錢鈞瓏

(廈門市建設(shè)工程施工圖審查所 福建廈門 361004)

0 引言

2016年9月15日凌晨3時05分在廈門翔安沿海登陸的“莫蘭蒂”臺風(fēng)是建國以來廈門遭遇的最強(qiáng)臺風(fēng)，登陸時最大陣風(fēng)17級以上，中心最大風(fēng)力達(dá)15級，風(fēng)速48m/s(年鑒上調(diào)至52m/s，超強(qiáng)臺風(fēng))、中心氣壓945Pa，廈門氣象站測到平均風(fēng)速為40.4m/s，風(fēng)力13級。廈門從2016年9月15日凌晨00時開始受到“莫蘭蒂”的猛烈襲擊，風(fēng)力數(shù)據(jù)破歷史記錄，同安灣大橋最大風(fēng)速達(dá)41.1m/s(13級)、極大風(fēng)速達(dá)63.1m/s(大于17級)，為廈門有氣象記錄以來的實測最大風(fēng)速。這次強(qiáng)臺風(fēng)破壞力大，造成全市大范圍停電、停水、停氣，交通中斷。

為了解這次臺風(fēng)對廈門市門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)廠房等建筑物的影響情況，受廈門市建設(shè)局委托，市土木建筑學(xué)會組織有關(guān)專家對輕鋼結(jié)構(gòu)建筑物、構(gòu)筑物受損情況進(jìn)行調(diào)研。筆者有幸參加本次調(diào)研工作，對同安區(qū)的輕鋼建筑物、構(gòu)筑物的災(zāi)損情況進(jìn)行實地調(diào)查，聽取業(yè)主的相關(guān)情況介紹，查明鋼結(jié)構(gòu)廠房、倉庫、雨篷、廣告牌的受破壞情況。調(diào)研的重點是門式剛架輕型房屋鋼結(jié)構(gòu)建筑，主要有同安工業(yè)集中區(qū)的廠房、倉庫以及西柯鎮(zhèn)、新民鎮(zhèn)等處老百姓自建的輕鋼建筑和濱海大道、海翔大道、白云大道、同集路沿線的廣告牌等。

調(diào)研項目位于同安工業(yè)集中區(qū)和環(huán)東海域同安灣區(qū)域，該區(qū)域風(fēng)速較大，建筑承受的風(fēng)壓較大，鋼構(gòu)受損較嚴(yán)重。經(jīng)過實地調(diào)研發(fā)現(xiàn)，臺風(fēng)影響的總體情況是正規(guī)建設(shè)的輕鋼建筑主體結(jié)構(gòu)破壞較小，而屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)毀損就比較嚴(yán)重，主要表現(xiàn)在屋面壓型鋼板被吹飛。老百姓自建的輕鋼結(jié)構(gòu)則破壞較嚴(yán)重，承重結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)均存在不同程度的毀損，輕鋼結(jié)構(gòu)整體垮塌的現(xiàn)象比比皆是。

下文就這次臺風(fēng)災(zāi)后建筑物、構(gòu)筑物的破壞情況及反思、建議分別詳細(xì)闡述。

1 輕鋼結(jié)構(gòu)受損情況

1.1 主體結(jié)構(gòu)

筆者參與調(diào)查的重點是同安工業(yè)集中區(qū)和同安灣的門式剛架輕型房屋結(jié)構(gòu)，主體結(jié)構(gòu)采用H型鋼門式剛架，檁條，墻梁采用Z形、C形冷彎薄壁型鋼制作，屋面、墻面圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用壓型鋼板。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，凡按照建設(shè)程序進(jìn)行建設(shè)的輕鋼建筑物，在本次臺風(fēng)中主體結(jié)構(gòu)表現(xiàn)良好，豎向承重結(jié)構(gòu)如剛架、墻架、豎向支撐均未見損壞，屋面檁條也未見損壞，無需加固或修復(fù)。比較典型的某中藥廠20 000m2主廠房，鋼構(gòu)為某境外鋼構(gòu)公司施工。據(jù)甲方介紹，該廠房柱距為8m×24m，型材選用、施工質(zhì)量均較上乘，鋼構(gòu)部分單方造價約500元/m2(2008年竣工)。這次臺風(fēng)影響很小，外觀完好，沒有變形、拉傷等現(xiàn)象，如圖1所示。

圖1 廠房外觀完好無損

而民間自建的輕鋼建筑則破壞嚴(yán)重，整體垮塌的現(xiàn)象隨處可見，如圖2所示。需要指出的是，部分在建工程施工期間未按規(guī)定設(shè)置臨時支撐，導(dǎo)致主體構(gòu)件失穩(wěn)破壞。如某在建物流倉庫未設(shè)縱向臨時支撐，導(dǎo)致門式剛架完全摧毀，如圖3所示。

圖2 結(jié)構(gòu)整體垮塌

圖3 門式剛架完全摧毀

1.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然主體結(jié)構(gòu)破壞不嚴(yán)重，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞則較為嚴(yán)重，屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)、外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)均發(fā)現(xiàn)損毀，主要有屋頂彩鋼板整片掀起(圖4)、卷簾門整體變形(圖5)、山墻吹歪(圖6)等現(xiàn)象。其中，外墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞較小，主要是玻璃門窗損毀及高大卷閘門損毀。除某大型電商倉庫的山墻彩鋼板局部損毀外，正規(guī)建設(shè)的輕鋼建筑項目均未發(fā)現(xiàn)墻體圍護(hù)結(jié)構(gòu)整體損毀現(xiàn)象。

圖4 屋頂彩鋼板大部損毀

圖5 卷閘門損毀

1.3 非正規(guī)建設(shè)的輕鋼結(jié)構(gòu)、臨時建筑、屋頂廣告

這些建筑物、構(gòu)筑物在這次臺風(fēng)中損毀較嚴(yán)重，大部分整體破壞或垮塌，如圖2和圖7所示。

綜上所述，在本次調(diào)研的建筑物范圍內(nèi)，符合現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的輕鋼建筑主體結(jié)構(gòu)經(jīng)受住了“莫蘭蒂”強(qiáng)臺風(fēng)考驗，未見損壞，無需加固或修，可繼續(xù)使用；但圍護(hù)結(jié)構(gòu)特別是屋頂彩鋼板損毀較嚴(yán)重。非正規(guī)建設(shè)的輕鋼結(jié)構(gòu)、臨時建筑、屋頂廣告的主體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)均遭受嚴(yán)重破壞，甚至垮塌。

圖6 山墻圍護(hù)彩鋼板局部損毀

圖7 某建材園屋頂廣告整體損毀

2 結(jié)構(gòu)損壞的原因分析

輕鋼結(jié)構(gòu)一般指以壓型鋼板和鋼檁條作為屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)，以鋼梁、鋼桁架或鋼網(wǎng)架作為屋面承重結(jié)構(gòu)的大跨度結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)場情況顯示，門式剛架、柱間豎向支撐和屋面橫向水平支撐等承重結(jié)構(gòu)基本完好，屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)則嚴(yán)重?fù)p壞。眾所周知，歷次風(fēng)災(zāi)均顯示輕鋼房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)遭受風(fēng)損是造成臺風(fēng)損失的主要原因。屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)大面積損壞的原因初步分析有以下5點。

2.1 屋面壓型鋼板抗超強(qiáng)臺風(fēng)能力不足

目前，壓型鋼板設(shè)計一般是根據(jù)荷載、支承條件、強(qiáng)度、變形條件、型材等參數(shù)直接引用國標(biāo)圖集。屋面彩鋼板型材自身抗超強(qiáng)臺風(fēng)能力不足，是屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)大面積受損的原因之一。比較典型的是某金屬有限公司的鋼構(gòu)廠房，該建筑為2008年竣工，未執(zhí)行閩建設(shè)〔2008〕3號文的相關(guān)規(guī)定，屋面壓型鋼板基板厚度偏小。這次臺風(fēng)造成屋頂彩鋼板損毀嚴(yán)重，幾乎全部損毀，造成的損失極大，如圖3所示。

2.2 局部范圍內(nèi)抗風(fēng)能力不足

當(dāng)氣流越過或繞過建筑物時，在墻角、檐口、屋脊、屋面角部等區(qū)域發(fā)生氣流分離而產(chǎn)生較大的局部負(fù)壓[1]。本次調(diào)研發(fā)現(xiàn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)在房屋角部、端部、檐口等處的破壞尤為明顯，如圖8～圖9所示。這些部位風(fēng)吸力較大，但未采取有效的抗風(fēng)措施，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力不足。在臺風(fēng)來襲時，邊緣帶及角部范圍內(nèi)面板系統(tǒng)破壞引起屋面的整體抗風(fēng)性能降低，最終導(dǎo)致屋面板大面積損壞。

圖8 屋頂端部彩鋼板整片損毀

圖9 屋頂角部彩鋼板大部損毀

2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)連接件抗風(fēng)能力不足

連接件剛度、強(qiáng)度不足或數(shù)量偏少，在風(fēng)吸力作用下易發(fā)生脫扣現(xiàn)象，在臺風(fēng)上拔力的作用下導(dǎo)致大面積屋面板刮飛。屋面壓型鋼板與檁條的固定方式常見方式有打釘式、咬合式、扣合式[2]。打釘式即采用自攻螺釘將屋面壓型鋼板與檁條鎖緊。當(dāng)自攻螺釘數(shù)量偏少或咬合力不足時，壓型鋼板沿檁條撕開，如圖10所示。

圖10 屋頂彩鋼板沿檁條撕開

2.4 門窗的抗風(fēng)能力不足

鋼構(gòu)廠房、倉庫門窗尺寸普遍較大，尤其采用高大卷閘門時，門扇的厚度和強(qiáng)度不足，抗風(fēng)能力弱。臺風(fēng)來襲時，門窗先破壞，臺風(fēng)灌進(jìn)室內(nèi)，向上吹開屋頂彩鋼板。如某廠房卷閘門的軌道槽被風(fēng)吹至變形，卷閘門受損破壞，如圖11所示。

圖11 卷閘門軌道槽變形

圖12 屋頂角部彩鋼板沿咬邊撕開

2.5 施工因素

施工質(zhì)量隱患也是造成結(jié)構(gòu)破壞的主要原因之一。連接件未按規(guī)范要求設(shè)置、彩鋼板鎖邊質(zhì)量存在缺陷，在臺風(fēng)來襲時出現(xiàn)咬邊咬口張開、咬邊脫落等現(xiàn)象，最終導(dǎo)致彩鋼板被風(fēng)吹走，如圖12所示。部分在建工程在臺風(fēng)來襲時未按規(guī)范要求采取臨時抗風(fēng)措施，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失穩(wěn)破壞。

3 結(jié)論與建議

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)，鋼構(gòu)房屋的破壞形式主要是屋頂圍護(hù)結(jié)構(gòu)破壞。雖然圍護(hù)結(jié)構(gòu)占整個鋼構(gòu)建筑的投資比例并不大，但其破壞后造成的次生災(zāi)害極大。屋頂整體損毀后，廠房設(shè)備淋雨造成設(shè)備損壞嚴(yán)重。如某金屬有限公司在本次臺風(fēng)損失大約3000萬元。在鋼構(gòu)建設(shè)中注意圍護(hù)結(jié)構(gòu)薄弱部位的加強(qiáng)，并且在臺風(fēng)來臨時采取有效的臨時抗風(fēng)措施，這些損失是可以避免的。

3.1 輕鋼結(jié)構(gòu)建筑建設(shè)程序及設(shè)計、施工建議

(1)建筑物、構(gòu)筑物的建設(shè)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定建設(shè)程序?qū)嵤?。本次臺風(fēng)對業(yè)主自建的建筑物、構(gòu)筑物破壞較嚴(yán)重，這些結(jié)構(gòu)未經(jīng)正規(guī)設(shè)計和施工，建議由政府主管部門牽頭，相關(guān)單位或組織制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提供技術(shù)服務(wù)。

(2)福建沿海是臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)，臺風(fēng)造成的災(zāi)害較為嚴(yán)重。為確保輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)使用安全，規(guī)范輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計，福建省建設(shè)廳于2008年3月17日發(fā)布了閩建設(shè)〔2008〕3號《關(guān)于輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)問題的通知》，針對福建省臺風(fēng)氣候特點，提出輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)技術(shù)措施。

輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行上述文件，特別是圍護(hù)結(jié)構(gòu)的薄弱部位應(yīng)重點加強(qiáng)，臺風(fēng)來臨時應(yīng)采取有效的應(yīng)急措施。

3.2 對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工的建議

(1)外立面、屋面設(shè)計應(yīng)采用有利于抗風(fēng)的造型，墻面、屋面盡量少出現(xiàn)凸出的構(gòu)件。墻角、檐口、雨篷、氣樓等宜采用弧形面[3]。

(2)屋面檁條的間距和截面大小應(yīng)按計算確定，且檁條間距不大于1500mm，屋面端部、挑檐等處的檁條宜適當(dāng)加密。尤其要注意檁條下翼緣在風(fēng)吸力作用下的穩(wěn)定性問題。復(fù)合墻板宜減小檁距，加強(qiáng)連接[4]。

(3)通過設(shè)置壓條，可有效提高圍護(hù)結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能。在屋脊、檐口、山墻轉(zhuǎn)角、門窗處圍護(hù)系統(tǒng)外側(cè)宜增設(shè)通長固定壓條。

(4)屋面板選型時應(yīng)根據(jù)板的長度、檁條的跨度經(jīng)過分析計算合理選用。屋面板宜采用360°直立鎖縫，不應(yīng)采用類似“角馳三”的雙波谷板型和180°的咬口型板，邊緣及角區(qū)宜增加抗風(fēng)夾具或其它防風(fēng)措施。壓型鋼板的連接節(jié)點設(shè)計應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計算，提高屋面板的抗風(fēng)性能。

(5)輕鋼圍護(hù)結(jié)構(gòu)屋面用壓型鋼板的外板基板厚度(不包括涂層)不宜小于0.6mm，墻面用壓型鋼板的外板基板厚度(不包括涂層)不宜小于0.5mm。鋼板屈服強(qiáng)度不少于350MPa[5]。

(6)屋頂彩鋼板連接件的間距、數(shù)量應(yīng)按計算確定，特別是房屋端部、屋脊、轉(zhuǎn)角、挑檐、天窗、采光帶、彩鋼板端頭及其他薄弱部位應(yīng)按計算和構(gòu)造予以加密。設(shè)計文件對緊固件規(guī)格、數(shù)量、布置應(yīng)提出明確要求。

(7)應(yīng)重視薄弱部位的構(gòu)造措施。無特殊工藝要求時，屋蓋應(yīng)盡量避免設(shè)置天窗、通長采光帶和較大洞口。屋面采光帶宜采用點式布置或突出屋面板以上設(shè)置，確需設(shè)置通長采光帶或屋脊開設(shè)較大洞口時，應(yīng)采取加強(qiáng)措施。

(8)室外部分的屋面應(yīng)在檁條下翼緣增設(shè)下層板，室內(nèi)屋面宜在檁條下翼緣增設(shè)下層板。雨篷、卸貨臺頂棚等結(jié)構(gòu)不宜由屋面直接外挑，若確需外挑，外挑部分宜降低標(biāo)高或采取加強(qiáng)措施。

(9)門窗洞口應(yīng)采取防護(hù)措施。卷閘門應(yīng)保證門扇的厚度和強(qiáng)度，保證門兩側(cè)軌道足夠的進(jìn)深尺度，臺風(fēng)來襲時應(yīng)采用臨時加固措施。

(10)施工單位應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計文件及現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)施工，確保施工質(zhì)量。監(jiān)理單位應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，特別加強(qiáng)對屋面板連接件的數(shù)量和質(zhì)量檢查驗收。

“莫蘭蒂”臺風(fēng)給廈門市帶來巨大損失，如何總結(jié)經(jīng)驗、吸取教訓(xùn)，值得土木工程技術(shù)人員深思，并在今后的工程實踐中采取有效的防患措施，提高結(jié)構(gòu)抗風(fēng)能力，保證結(jié)構(gòu)安全。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 金玉芬,楊慶山,李啟.輕鋼房屋圍護(hù)結(jié)構(gòu)的臺風(fēng)災(zāi)害調(diào)查與分析[J].建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報,2010(S2):197-201.

[2] 鄭衛(wèi)基.壓型鋼板屋面抗風(fēng)設(shè)計有關(guān)問題的探討[J].福建建筑,2012(1):45-49.

[3] 王賽寧,李文波.從風(fēng)荷載對輕鋼結(jié)構(gòu)房屋的破壞看抗風(fēng)設(shè)計[J].中國建筑防水,2010(07):9-15.

[4] 宋建生,張期斌， 高月梅.鋼結(jié)構(gòu)圍護(hù)結(jié)構(gòu)防臺風(fēng)措施[J].經(jīng)營管理者,2013(10):379.

[5] 金海,程林,陳梅珠,等.輕鋼建筑屋面圍護(hù)結(jié)構(gòu)抗風(fēng)設(shè)計及施工[J].鋼結(jié)構(gòu),2015,3003:33-35,45.