直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)應(yīng)用前景廣闊,應(yīng)用于許多大跨度屋蓋結(jié)構(gòu),但強(qiáng)風(fēng)下發(fā)生風(fēng)揭破壞的例子卻屢有發(fā)生現(xiàn)象,影響了建筑的使用性和安全性。加設(shè)抗風(fēng)夾能有效地防止風(fēng)揭現(xiàn)象的發(fā)生。但目前尚無針對(duì)帶抗風(fēng)夾的直立鎖邊金屬屋面的系統(tǒng)研究。本文以帶抗風(fēng)夾的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)作為研究對(duì)象,基于靜力加載抗風(fēng)揭試驗(yàn)及有限元數(shù)值模擬,對(duì)其破壞形態(tài),抗風(fēng)承載力進(jìn)行了系統(tǒng)研究,并探討了屋面板寬度,檁條及抗風(fēng)夾間距,屋面板厚度,抗風(fēng)夾尺寸對(duì)系統(tǒng)抗風(fēng)性能的影響,在此基礎(chǔ)上給出屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)建議。主要內(nèi)容如下:(1)設(shè)計(jì)并完成了帶抗風(fēng)夾的直立鎖邊金屬屋面反向加載試驗(yàn),變量包括屋面板寬度,檁條及抗風(fēng)夾間距,有無抗風(fēng)夾。得到了特定板型和工況的抗風(fēng)承載力,并給出破壞規(guī)律:屋面板豎向板發(fā)生橫向位移達(dá)到4mm以上時(shí),發(fā)生脫扣破壞,當(dāng)部分區(qū)域應(yīng)力大于280MPa,同時(shí)豎向板橫向位移小于4mm時(shí),發(fā)生撕裂破壞。(2)建立針對(duì)帶抗風(fēng)夾的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)的有限元模型,結(jié)合試驗(yàn)和有限元分析結(jié)果,通過大量的算例,總結(jié)出屋面系統(tǒng)只有兩種破壞形式即脫扣破壞和撕裂破壞。對(duì)比兩種破壞形式在卡口位移、屋面板及抗風(fēng)夾應(yīng)力方面的區(qū)別,并得到兩種破壞形式的破壞準(zhǔn)則,在板寬確定時(shí),當(dāng)屋面板與抗風(fēng)夾剛度比在擬合的臨界破壞曲線內(nèi)時(shí)發(fā)生撕裂破壞,否則發(fā)生脫扣破壞。(3)利用有限元模型對(duì)直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化分析。對(duì)于400mm板寬,1000mm檁條間距,1mm板厚的屋面板,屋面板寬度每減小100mm、板厚每增加0.1mm、檁條間距每減小100mm可分別提高屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)承載力20%、14%、20%。加密抗風(fēng)夾可有效提升抗風(fēng)承載力15%~30%,抗風(fēng)夾幾何參數(shù)中尾端厚度對(duì)提升系統(tǒng)的抗風(fēng)承載力的影響比尾端長(zhǎng)度對(duì)其的影響更大。根據(jù)模擬結(jié)果,擬合了屋面板寬度、檁條及抗風(fēng)夾間距及屋面板抗風(fēng)承載力之間的關(guān)系,并在以上研究的基礎(chǔ)上提出抗風(fēng)設(shè)計(jì)建議。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TU352.2
【部分圖文】：

485458b) 固定支座 c) 咬合節(jié)點(diǎn)示意圖圖 1-1 直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)構(gòu)件直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)不但防水性能優(yōu)越，施工方便，抗變形能力強(qiáng)，而且極具實(shí)用性。就板長(zhǎng)而言，因?yàn)榭梢愿鶕?jù)施工需要現(xiàn)場(chǎng)制作，從而大大地減少了運(yùn)輸成本；該屋面系統(tǒng)可以根據(jù)建筑物屋面形式的不同，采用多種弧線，甚至扇形板面[3]。該屋面系統(tǒng)目前在國內(nèi)外很多會(huì)議和會(huì)展中心，火車客運(yùn)站臺(tái)，市政和文化設(shè)施，博物館，體育館等大型建筑都獲得了廣泛的應(yīng)用，同時(shí)直立鎖邊系統(tǒng)的應(yīng)用也促進(jìn)了屋面系統(tǒng)施工技術(shù)水平的提升（如圖 1-2）。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文屋面圍護(hù)系統(tǒng)對(duì)于建筑的作用主要體現(xiàn)在其防水性能上，同時(shí)還具有一定的建筑與結(jié)構(gòu)功能。因此屋面系統(tǒng)的破壞既影響到了建筑物的外形又影響了建筑體系的使用和安全。近年來，直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)因質(zhì)量小，能防水，抗變形等優(yōu)點(diǎn)大量使用在各大型建筑。但同時(shí)因其咬合處可以承受的風(fēng)荷載較低，風(fēng)揭破壞時(shí)有發(fā)生[4]。風(fēng)災(zāi)事故調(diào)查表明，屋面圍護(hù)系統(tǒng)的破壞經(jīng)常是屋面板的局部破壞和撕裂導(dǎo)致的風(fēng)揭破壞，由于風(fēng)吸力引起的整體破壞的風(fēng)災(zāi)現(xiàn)象比較少。如北京國際機(jī)場(chǎng) T3 航站樓，三次被大風(fēng)掀開、營口體育場(chǎng)金屬屋面也曾遭受風(fēng)揭破壞、“莫蘭蒂”臺(tái)風(fēng)先后兩次講泉州火車站的直立鎖邊金屬屋面掀起等。2015 年臺(tái)風(fēng)“彩虹”在湛江登錄，造成湛江市體育中心頂部的直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)被嚴(yán)重撕裂（如圖 1-3）。

屋面板應(yīng)基于結(jié)構(gòu)的跨度要求的間距固定在結(jié)構(gòu)檁條上。屋面試件應(yīng)安裝在頂倉和底部框架之間。應(yīng)盡量減少空氣泄漏，以方便加載于屋面裝配件測(cè)試壓力的控制。頂艙應(yīng)連接到吸氣箱，吸氣箱的風(fēng)扇能夠產(chǎn)生 10kPa 的最小風(fēng)吸力作用于屋面系統(tǒng)。用于檢測(cè)的試件應(yīng)完全按照實(shí)際設(shè)計(jì)圖紙包裝，包括實(shí)際工程中所使用的的實(shí)際的材料，細(xì)節(jié)處理、施工和錨固的方法。此外，為保證檢測(cè)箱體的密封性，可在檢測(cè)試件邊緣與箱體邊緣用黑膠帶進(jìn)行壓實(shí)密封。該裝置是通過在 10s 內(nèi)以不同比例波動(dòng)加壓至風(fēng)壓荷載設(shè)計(jì)風(fēng)壓 Q1，來并測(cè)定試件在動(dòng)態(tài)風(fēng)壓的承載力。以小于 10s 為一個(gè)波動(dòng)周期，需維持測(cè)試的風(fēng)壓值大于 2 秒，之后需要將風(fēng)壓減小至原設(shè)定檢測(cè)壓力值，時(shí)間應(yīng)在 4s 以內(nèi)。試件在動(dòng)態(tài)風(fēng)壓下的承載力等級(jí)為發(fā)生破壞的波動(dòng)風(fēng)壓的前一級(jí)。若動(dòng)態(tài)風(fēng)荷載檢測(cè)結(jié)束，試件未失效，繼續(xù)進(jìn)行極限風(fēng)荷載檢測(cè)至其破壞失效為止，并記錄極限風(fēng)荷載檢測(cè)破壞值 Q2。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2837986