带抗风夹的直立锁边金属屋面系统抗风性能研究

发布时间：2020-10-12 15:58

　　 直立锁边金属屋面系统应用前景广阔,应用于许多大跨度屋盖结构,但强风下发生风揭破坏的例子却屡有发生现象,影响了建筑的使用性和安全性。加设抗风夹能有效地防止风揭现象的发生。但目前尚无针对带抗风夹的直立锁边金属屋面的系统研究。本文以带抗风夹的直立锁边金属屋面系统作为研究对象,基于静力加载抗风揭试验及有限元数值模拟,对其破坏形态,抗风承载力进行了系统研究,并探讨了屋面板宽度,檩条及抗风夹间距,屋面板厚度,抗风夹尺寸对系统抗风性能的影响,在此基础上给出屋面系统的抗风设计建议。主要内容如下:(1)设计并完成了带抗风夹的直立锁边金属屋面反向加载试验,变量包括屋面板宽度,檩条及抗风夹间距,有无抗风夹。得到了特定板型和工况的抗风承载力,并给出破坏规律:屋面板竖向板发生横向位移达到4mm以上时,发生脱扣破坏,当部分区域应力大于280MPa,同时竖向板横向位移小于4mm时,发生撕裂破坏。(2)建立针对带抗风夹的直立锁边金属屋面系统的有限元模型,结合试验和有限元分析结果,通过大量的算例,总结出屋面系统只有两种破坏形式即脱扣破坏和撕裂破坏。对比两种破坏形式在卡口位移、屋面板及抗风夹应力方面的区别,并得到两种破坏形式的破坏准则,在板宽确定时,当屋面板与抗风夹刚度比在拟合的临界破坏曲线内时发生撕裂破坏,否则发生脱扣破坏。(3)利用有限元模型对直立锁边金属屋面系统进行参数化分析。对于400mm板宽,1000mm檩条间距,1mm板厚的屋面板,屋面板宽度每减小100mm、板厚每增加0.1mm、檩条间距每减小100mm可分别提高屋面系统的抗风承载力20%、14%、20%。加密抗风夹可有效提升抗风承载力15%~30%,抗风夹几何参数中尾端厚度对提升系统的抗风承载力的影响比尾端长度对其的影响更大。根据模拟结果,拟合了屋面板宽度、檩条及抗风夹间距及屋面板抗风承载力之间的关系,并在以上研究的基础上提出抗风设计建议。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU352.2
【部分图文】：

485458b) 固定支座 c) 咬合节点示意图图 1-1 直立锁边金属屋面系统构件直立锁边金属屋面系统不但防水性能优越，施工方便，抗变形能力强，而且极具实用性。就板长而言，因为可以根据施工需要现场制作，从而大大地减少了运输成本；该屋面系统可以根据建筑物屋面形式的不同，采用多种弧线，甚至扇形板面[3]。该屋面系统目前在国内外很多会议和会展中心，火车客运站台，市政和文化设施，博物馆，体育馆等大型建筑都获得了广泛的应用，同时直立锁边系统的应用也促进了屋面系统施工技术水平的提升（如图 1-2）。

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文屋面围护系统对于建筑的作用主要体现在其防水性能上，同时还具有一定的建筑与结构功能。因此屋面系统的破坏既影响到了建筑物的外形又影响了建筑体系的使用和安全。近年来，直立锁边金属屋面系统因质量小，能防水，抗变形等优点大量使用在各大型建筑。但同时因其咬合处可以承受的风荷载较低，风揭破坏时有发生[4]。风灾事故调查表明，屋面围护系统的破坏经常是屋面板的局部破坏和撕裂导致的风揭破坏，由于风吸力引起的整体破坏的风灾现象比较少。如北京国际机场 T3 航站楼，三次被大风掀开、营口体育场金属屋面也曾遭受风揭破坏、“莫兰蒂”台风先后两次讲泉州火车站的直立锁边金属屋面掀起等。2015 年台风“彩虹”在湛江登录，造成湛江市体育中心顶部的直立锁边金属屋面系统被严重撕裂（如图 1-3）。

屋面板应基于结构的跨度要求的间距固定在结构檩条上。屋面试件应安装在顶仓和底部框架之间。应尽量减少空气泄漏，以方便加载于屋面装配件测试压力的控制。顶舱应连接到吸气箱，吸气箱的风扇能够产生 10kPa 的最小风吸力作用于屋面系统。用于检测的试件应完全按照实际设计图纸包装，包括实际工程中所使用的的实际的材料，细节处理、施工和锚固的方法。此外，为保证检测箱体的密封性，可在检测试件边缘与箱体边缘用黑胶带进行压实密封。该装置是通过在 10s 内以不同比例波动加压至风压荷载设计风压 Q1，来并测定试件在动态风压的承载力。以小于 10s 为一个波动周期，需维持测试的风压值大于 2 秒，之后需要将风压减小至原设定检测压力值，时间应在 4s 以内。试件在动态风压下的承载力等级为发生破坏的波动风压的前一级。若动态风荷载检测结束，试件未失效，继续进行极限风荷载检测至其破坏失效为止，并记录极限风荷载检测破坏值 Q2。
【参考文献】

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本文编号：2837986