量。做好屋麵彩板鎖縫、連接支座、拉鉚釘等的施工質量控製。

c. 重視台風區的輕鋼房屋施工組織設計。製定抗風施工組織方案,使施工中的輕鋼房屋保持有利的抗風體型,盡可能減小風災損失。


再補充一些高層建築抗風的知識

建築的設計風荷載

        結構抗風,可分為建築表皮圍護結構和主體結構兩個方麵。對於超高層建築來說,最主要的圍護結構就是玻璃幕牆。通常是通過風洞試驗,測試表麵風壓係數和陣風係數,得到設計圍護結構的風荷載。

台風導致的玻璃幕牆破壞

        主體結構的抗風設計,包括測試和分析風荷載取值,計算結構在風荷載作用下的響應,從而評價結構方案的安全性和舒適性。

        當建築超過一定高度後,風致響應可能比地震響應更大,成為控製主體結構設計的主要作用。這時應謹慎對待風荷載的取值,通常需要借助風洞試驗和數值模擬。

        通過風洞實驗,不僅得到建築表麵的荷載,也得到施加到動力模型上的風振響應。目前主要用頻域的方法,並用CQC或SRSS方法等進行振型組合。


        在完成以上分析之後,得到結構的最大風致響應,並進一步得到“等效靜風荷載。所謂的等效靜風荷載,是把風荷載的最大動力作用等效轉化為靜力荷載,方便設計計算。

         一般的方案修改建議和抗風措施包括,對建築表麵進行處理(如表麵增加豎條以改變粗糙度)、調整整體或部分體型以改變所受氣動荷載、設置阻尼器等。

        輕鋼結構廠房結構的氣動荷載與建築體形密切相關。通過對建築外形的精心設計,以減少結構風荷載是一個高效的方法。超高層建築體型比選和優化是一個重要的研究課題。