摘要:針對近年來由于屋面風(fēng)掀破壞不斷發(fā)生，造成了大面積破壞和人員傷亡。本文從屋面風(fēng)致破壞的機理分析入手，指出屋面系統(tǒng)的最不利活荷載是作用在外表面的風(fēng)舉力。提出根據(jù)體型系數(shù)的金屬屋面結(jié)構(gòu)最不利剛試單元的取樣方法，引入美國和澳洲對金屬屋面風(fēng)荷載作用的不同的檢剛方法，分別給出了儀器設(shè)備要求、剛試流程、分級指標和剛試結(jié)果的判斷方法。分析了金屬屋面結(jié)構(gòu)杭風(fēng)掀性能的檢剛現(xiàn)狀，根據(jù)安全性和適用性分類提出了金屬屋面必要的其他檢剛內(nèi)容，期待引起對金屬屋面檢剛的重視。
關(guān)鍵詞:金屬屋面;風(fēng)荷載;杭風(fēng)掀性能;動態(tài)風(fēng)壓;檢剛
1引言
金屬屋而是指由金屬而板與支承體系組成，不分擔主體結(jié)構(gòu)所受作用且與水平方向夾角小于75。的建筑圍護結(jié)構(gòu)。金屬屋而抗風(fēng)掀與采光頂幕墻抗風(fēng)壓性能檢測存在較大的差異，金屬屋而的傳力路徑為而板一碼件一凜條一主梁一支座一主體結(jié)構(gòu)，當風(fēng)荷載作用時，屋而同時承受下部強大的壓力和上部的吸力，使得未經(jīng)過嚴格設(shè)計的金屬屋而系統(tǒng)在惡劣的氣候條件下頻頻遭遇掀開破壞。近年來不斷見諸報端的有2010年12月10日首都國際機場T3航站樓遭遇10級大風(fēng)(瞬時最高風(fēng)速達到26m/s )，金屬屋而被大風(fēng)掀開，破損而積在200mZ左右，僅僅相隔一年時間，該建筑屋而于2011年11月22日和2013年3月9日再次被風(fēng)掀開。這說明風(fēng)掀對金屬屋而系統(tǒng)不是一個偶遇的現(xiàn)象。不僅是機場建筑，大型體育館、劇院、工業(yè)廠房甚至普通民用建筑屋而，抗風(fēng)掀性能檢測也是不可忽視的。進入2013年，極端惡劣氣候不斷增多，2013年3月，東莞遭遇龍卷風(fēng)襲擊造成鐵皮屋而掀飛致9人死亡也再次引起人們對而，特別是大量使用的裝配式金屬屋而抗風(fēng)掀性能的重視。本文從金屬屋而最不利荷載試驗單元的取樣方法入手，重點比較分析了現(xiàn)行的幾種不同的金屬屋而抗風(fēng)掀的檢測方法，以供參考。
2屋面風(fēng)致破壞機理
2.1流動分離
風(fēng)荷載作用下，屋而存在著流動分離的現(xiàn)象，當風(fēng)流從屋而正方向吹來時(風(fēng)向角為O。)，在上表而形成分離泡，屋而上表而有一個從前緣延伸的一個大的負壓區(qū)域，如圖1所示。特別在屋檐、屋脊、屋而邊緣和轉(zhuǎn)角等幾何外形突出的部位，常產(chǎn)生流動的分離和再附。而下表而由于風(fēng)被主體結(jié)構(gòu)垂直而阻擋或抑制了流動分離而產(chǎn)生了向上的頂升力，上下表而聯(lián)合的荷載效應(yīng)使得風(fēng)荷載作用效應(yīng)遠遠超過了屋而本身自重的作用效應(yīng)，變成了起控制作用的不利活荷載。
2.2風(fēng)振動力效應(yīng)
由于大跨金屬屋而具有質(zhì)量輕、柔性大、阻尼小的特點，在風(fēng)荷載作用下易發(fā)生風(fēng)致振動破壞，由于屋而的柔性可以降低其Helmholtz頻率，同時引起較小的附加阻尼[31，該紊流產(chǎn)生Helmholtz共振，而附加阻尼不足以顯著降低振動效應(yīng)。R.N.Shama等采用理論近似方法研究了風(fēng)從窗洞突然進入彈性屋而的共振，認為該共振能產(chǎn)生約60倍的靜態(tài)風(fēng)內(nèi)壓[[4]。由于金屬屋而傳力途徑層次較多，任何構(gòu)配件的疏忽都會引起整體的失效，故而玻璃的破損容易產(chǎn)生室內(nèi)壓的上升，使屋頂容易飛散，如圖1所示，進而變成風(fēng)掀效果，從而對地而的人員和物品產(chǎn)生巨大的傷害。
與建筑幕墻抗風(fēng)壓性能檢測不同，金屬屋而結(jié)構(gòu)的最不利荷載是作用在屋而外表而的風(fēng)舉力，模擬外表而的風(fēng)壓狀態(tài)，針對外表而系統(tǒng)的試驗方法是本文需要重點討論的內(nèi)容。
3根據(jù)體型系數(shù)的金屬屋面試驗試件的取樣
方法
由于我國現(xiàn)有資料不完備，因此采用了美國金屬房屋制造商協(xié)會MBMA《低層房屋體系手冊》(1996)中有關(guān)小坡度房屋的規(guī)定。MBMA手冊中關(guān)于風(fēng)荷載的規(guī)定，內(nèi)容全而且詳盡，已為多國采用，并納入了ISO國際標準。
MBMA手冊規(guī)定的風(fēng)荷載體型系數(shù)必須與以50年一遇的最大英里風(fēng)速((mph)為基礎(chǔ)的速度風(fēng)壓(ps}配套使用。因此轉(zhuǎn)換到與我國荷載規(guī)范GB50009規(guī)定的以50年一遇的lOmin平均最大風(fēng)速時為基礎(chǔ)的基本風(fēng)壓(( kN/mZ)必須乘以1.4的平均換算系數(shù)。此外，美國規(guī)范規(guī)定，在遇風(fēng)組合時，結(jié)構(gòu)構(gòu)件設(shè)計的允許應(yīng)力可提高1.33倍。
考慮到這兩個因素的影響，引用MBMA的體型系數(shù)后，我國的基本風(fēng)壓值應(yīng)乘以綜合調(diào)整系數(shù)1.05(1.4/1.33 )。該公式不考慮關(guān)于陣風(fēng)系數(shù)，由于MBMA手冊中規(guī)定的風(fēng)荷載體型系數(shù)已經(jīng)包含了陣風(fēng)效應(yīng)，且是內(nèi)、外壓力的峰值組合，因此在本文的公式(1)中不再考慮陣風(fēng)系數(shù)。
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