浅析直立缝金属屋面系统的抗风性能

徐国军

浅析直立缝金属屋面系统的抗风性能

徐国军

本文主要介绍了在不同自然条件下大型公共建筑直立缝金属屋面系统如何保障其抗风性能的解决方法，针对直立缝金属屋面系统的抗风问题，主要从设计、生产制作、现场施工等三方面出发，通过一体化的系统解决方案到系统应用过程中容易忽略的细节处理，全方位的保障直立缝金属屋面系统的抗风性能。

金属屋面；系统设计；抗风

1.概述

随着国内大型钢结构建筑的不断涌现，直立缝金属屋面系统也得到普遍应用。其优势在于单块屋面防水板可以做到100m甚至更长，这样减少了屋面上的纵向搭接，提供了更加灵活的选择性；结构采用点支撑的受力形式，没有紧固件穿透防水面板，杜绝了穿透屋面产生的防水隐患；屋面板公母肋边通过机械咬合的方式与高强铝合金支座咬固可以使防水板本身自由伸缩，解决大长度板件的热胀冷缩问题。正因为这样的诸多优势，致使很多建筑都采用这套系统。但是，在工程实际应用过程中因没有考虑建筑自身与本套系统的适用性以及项目所在地点的自然条件，导致屋面板局部被强风破坏或大面积揭起的现象（如下图）。

面对直立缝金属屋面系统实际应用过程中产生的抗风问题：我们选择什么样的直立缝屋面板板型能够满足建筑的防水抗风需求；采用什么样的结构布置体系才能更加科学合理的满足建筑的抗风需求；怎样的节点构造可以提高薄弱环节的抗风性能以及施工过程中如何规范的安装操作，这些都将直接对系统的抗风性能产生影响。

2.直立缝金属屋面的系统设计

2.1 金属屋面系统抗风设计中屋面板的选型

以直立缝金属屋面体系为例，选择合理的板型，保证金属屋面板的排水断面，通过板件自身的截面特性保证其刚度和抗风性能。国内直立缝金属屋面板通常选择肋高65mm，板宽400mm的板型；可以通过选择肋高65mm、板宽300mm的板型，提高单块板件的截面刚度，同时增加了支座个数（2.6个/m2），提高了屋面板与固定支座的咬固力。（通过试验测试：在1.5m檩条间距前提下，板400mm宽，抗风1.4kpa；板300mm宽，抗风2.9kpa）

2.2 金属屋面系统抗风设计中结构檩条的布置原则

根据所建项目的风洞试验报告或者荷载规范要求，针对风荷载较大区域、风吸风压差较大区域进行着重设计。通常情况这些区域集中在大悬挑檐口位置、屋脊位置以及体型复杂区域。在满足结构设计的前提下，人为加密敏感区域的结构檩条间距作为屋面抗风能力的安全储备，减少不可预测的自然灾害的破坏。

惯性矩对比表

檩条加密

天沟抗风节点图

2.3 金属屋面系统抗风设计中的节点构造作法

2.3.1 直立缝金属屋面板的咬合方向应根据工程建设地点的常年主导风向进行设置，在顺风向的情况下，应该采用大肋咬合小肋的方式，提高水密性和抗风性能。

2.3.2 金属屋面系统抗风设计中紧固件的应用

金属屋面系统的紧固件应该保证其连接强度，保证紧固件的耐久性与设计寿命相同。根据连接形式选择有效锚固长度的紧固件，保证连接的可靠性；针对紧固件的强度设计，强度安全系数K建议选取2；固定螺钉的材质建议选择不锈钢材质，解决电化学腐蚀问题，保证其耐腐蚀性；除结构计算需要外，仍需要考虑现场安装等非线性因素，关键部位的紧固件连接采用增加安全储备的方法实施。例如：固定支座与檩条连接，计算使用2颗不锈钢自攻螺钉，可在檐口区域、自由端区域采用4颗不锈钢自攻螺钉进行固定。

2.3.3 金属屋面板自由端、斜切边风荷载双路径传递

针对金属屋面系统中存在面板自由端的檐口、屋脊、天沟边区域以及屋面板斜切的区域，通过抗风件的设置，不改变屋面板热胀冷缩的特性的前提下，将风荷载进行二个路径传递：其一，仍然是传统的设计原理，依靠屋面板与固定支座的咬合力承担一部分风荷载；其二，通过抗风配件A将屋面板连贯起来（见下图），由原来的单块板件独自受力，改变为所有屋面板一起同时受力，并且将一部分风荷载通过抗风配件B传递给下部檩条，大大提高了自由端的抗风性能。

对于不规则的屋面斜切区域，斜切位置超过标准配件的规格，而且每块板件的斜切长度尽不相同，采用抗风件的设置不但解决了无法应用标准防水抗风配件（内堵头等）的问题，还提高了斜切区域的抗风能力，使屋面板自由端更加能够抵抗风荷载。

1抗风配件A，2通长抗风配件B，3直立缝金属屋面板，4固定支座，5边檩条

2.3.4 屋脊的构造作法

屋脊是建筑标高最高的位置，对其防水性能和抗风性能都有较强的要求，而且屋脊的施工都是在金属防水板铺设完成后进行安装，一旦安装完成后的面板在安装屋脊盖板时被踩踏变形后，端头位置的公母肋咬合产生松动，其抗风性能大大折减，而且由于变形配套的外堵头也起不到设计的目的。所以屋脊节点的位置既要解决防水、抗风问题，又要解决施工中对成品产生破坏的施工构造措施。

通常的屋脊作法采用屋脊盖板与在防水板波谷里面设置的外堵头进行连接，屋脊盖板通过紧固件进行连接的连接质量以及外堵头的安装质量直接影响屋脊节点的抗风能力，往往由于节点的质量不容易控制导致被大风破坏（如下图）。

在屋脊位置垂直于屋面板方向设置一根结构骨架作为直立缝锁边板支座的结构支撑，采用两块半块通长的屋面板咬合替代原来使用拉铆钉进行连接的屋脊盖板，这样提高了屋脊节点的构造抗风性能以及施工工艺的整体操作性（见下图）。屋脊范围800mm区域内容易被踩踏的区域，设置Z型衬檩，并且将保温层更换为不容易受压变形的高密度岩棉，决绝不规范施工造成的对此区域屋面板的踩踏问题。

2.3.5 泛水板的抗风设计

泛水搭接处过多的采用了密封胶，搭接长度不够，紧固件间距过大引起泛水变形，人为破坏泛水板，如踩踏变形；泛水搭接不密封，泛水支撑不到位。

设计泛水搭接时需要考虑搭接位置的密封性能、抗风性能。泛水板的厚度和材料通常与屋面板保持一致，采用薄板制作。当泛水板宽度大于200mm时，板面的刚度、平整度就很难控制，建议泛水板宽度不要大于200mm，若无法避免时，可采用弯折加劲肋的方式提高板的刚度；也可采用泛水板直接搭接方式或增加背衬板方式连接（见下图）。

泛水板搭接

金属泛水板在设计时还需要考虑安装时的温度和季节影响，在极冷的冬季和极热的夏季安装泛水板，设计和安装时需要考虑设置泛水板的伸缩缝，这个距离需要根据现场安装时的温度来确定。

以上是从设计角度的构造考虑，合理周全的设计固然重要同时也需要精确的加工和制作作为设计实施的保证。

3.直立缝金属屋面板的加工精度控制

直立缝金属屋面板的加工偏差以及零配件的制作精度都直接影响系统整体的抗风性能。其中防水板公母肋的加工尺寸是否达到设计要求，公母肋咬合后的具体尺度是否达到要求，都直接影响直立缝金属屋面板的抗风能力。

压型钢板制作的允许偏差（mm）

压型铝合金板允许偏差（mm）

4.直立缝金属屋面板的施工精度控制

施工过程中的精度控制对直立缝金属屋面板的抗风性能尤为重要。支座的固定情况以及安装偏差直接决定了屋面板的抗风揭能力。沿板长方向，相邻支座横向偏差将会造成板肋侧向弯曲，在此规定偏差≤±2.0mm；沿板宽方向，相邻支座纵向偏差不直接影响压型金属板安装，但如果支座偏差过大，将会超出固定支架（座）的檩条或支撑上翼缘范围或接近边部，支座将不能固定或影响固定质量。规定偏差≤±5.0mm；沿板宽方向相邻支座横向间距偏差即板宽方向偏差应满足板宽偏差要求。安装间距过大，压型板安装时板肋往两侧张开，影响板肋与固定支架（座）咬合力。安装间距过小，小于压型板覆盖宽度，则压型板不能安装扣合。根据表中第两条限制，但控制负偏差，规定偏差≤+4mm，-2.0mm；相邻支座高度偏差会造成板肋上下波浪高差，根据《钢结构工程施工质量验收规范》（GB 50205）中规定，偏差值≤±4.0mm；支座纵、横倾角偏差系根据常用支座高度和倾角产生的偏差值，并结合实际工程经验确定。

[1]《装配式金属屋面系统行业标准》装配式金属屋面系统

[2] 中华人民共和国国家标准.屋面工程技术规范GB50345-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3] 中华人民共和国国家标准.屋面工程质量验收规范GB50207-2012.北京：中国建筑工业出版社，2012.

（作者单位：上海精锐金属建筑系统有限公司）

TU231

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1671-3362（2015）10-0064-03