轻钢结构在台风破坏下的灾害调查与分析

邱发强

（厦门市工程检测中心有限公司，福建 厦门 361000）

　　【摘要】 调查中发现遭遇台风时，轻钢结构及其围护结构非常容易遭到严重破坏。对14号“莫兰蒂”超强台风袭击后厦门的轻钢结构及其围护结构进行调查，并对调查结果进行分析。从构造、施工等方面详细论述了发生破坏的原因，并对轻钢结构在台风作用下的防灾措施提出了建议。

　　【关键词】 轻钢结构；围护结构；台风破坏；减灾措施

　　【中图分类号】 TU392.5 　　　　【文献标志码】 A　　　　【文章编号】 1671－3702（2017）11－0026－04

Disaster Investigation and Analysis of Lightweight Steel Constructions Damaged by Typhoon

QIU Faqiang

（Xiamen Centre of Construction Engineering Inspection，Xiamen Fujian 361000，China）

　　Abstract：Lightweight steel constructions always get serious damages by the typhoon.This article made investigation and analysis of lightweight steel constructions and exterior-protected constructions damaged by the super Meranti typhoon in Amoy.The goal of this study was to examine wind damage due to construction problems and provided recommendations to improve the quality of the lightweight steel constructions and exterior-protected constructions and reduced the damage caused by natural disaster.

　　Keywords：lightweight steel constructions；exterior-protected constructions；typhoon damage；disaster alleviation

0　引　言

轻钢结构在厂房主体结构、建筑围护结构以及诸如屋顶广告等一类的构造物中运用非常广泛。轻钢结构对风荷载的作用比较敏感，在强风作用下轻钢而我国结构建筑遭受大风致损坏的事例比比皆是[1]。是世界上遭受台风灾害影响最大的国家之一，本文对受 2016 年14号强台风“莫兰蒂”影响后的厦门地区部分受灾严重的轻钢结构进行损伤情况的调查，对受损严重的轻钢结构进行分析，为沿海经常遭受台风影响

作者简介：邱发强，男，高级工程师，研究方向为防震减灾、检测

鉴定。

的类似地区轻钢结构抗风减灾设计提供参考与建议。

1　台风对轻钢结构的影响

轻钢结构一般指以压型钢板和钢檩条作为屋面围护结构，以钢梁、钢桁架或钢网架作为屋面承重结构的大跨度结构。在风荷载作用下，结构既受到水平风荷载作用，又受到屋面风吸力作用。

在沿海台风地区，轻钢结构的主要受力特点为：1）结构的自重较轻（屋面围护结构的恒荷载值一，重力荷载小；般不超过 0.2 kN/m2）

2）结构地震反应小，在设计过程中地震激励的影响对结构作用一般较小；

- 26 -

第11期

邱发强：轻钢结构在台风破坏下的灾害调查与分析

3）结构的主要荷载组合为恒荷载与活荷载组合以及风荷载与恒荷载组合，两种荷载组合引起的内力正负号一般相反，较大的内力绝对值可能由风荷载与恒荷载组合引起；

4）屋面构件在恒荷载、活荷载的组合下受拉的翼缘或杆件（包括上、下弦杆和竖、斜腹杆），在风荷载与恒荷载组合下处于受压状态；

5）在风荷载与恒荷载组合下，檩条与屋面承重构件的连接、屋面承重构件与柱之间的连接以及柱与基础之间的连接一般处于受拉状态[2]。

本文主要对厦门地区轻钢结构在台风灾害后的受损情况进行了调查，根据调查结果中轻钢结构类型的不同、结构功能的区别、是否经过正规设计建设，可以分述如下。

1）主体结构。凡按照建设程序进行建设的轻钢建筑物，在本次台风中主体结构表现良好，未见损坏，无需加固或修复。对应的项目均由有资质的单位设计、施工，结构构件和连接未见明显缺陷。而业主自建的轻钢建筑破坏严重，整体垮塌的现象随处可见。

2）围护结构。调查中发现部分正规建设的钢构建筑虽然主体基本无破损，但其围护构件损毁较严重，主要包括屋顶彩钢板整片掀起、卷帘门整体变形、女儿墙发生倾斜等现象。

3）非正规建设的轻钢结构、临时建筑、屋顶广告。此类建筑物、构筑物在这次台风中损毁较严重，大部分整体破坏或垮塌。

综上所述，在本文调查范围内的建筑物，符合现行规范标准建设的轻钢建筑主体结构基本经受住了“莫兰蒂”强台风考验，未见损坏，无需加固或修复，可继续使用；但围护结构特别是屋顶彩钢板损毁较严重。而非正规建设的轻钢结构、临时建筑、屋顶广告的主体及围护结构均遭受严重破坏，甚至垮塌。无论结构是否属于正规建设，一旦因为自然灾害发生损坏时，都会对经济财产乃至人员生命安全产生威胁。

2　轻钢结构风灾下易损原因分析

根据调查分析，本次灾害后轻钢结构受损严重的原因主要可以分为自然原因和人为原因，下面将详细进行分析论述。

2.1　自然原因

厦门是经常受到台风灾害的地区之一。此次“莫兰蒂”超强台风威力巨大，据统计 2016 年9 月 14 日 20 时至 16 日 12 时，厦门同安湾大桥最大风速达41.1m/s（13 级）、极大风速达 63.1 m/s（大于17级），为厦门有气象记录以来记录到的最大风速；五缘湾大桥最大风速 49.8 m/s（15 级）、最大阵风 61.0 m/s（17 级）；厦门本站测得最大阵风 54.6 m/s（16 级）、最大平均风 36.4 m/s

（12 级）。根据 GB 50009－2012《建筑结构荷载规范》

[3]

的规定，厦门建筑 50 年重现期基本风压为 0.8 kPa，即当风速超过 60 m/s 时，风压超过 2.25 kPa。可见，“莫兰蒂”超强台风的最大阵风对建筑产生实际风压约是 50 年重现期设计风压的 2.81 倍。

2.2　人为原因

1）屋面压型钢板抗超强台风能力不足。目前，压型钢板设计一般是根据荷载、支承条件、强度、变形条件、型材等参数直接引用国标图集。屋面彩钢板型材自身抗超强台风能力不足，是屋顶围护结构大面积受损的原因之一。

2）结构局部范围内抗风能力不足。气流越过或绕过建筑物时，在墙角、檐口、屋脊、屋面角部等区域发生气流分离而产生较大的局部负压。调研中发现围护结构在房屋角部、端部、檐口等处的破坏尤为明显。经分析，在台风来袭时，结构边缘带及角部范围内面板系统破坏往往引起屋面的整体抗风性能降低，最终导致屋面板大面积损坏。

3）围护结构连接件抗风能力不足。连接件刚度、强度不足或数量偏少，在风吸力作用下易发生脱扣现象，在台风上拔力的作用下导致大面积屋面板刮飞。

4）门窗的抗风能力不足。钢构厂房、仓库门窗尺寸普遍较大，尤其采用高大卷闸门时，门扇的厚度和强度不足，抗风能力弱。在台风来袭时，门窗首先破坏，以致台风灌进厂房内，向上吹开屋顶彩钢板。

5）施工因素。施工质量隐患也是造成结构破坏的主要原因之一。连接件未按规范要求设置、彩钢板锁边质量存在缺陷，在台风来袭时出现咬边咬口张开、咬边脱落等现象，最终导致彩钢板被风吹走。部分在建工程在台风来袭时未按规范要求采取临时抗风措施，导致结构失稳破坏。

- 27 -

Construction Security工程安全工程质量󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁第35卷2.3　轻钢厂房风灾下损伤调查结果与小结

汇总现场调查结果与相应的原因分析，如表 1 所示。从表 1 中照片可以发现受灾最严重的轻钢结构大多为厂房类建筑。轻钢结构工业厂房主要由钢柱、屋盖细梁、檩条、墙梁（檩条）、屋盖和柱间支撑、屋面和墙面的彩钢板等组成。钢柱一般为 H 型钢，通过地脚螺栓与混凝土基础连接，通过高强螺栓和屋盖梁连接，连接形综合前文分析，对于轻钢式有直面连接或斜面连接[4]。

结构厂房在风灾下破坏不仅包括自然因素，也有厂房自身结构承载力不足的因素。

1）结构承载力方面。作为屋面和墙面围护结构的压型钢板之间多采用搭接式连接，由于压型钢板之间以及压型钢板与檩条之间连接强度低，在风荷载体型系数大的一侧板连接处容易被风撕裂。而简易轻钢结构厂房整体刚度差，抗侧向风荷载能力弱，在强台风中容易发生整体性倒塌。

2）自然因素方面。由于台风的瞬时脉动风速过大，加之在屋檐、屋脊和屋面转角处等几何形状突变的地方，本身风载体型系数在某些风向角下要比面平均风载体型系数高得多，因此造成局部脉动风压过高，而使屋面围护结构首先发生破坏。厂房周围潜在的风致碎片源对围护结构也构- 28 -8

结构选型7

墙板

6

卷帘受损5

屋面

边区角区4

屋脊电动排烟天窗3

屋面配件通风器等设备2

采光板

1

屋面板型项次

成了威胁。当围护结构出现洞口时，瞬时增大的内压又成为继续破坏另一主要原因[5]。

3　轻钢结构防风减灾改进措施

综合上述调研结果以及分析讨论，未经过有设计资质机构的设计而导致结构在体系、布置、连接构造等方面存在明显缺陷，是轻钢结构灾损的最主要原因。因此，规范和改进轻钢结构设计的管理，是提高轻钢结构抗风安全最重要的工作。故分别从政策法

表 1　轻钢结构损坏调查结果与分析

现场照片

原因分析

180°咬口型板和卡扣式屋面板抗风性能差；

360°直立缝锁边型板抗台风性能较好

采光板强度低、易老化，通长的采光带易破坏，点式采光板抗风性能较好

未采用质量较好的产品，不能保证与屋面系统的连接强度

屋脊气楼、天窗的破坏，引起整个屋面破坏

屋面边区和角区风压比较大，檩条未加密，屋面板未加强抗风措施，导致边角区面板破坏

卷帘门未采取临时抗风措施，导致破坏

平板被风破坏，一方面钢板强度低，另一方面与施工工艺有很大关系，板与墙檩的连接不足

结构选型、支撑体系不合理，未满足国家规范

第11期

邱发强：轻钢结构在台风破坏下的灾害调查与分析

规和设计方案上对轻钢结构的防灾减灾提出如下的建议措施。

3.1　政策法规方面

1）建筑物、构筑物的建设应严格按规定建设程序实施。“莫兰蒂”超强台风对业主自建的建筑物、构筑物破坏较严重，这些结构未经正规设计和施工，建议由政府主管部门牵头，相关单位或组织制定技术标准，提供技术服务。

2）轻钢围护结构应严格执行《关于轻钢围护结构设计有关问题的通知》（闽建设[2008]3 号）。围护结构的薄弱部位应特别加强，台风来临时应采取有效的应急措施。

3.2　建筑结构设计、施工方面

1）外立面、屋面设计应采用有利于抗风的造型，墙面、屋面尽量少出现凸出的构件。墙角、檐口、雨篷、气楼等宜采用弧形面。

2）屋面檩条的间距和截面大小应按计算确定，且檩条间距≤ 1 500 mm，屋面端部、挑檐等处的檩条宜适当加密。尤其要注意檩条下翼缘在风吸力作用下的稳定性问题。复合墙板宜减小檩距，加强连接。

3）通过设置压条，可有效提高围护结构的抗风性能。在屋脊、檐口、山墙转角、门窗处围护系统外侧宜增设通长固定压条。

4）屋面板选型时应根据板的长度、檩条的跨度经过分析计算合理选用。屋面板宜采用 360°直立锁缝，不应采用类似“角驰三”的双波谷板型和 180 °的咬口型板，边缘及角区宜增加抗风夹具或其它防风措施。压型钢板的连接节点设计应进行相应的结构计算，提高屋面板的抗风性能。

5）轻钢围护结构屋面用压型钢板的外板基板厚度（不包括涂层）不宜＜ 0.6 mm，墙面用压型钢板的外板基板厚度（不包括涂层）不宜＜ 0.5 mm。钢板屈服强度≥ 350 MPa。

6）屋顶彩钢板连接件的间距、数量应按计算确定，特别是房屋端部、屋脊、转角、挑檐、天窗、采光带、彩钢板端头及其他薄弱部位应按计算和构造予以加密。设计文件对紧固件规格、数量、布置应提出明确要求。

7）应重视薄弱部位的构造措施。无特殊工艺要求

时，屋盖应尽量避免设置天窗、通长采光带和较大洞口。屋面采光带宜采用点式布置或突出屋面板以上设置，确需设置通长采光带或屋脊开设较大洞口时，应采取加强措施。

8）室外部分的屋面应在檩条下翼缘增设下层板，室内屋面宜在檩条下翼缘增设下层板。屋面不宜直接外挑（如：雨篷、卸货台顶棚）；若确需外挑，外挑部分宜降低标高或采取加强措施。

9）门窗洞口采取防护措施。卷闸门应保证门扇的厚度和强度，保证门两侧轨道足够的进深尺度，台风来袭时应采用临时加固措施。

10）施工单位应严格按设计文件及现行相关标准施工，确保施工质量。监理单位应严格把关，特别加强对屋面板连接件的数量和质量检查验收。

4　结　语

本文通过对轻钢结构的台风灾后调查分析发现，在“莫兰蒂”超强台风破坏之后，受灾严重的轻钢建筑主要是因为未经过有设计资质机构的设计而导致结构在体系、布置、连接构造等方面存在明显缺陷。因此，本文提出规范和改进轻钢结构设计的管理，是提高轻钢结构抗风安全最重要的工作。我国轻钢结构以及相关围护系统的设计、产品开发、施工水平有待提高；在设计过程中应确保节点等细部处理；还应加强规范、图集方面的修订完善；在施工方面应加强对工程节点、用材以及施工工艺的质量控制。Q参考文献

[1]金玉芬，杨庆山，李启.轻钢房屋围护结构的台风灾害调查与分析[J].建筑结构学报，2010，31（S2）：197－201，231.

[2]齐洪威，韩琴，罗海燕，等.2014年“威马逊”超强台风作用下建筑结构灾损调查与分析：轻钢结构[J].建筑结构，2015，45（15）：27－35.[3]中国建筑科学研究院.GB 5009－2012 建筑结构荷载规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[4]中冶集团建筑研究总院，冶金工业信息标准研究院，中国钢结构协会，等.GB/T 12755－2008 建筑用压型钢板[S].北京：中国标准出版社，2009.

[5]宋芳芳.几类风灾易损建筑台风损伤估计与预测[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

- 29 -