轻型金属屋面板及其连接件抗风承载性能

轻型金属屋面板及其连接件

抗风承载性能罗永峰概要轻型金属屋面系统应用简介屋面系统风吸破坏形式及其原因屋面板系统抗风性能分析方法研究现状与进展结语轻型金属屋面系统应用简介几种常见的金属屋面系统：压型钢板屋面系统铝合金屋面系统锌合金屋面系统压型钢板典型板型铝合金板型铝合金屋面系统构造锌合金屋面系统构造压型钢板屋面系统构造压型钢板屋面系统色彩艳丽重量轻力学性能好使用寿命长加工速度快铝合金屋面系统质量更轻耐久性好防腐能力适应性极强自洁性锌合金屋面系统轻质高强易加工成型防腐性能更强使用寿命长搭接连接构造咬边连接构造扣合连接构造直立锁边点支撑连接构造存在的问题：研究滞后于应用设计与施工标准不完善设计计算不合理、不准确连接构造不甚合理设计者？？？存在的问题：轻型金属屋面常见的风灾破坏情况设计不合理施工不完善工程事故屋面系统风吸破坏形式及其原因T型支托破坏面板与支托连接破坏屋面板局部破坏屋面板掀起破坏屋面系统破坏特征：屋面系统破坏屋面板掀起破坏破坏模式：屋面板在风荷载作用下掀开，导致屋面大面积或整个屋面失效。失效原因：支托偏少；

或风荷载过大。屋面板掀开T形支托破坏破坏模式：T形支托强度破坏受拉破坏(两侧屋面板均匀受力)受弯破坏(两侧屋面板不均匀受力)连接螺钉拔出失效原因：T形支托承载力不足；

或螺钉连接承载力不足自攻螺钉拔出面板与支托连接破坏

屋面板脱离支托破坏模式：屋面板脱离支托失效原因：屋面板与支托间连接承载力不足，连接构造不尽合理导致屋面板脱离。屋面板局部破坏

屋面板撕裂破坏模式：屋面板由于达到极限强度而撕裂破坏。通常出现在有抗风夹具的屋面中，且位于抗风夹具一侧或两侧。失效原因：屋面板强度不足；

抗风夹具偏少。金属屋面板系统抗风性能分析方法屋面系统构造示意图某机场航站楼长806m，最大宽度159m。屋面板采用目前广泛应用的直立锁边点支承连接形式实际工程概况：屋面板材料：AA3004铝镁锰合金板铝合金T形支托材料：6061-T6

T形支托横向间距0.4m，纵向间距1.5m。T形支托和屋面板尺寸屋面风荷载屋面各区域最大风荷载标准值（kPa）3.2分析方法与思路屋面板及连接系统抗风承载性能数值分析：要计算获得屋面系统的抗风极限承载力，必须正确模拟屋面板系统在风荷载作用下的失效模式。

在进行屋面板系统简化模型计算分析时，可采用两步分析方法，以准确模拟和计算其受力性能。3.2建立单块屋面板计算模型，计算得到风荷载-屋面板跨中挠度关系曲线Step1根据屋面板风荷载-跨中挠度曲线，确定屋面板系统抗风承载力Step3计算步骤建立屋面板系统简化模型，对屋面板施加竖向位移，根据抗风失效模式，得到竖向位移极限值Step2Step1采用有限应变壳单元法向自由度约束切向弹簧约束屋面板计算模型单块屋面板模型风荷载-挠度关系摩擦笔力：f=μN弹簧密内力份：F=ku弹簧示刚度攻：k=μN/帅u屋面宣板材必料本淡构模坐型屋面板胶跨中荷技载-挠度关三系曲线三个不治同弹簧虽刚度：k=1肆6k袍N/坟m、21k嚷N/m、32k设N/m风荷香载超阳过2.3缠kPa后，曲线升斜率幅突然秆增大；但面板内撕不断增艘大的横削向拉应庄力抑制萝了板的亿弯曲。屋面板础全截面女屈服风荷赏载达察到2.3玻kPa，板内需应力弹簧吹刚度培的影借响不同工酒况屋面物板在风服荷载作低用下跨焰中竖向池变形Ste变p2屋面连骗接构造竖向极启限位移抗风索失效任模式1)屋面板来与T形支托欢间连接矩失效即屋面板滑海出。在风龟吸力召作用膏下，踢屋面灯板跨神中上丽拱，敲板肋词顶部姓卷边胞沿T形支烈托圆湿角弧芝面向燃外滑屑移。欣滑移糟量过术大，兴面板率卷边粱将脱肉离支盒托。抗风书失效怨模式2)屋面德板损孕坏屋面板剃在风吸稿力下屈扎服或产揉生过大扰的变形3)T形支刺托与珠檩条爱间连屋接失章效固定T形支渣托的赤螺钉兵受拉掩破坏4)T形支托仰损坏T形支漆托在捎风吸寻力作屠用下嗓破坏取半缠边对菌称结纱构采用租平面品应变乘单元面面羽接触丢关系节点耦材合关系摩擦追系数0.1半边对告称模型模型约箭束连接卡犯口示意圾图数值分筒析模型屋面板冤跨中挠棚度与卡敏口A、B两点尺间距悄的关围系曲屿线屋面毁连接雨抗风党承载季力分析屋面抗套风连接笔变形面板寨跨中禾最大赛竖向亩变形猎量约愉：99.涉58m测m对应麦的极有限风骡荷载未：2.0曾3kP干a屋面板滑出泼失效屋面怖板应廊力分躬布面板滨屈服对应临的极抹限风千荷载铺：2.溉30副kP累a屋面板屈服射失效屋面板屈初始屈茂服时对毛应的风喝荷载T形支粪托抗恭风分态析不同区乖域T形支说托在怖不同巾工况碍下的淹荷载q、q1、q2为接眠触面滑法向稍荷载，f、f1、f2为接触香面切向渗荷载。自攻脆螺钉嫩形心较受力朝情况T形支托研采用的拢自攻螺秒钉规格载为M5雀.5尸×3普.8，其最颗小破坏计力矩为10由kN毁m烛(>冶9.农41誓5k菜Nm忠)。不先于让屋面板仗失效。T形支托倚与檩条星间连接拣失效——自攻串螺钉要破坏不同区却域T形支托动在不同崇工况下贴的应力追计算结处果T形支托睬失效分析T形支猪托两侧莲面风弹载相叫同T形支靠托应力与圣变形应力变形T形支托两侧扇面风圈载不同T形支托应力与添变形应力变形T形支争托单侧受力T形支逮托应力与过变形应力变形T形支托应力与行变形中间模区域：T形支奸托在冒各工软况下崇最大正应力均不超样过屈播服强度；边缘幸区域：T形支杏托在热各工泥况下右最大勉应力均不超蠢过屈捐服强度；边缘罢区域刑非边宫缘区脊域：T形支托砍在各工漂况下的店应力均较大，扭特别当T形支托单侧盘受力时，最逼大应力赚已经超扬过屈服采应力。屋面系蹈统抗风蔑失效模伪式风荷揭载达羽到2.垃03兰kP射a时，耍屋面衣系统仆抗风哲失效失效卵模式紧为屋置面板膊与T形支晃托间容连接桥失效各构锣件强揪度利庸用不猴充分摩擦系蹄数的影毕响卡口跳间距殃与跨匆中挠们度的律关系私曲线不同摩话擦系数疯屋面系块统抗风咸承载性浮能研究常现状肤与进汪展试验锻与理炉论研如究：国外胀始于199枣7年，A.沙Bas貌kar蛇an等国内钩始于200胖3年，同滚济、清夺华、浙工读大、药卓思港澳认尿证标准：建築金食屬圍護麦系統檢坝測與認输證標準MCI馅S-M选BE-么05:20掏13大陆麻地区妄规程：正在吊编制锦，即距将颁性布美国认郑证机构：AST烟M(Ame塘ric卵an臭Soc棋iet较yf赚or苗Tes扛tin宣ga终nd抢Mat斧eri较als即美国籍实验症与材呈料协踏会)FM辛(FM驰=Fa最cto稼ry考Mut滨ual即工厂燃联合保丑险商协个会)UL商(Und谊erw逃rit磨er历Lab钉ora辽tor兽ies凝In疗c.即保险商来试验所)尚需钉研究：合甜理的熔简化江模型雁；简单找实用违的设糟计公付式；精确扣的数碌值计爽算方谜法；合理夫准确务的试壳验验禁证。珠海书卓思黄试验患室标准规苦范：目前师，不完途善；设蛛计计算猾方法粗松糙结语进行园屋面对板及叮连接丽的简蹦化模庸型分肉析，芝可采射用分舌步计付算可采用泄弹簧模星拟面板陶与支托买间的咬闯