譚偉文

（廣東省建設(shè)工程質(zhì)量安全檢測(cè)總站有限公司）

20 世紀(jì)70 年代末，金屬屋面系統(tǒng)開始在我國(guó)逐漸得到應(yīng)用。近年來，隨著世界杯和奧運(yùn)會(huì)等體育運(yùn)動(dòng)盛會(huì)及世博會(huì)等大型活動(dòng)和高鐵建設(shè)的需要，大跨度空間結(jié)構(gòu)體系在我國(guó)得到迅速發(fā)展。與此同時(shí)，由于具有輕質(zhì)高強(qiáng)、外形美觀、色彩豐富、造型多變、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn)，金屬屋面系統(tǒng)在這些大跨度空間結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。金屬屋面板的材料也在不斷的革新，常用的金屬屋面板有壓型鋼板、鋁合金板和鋅合金板等。其中，鋁合金材料具有重量輕、強(qiáng)度高、可模性好、延展性好、耐腐蝕性好等優(yōu)點(diǎn)，故目前鋁合金屋面板的應(yīng)用較為普遍。然而，在實(shí)際工程中，鋁合金板屋面系統(tǒng)的風(fēng)揭破壞現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生?；诖耍疚慕榻B了鋁合金板屋面系統(tǒng)的特點(diǎn)；并從實(shí)際工程案例出發(fā)，分析鋁合金板屋面系統(tǒng)風(fēng)揭破壞原因，總結(jié)提高其抗風(fēng)揭性能的方法；從試驗(yàn)研究、數(shù)值分析和設(shè)計(jì)方法角度，評(píng)述鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的研究現(xiàn)狀；進(jìn)一步探討提出鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能研究中需解決的若干關(guān)鍵問題，期望為實(shí)際工程應(yīng)用和理論研究提供可參考的綜合分析資料。

1 鋁合金板屋面系統(tǒng)的特點(diǎn)

鋁合金屋面板（圖1）已廣泛應(yīng)用于大跨度空間結(jié)構(gòu)當(dāng)中，如鄂爾多斯博物館[1]、新加坡環(huán)球影城主題公園[2]、杭州大劇院[3]、國(guó)家大劇院[4]等（圖2）。

圖1 直立鎖邊65-430型鋁合金屋面板

圖2 鋁合金屋面板的工程應(yīng)用

在鋁合金屋面板的加工過程中，為滿足色彩效果的要求，可采用PE和PVDF進(jìn)行涂層處理，提高板材的耐候性；為滿足各種形狀屋面的要求，可以將鋁合金屋面板做成扇形板或彎弧板。對(duì)于鋁合金屋面板的連接，其橫向連接采用直立鎖邊咬合連接，如圖3 所示，使用專門的電動(dòng)鎖邊機(jī)將屋面板直立鎖邊和高強(qiáng)鋁T 型支座梅花頭進(jìn)行有效咬合，施工安裝簡(jiǎn)單快捷，完全由機(jī)械自動(dòng)完成；其縱向連接一般采用搭接形式，當(dāng)為扇形屋面一塊板變兩塊板連接時(shí)，可采用屋面板錯(cuò)高搭接或采用鋁焊絲進(jìn)行氬弧焊密實(shí)焊接。

圖3 鋁合金屋面板的橫向咬合連接

鋁合金板屋面系統(tǒng)通常應(yīng)用于坡度大于5%的坡屋面和弧形屋面，其構(gòu)造如圖4 所示。從上往下，第一層是鋁合金屋面板，直立邊高度、方向的選擇和節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造處理決定了面層的防水性能；第二層是保溫層，可采用玻璃保溫棉，主要起到保溫作用；第三層是吸音層，一般采用離心玻璃吸音棉加鋁箔貼面，主要起到降噪作用；第四層是防潮層，可采用防水透氣膜；第五層是裝飾層，一般采用彩鋼壓型鋼板，用來支撐吸音棉和保溫棉，同時(shí)起到裝飾作用；第六層是檁條結(jié)構(gòu)層，檁條起支撐和找坡作用。高強(qiáng)鋁T 型支座梅花頭連接第一層的鋁合金屋面板，支座底部通過自攻螺釘連接檁條，從而使整個(gè)鋁合金板屋面系統(tǒng)形成一個(gè)整體。為了提高鋁合金板屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭性能，可在咬合連接處設(shè)置抗風(fēng)夾。

圖4 鋁合金板屋面系統(tǒng)構(gòu)造

鋁合金板屋面系統(tǒng)的性能卓越，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面[5]。⑴防水性能好，通長(zhǎng)的鋁合金屋面板無任何穿孔，其直立鎖邊咬合連接屬于隱藏式連接，消除了傳統(tǒng)壓型金屬板存在的漏水隱患；鋁合金屋面板的長(zhǎng)度可根據(jù)施工需要確定，避免了屋面板沿長(zhǎng)度方向的搭接縫。⑵有效釋放溫度應(yīng)力，屋面板和T 型支座間沿縱向能自由滑動(dòng)，沿橫向能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，故鋁合金屋面板的構(gòu)造能有釋放溫度應(yīng)力，解決溫度變形問題。

2 屋面系統(tǒng)風(fēng)揭破壞及加固方法

2007年，武漢天河機(jī)場(chǎng)[6]屋面發(fā)生風(fēng)揭破壞。其屋頂按《建筑荷載規(guī)范》GB20009-2006[7]中50 年一遇基本風(fēng)壓設(shè)計(jì)，原設(shè)計(jì)應(yīng)能抗12 級(jí)風(fēng)。然而，發(fā)生風(fēng)揭破壞時(shí)的風(fēng)速為29m/s（11 級(jí)）。破壞時(shí)，鋁合金屋面板掀起約100m2；屋頂內(nèi)部PC 板幾乎全部被吹落或掀起，面積約為3000m2；屋面板破壞處T 型支座、主次檁條連接均良好。故其破壞原因在于屋面板直立鎖邊咬合連接因風(fēng)吸力拉脫而至。

2011 年，北京某城軌交通高架站屋面先后發(fā)生兩次風(fēng)揭破壞[8]。發(fā)生風(fēng)揭破壞時(shí)，65/400鋁合金屋面板從迎風(fēng)面的檐口開始揭起并發(fā)展。破壞原因包括直立鎖邊咬合連接失效和自攻螺釘拔出。在后期的屋面加固過程中，通過屋面維護(hù)結(jié)構(gòu)的重新驗(yàn)算和風(fēng)揭荷載試驗(yàn)檢測(cè)，采用多項(xiàng)改進(jìn)措施，并改用65/300 鋁合金屋面板。

2010 年～2013 年間，北京T3 航站樓先后發(fā)生了3次風(fēng)揭破壞[8]。3 次風(fēng)揭破壞位置都發(fā)生在屋面檐口處，鋁合金屋面板從直立鎖邊咬合處脫開并逐漸擴(kuò)展，破壞面積一共約1600m2。值得注意的是，發(fā)生風(fēng)揭破壞時(shí)的為9～11級(jí)風(fēng)，均小于設(shè)計(jì)要求。

上述實(shí)際工程案例可以看出，屋面板直立鎖邊的咬合連接、T 型支座的自攻螺釘連接和屋面四周邊緣區(qū)域是鋁合金板屋面系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。

對(duì)于屋面板直立鎖邊的咬合連接，在風(fēng)吸力的作用下，屋面板跨中發(fā)生向上的位移，使得其鎖縫部位產(chǎn)生水平力，導(dǎo)致咬合連接處的咬合開口尺寸變大。當(dāng)咬合開口尺寸大于T 型支座的梅花頭時(shí)，屋面板脫落，此時(shí)咬合連接失效。在實(shí)際工程中，可通過增加抗風(fēng)夾來提高咬合連接效率，如圖5所示。

圖5 抗風(fēng)夾具和U型壓條

對(duì)于T 型支座的自攻螺釘連接，在風(fēng)吸力的作用下，自攻螺釘受到拉力作用，其抗拉性能應(yīng)嚴(yán)格按照《壓型金屬板工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50896-2013[9]中的承載力公式進(jìn)行驗(yàn)算。

對(duì)于屋面四周邊緣區(qū)域，如檐口、挑檐、山墻、屋脊等突出屋面處，在風(fēng)荷載作用下，屋面板往往會(huì)受到下頂上吸的作用，屋面發(fā)生風(fēng)揭破壞的可能性更大。此時(shí)可以通過增設(shè)U 型壓條、減小板寬、增加板厚和加密檁條等方式提高其抗風(fēng)揭性能，如圖5所示。

3 屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能研究現(xiàn)狀

3.1 試驗(yàn)研究

《壓型金屬板工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50896-2013[9]指出壓型金屬板屋面系統(tǒng)，宜經(jīng)抗風(fēng)揭試驗(yàn)驗(yàn)證系統(tǒng)的整體抗風(fēng)揭能力。國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者對(duì)金屬屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭性能進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究。

國(guó)外，F(xiàn)arquhar 等[10]通過風(fēng)洞試驗(yàn)和均布風(fēng)荷載試驗(yàn)，指出ASCE7-02 設(shè)計(jì)指南高估了屋面角部區(qū)域的風(fēng)荷載。Habte 等[11]通過足尺試驗(yàn)研究真實(shí)風(fēng)荷載作用下的金屬屋面承載性能，指出屋面外形和周邊檐口附件對(duì)風(fēng)荷載具有極大的影響。Sivapathasundaram等[12]通過小尺寸和足尺試驗(yàn)研究了金屬板屋面系統(tǒng)的拉斷破壞，并提出了合適的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。Myuran 等[13]完成了一些列小尺寸金屬屋面板的循環(huán)風(fēng)荷載試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出其疲勞破壞設(shè)計(jì)方法。

國(guó)內(nèi)，程明等[14]對(duì)國(guó)家大劇院鋁合金板屋面系統(tǒng)的承載性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，然而試驗(yàn)中采用集中荷載模擬風(fēng)吸力，與實(shí)際情況不符。董震等[15]研究了向下荷載和向上荷載下鋁合金屋面板的承載性能，通過試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)向下荷載作用下，屋面板破壞模式表現(xiàn)為結(jié)構(gòu)整體塌陷，并且T 型支座折斷或彎曲；向上荷載作用下，屋面板破壞模式表現(xiàn)為直立鎖邊咬合連接脫開，承載力低。徐春麗[16]以某國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓屋面加固方案為背景，對(duì)三組65/333 型鋁合金板屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭性能進(jìn)行試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果顯示三組屋面系統(tǒng)在最大風(fēng)荷載下均未發(fā)生破壞，驗(yàn)證了加固方案的可行性。葛連福[17]介紹了屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的FM4471：2010 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析了不同支座連接方式的承載性能，指出增加抗風(fēng)夾和減小板寬能有效提高支座連接的抗松脫承載力。馬福憲等[18]對(duì)駐馬店西高鐵站臺(tái)雨篷金屬屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，指出咬合連接處除受到豎直向上的風(fēng)吸力外，其鎖縫部位還受到水平力，水平力不僅使得鎖邊口變大，同時(shí)使得支座受彎，咬合力大大降低。李路川[19]對(duì)直立鎖邊鋁合金板屋面系統(tǒng)整體抗風(fēng)揭性能進(jìn)行試驗(yàn)研究，指出直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)承載力的大小，取決于很多因素，其中主要包括屋面板板寬、檁條間距、屋面板板厚以及面板材料等。王靜峰和王海濤等[20～21]對(duì)未加固金屬板屋面系統(tǒng)試件、加固金屬板屋面系統(tǒng)試件和吊頂板采用沙袋堆載的方式進(jìn)行了抗風(fēng)揭模擬試驗(yàn)研究，研究結(jié)果顯示風(fēng)揭作用下金屬板屋面系統(tǒng)的主要破壞模式為屋面板嚴(yán)重屈曲，變形過大或被撕裂；T 型支座連接處自攻螺釘連接破壞；邊緣T 型支座的彎曲或撕裂；檁條發(fā)生彎曲或局部變形；屋面板咬合連接處脫開；自攻螺釘連接處屋面板撕裂。方健[22]以三亞火車站金屬屋面系統(tǒng)為例，進(jìn)行8 組鋁合金板屋面試件的抗風(fēng)揭性能試驗(yàn)，指出金屬屋面結(jié)構(gòu)提升抗風(fēng)揭性能的措施包括選擇板厚寬小的屋面板、增設(shè)抗風(fēng)夾和加密檁條（減小板跨）。秦國(guó)鵬等[23]根據(jù)兩組鋁合金板屋面系統(tǒng)試件的抗風(fēng)揭性能試驗(yàn)結(jié)果，指出鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭能力最薄弱的地方位于支座與屋面板的鎖邊處，通過在支座和屋面板的鎖邊位置增加抗風(fēng)加強(qiáng)夾，能夠顯著提高屋面的抗風(fēng)揭能力，且加強(qiáng)夾間距越密，屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭能力越強(qiáng)。

3.2 數(shù)值分析

為了更加全面了解鋁合金板屋面系統(tǒng)的風(fēng)揭破壞機(jī)理；各參數(shù)對(duì)鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的影響規(guī)律；咬合連接的失效演變過程；不規(guī)則鋁合金板的承載能力等，還需要采用考慮幾何非線性的數(shù)值方法進(jìn)行分析[24]。

國(guó)外，Damatty 等[25]采用薄殼單元模擬屋面板，用梁?jiǎn)卧M檁條，并通過彈簧單元將屋面板和檁條進(jìn)行有效連接，形成一個(gè)三維足尺的直立鎖邊屋面數(shù)值模型。Ali 等[26]采用數(shù)值方法對(duì)直立鎖邊屋面系統(tǒng)的靜力和動(dòng)力性能進(jìn)行分析，研究了屋面組件的失效模式、疲勞性能、有效修復(fù)方法。Diaz 等[27]采用數(shù)值模型分析了金屬屋面系統(tǒng)的風(fēng)壓分布。

國(guó)內(nèi)，羅永峰等[28]對(duì)上海浦東郵件處理中心的金屬屋面系統(tǒng)承載能力進(jìn)行驗(yàn)算，建立其數(shù)值模型進(jìn)行譜分析。隨后，羅永峰等[29]采用數(shù)值方法分析了合肥新橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)咬合連接的受力性能，探究了屋面板跨中撓度和咬合開口尺寸的關(guān)系，并設(shè)計(jì)了一種鋁合金板屋面系統(tǒng)的改進(jìn)型咬合連接[30]。陳玉[5]通過鋁合金板屋面系統(tǒng)的數(shù)值模型，分析了檁條間距、屋面板厚度和寬度、摩擦系數(shù)、支座梅花頭寬度和卷邊大耳邊直徑對(duì)鋁合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的影響。秦國(guó)鵬等[31]建立了鋁合金板屋面系統(tǒng)的數(shù)值模型，并通過試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，隨后分析了屋面板厚度和檁條間距對(duì)其抗風(fēng)揭性能的影響。李明等進(jìn)行直立鎖邊屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能數(shù)值分析，探求影響直立鎖邊屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的影響因素。

上述研究發(fā)現(xiàn)，建立鋁合金板屋面系統(tǒng)數(shù)值模型的主要難點(diǎn)在于咬合連接處屋面板之間和屋面板與T 型支座之間的接觸模擬，實(shí)際建模過程中，通常采用彈簧單元模擬其接觸關(guān)系。從大量數(shù)值分析中，研究學(xué)者們歸納出金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的主要影響因素有：⑴檁距越大，屋面跨中位置豎向位移越大，極限抗風(fēng)承載能力越差；⑵板厚的增加可以提高金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭承載能力；⑶板寬的減小可以有效提高金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭承載能力；⑷咬合連接處，接觸的摩擦力越大，金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的極限承載力越高，因此通常增加抗風(fēng)夾來提高咬合連接的摩擦力；⑸T 型支座梅花頭越寬，咬合連接越不容易發(fā)生脫離，故金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能的極限承載力越高。

3.3 設(shè)計(jì)方法

現(xiàn)有的《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》JGJ255-2012[24]中指出，金屬屋面應(yīng)按維護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并應(yīng)具有規(guī)定的承載能力、剛度、穩(wěn)定性和變形協(xié)調(diào)能力，應(yīng)滿足承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)的要求。在確定鋁合金板屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法時(shí)，應(yīng)先了解其可能出現(xiàn)的破壞模式。試驗(yàn)觀察到的破壞模式有鋁合金屋面板的失效、檁條的失效、自攻螺釘連接的失效、T 型支座的失效和鋁合金板直立鎖邊咬合連接的失效。

鋁合金屋面板的強(qiáng)度、變形和穩(wěn)定的驗(yàn)算在《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》JGJ255-2012[24]中有詳細(xì)的說明。計(jì)算分析時(shí)，計(jì)算模型簡(jiǎn)化為連續(xù)梁，T 型支座為連續(xù)梁的鉸接支座，如圖6 所示。對(duì)于豎向向下荷載，該簡(jiǎn)化較為合理；然而，對(duì)于豎向向上荷載，當(dāng)荷載較大時(shí)，咬合連接處屋面板和T 型支座可能會(huì)發(fā)生豎向位移，故理想鉸接支座的力學(xué)模型并不能反映實(shí)際的受力情況。檁條的變形、強(qiáng)度和穩(wěn)定驗(yàn)算可參考《冷灣薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002，將檁條當(dāng)做雙向受彎構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。含有風(fēng)荷載的組合荷載作用下，自攻螺釘連接的抗拉承載力可按照8.5tf和0.75atcdf中的較小值取值[9]，其中t為壓型鋼板厚度，f為基材的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，a為折減系數(shù)，tc為鉆入基材厚度，d為自攻螺釘直徑。《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》JGJ255-2012[24]將T 型支座當(dāng)做軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)。然而，上述試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在風(fēng)吸力作用下，邊緣T 型支座會(huì)受到水平剪力而發(fā)生彎曲或撕裂，故T 型支座的抗剪和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)急需進(jìn)行補(bǔ)充。對(duì)于鋁合金板直立鎖邊咬合連接驗(yàn)算，現(xiàn)階段規(guī)范還沒有詳細(xì)的設(shè)計(jì)公式，規(guī)范規(guī)定其咬合連接強(qiáng)度一般通過風(fēng)揭試驗(yàn)確定[24]。

圖6 鋁合金屋面板的簡(jiǎn)化計(jì)算模型

4 屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭性能研究的關(guān)鍵問題

鋁合金板屋面系統(tǒng)在我國(guó)有著十分廣泛的應(yīng)用。與鋁合金板屋面系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)飛速發(fā)展形成鮮明對(duì)比的是，鋁合金板屋面系統(tǒng)的研究起步較晚。因此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及修訂過于滯后，許多技術(shù)規(guī)程及管理制度仍然不健全，導(dǎo)致鋁合金板屋面系統(tǒng)風(fēng)揭現(xiàn)象時(shí)常發(fā)生?，F(xiàn)階段鋁合金板屋面系統(tǒng)研究中仍有許多需解決的關(guān)鍵問題。

4.1 直立鎖邊咬合連接性能研究問題

在風(fēng)吸力作用下，鋁合金板直立鎖邊咬合連接是屋面系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。了解直立鎖邊咬合連接的失效演變過程，分析其受力特征和破壞機(jī)理，總結(jié)各參數(shù)對(duì)其連接性能的影響規(guī)律，定義連接的失效準(zhǔn)則，推導(dǎo)其剛度性能的計(jì)算公式，是目前急需解決的關(guān)鍵問題之一。另外在邊緣區(qū)域，T 型支座與單塊鋁合金板直立鎖邊進(jìn)行連接。鋁合金板的變形會(huì)對(duì)T 型支座產(chǎn)生不容忽視的水平力作用，此時(shí)的連接性能和T 型支座的承載能力亦有待進(jìn)行研究。

4.2 鋁合金板屋面系統(tǒng)整體性能研究問題

現(xiàn)階段鋁合金板屋面系統(tǒng)整體抗風(fēng)揭性能的數(shù)值模型大部分都是單塊鋁合金板屋面或者局部鋁合金板屋面，所得到的結(jié)果并不能代表鋁合金板屋面系統(tǒng)的整體抗風(fēng)揭性能。其主要原因在于：⑴T 型支座與鋁合金板直立鎖邊的咬合連接無法準(zhǔn)確模擬?，F(xiàn)有研究表明，在風(fēng)吸力作用下，如果將T 型支座假定為理想鉸接，屋面板的計(jì)算撓度和試驗(yàn)值有40%誤差[15]。由此可見，在整體模型中，直立鎖邊咬合連接性能類似于帶有一定剛度的彈簧。因此，由于變形協(xié)調(diào)關(guān)系，局部鋁合金板屋面的數(shù)值結(jié)果并不能代表屋面系統(tǒng)的整體抗風(fēng)揭性能。⑵鋁合金板屋面系統(tǒng)不僅包括鋁合金屋面板，同時(shí)包括T 型支座連接和屋面檁條系統(tǒng)，缺乏鋁合金板屋面系統(tǒng)的整體分析，會(huì)導(dǎo)致鋁合金板屋面與結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作機(jī)理研究無法開展。

4.3 鋁合金板屋面系統(tǒng)整體數(shù)值模型及模型修正問題

由于結(jié)構(gòu)施工的影響，鋁合金板屋面系統(tǒng)的整體數(shù)值模型和實(shí)際屋面整體結(jié)構(gòu)存在差異。其差異主要體現(xiàn)在：⑴模型結(jié)構(gòu)誤差，由影響模型控制方程的一些不確定因素引起，與所選擇的分析假定有關(guān)，例如線性分析忽略了非線性因素對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)的影響；⑵模型參數(shù)誤差，實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理參數(shù)如密度、質(zhì)量、面積、彈性模量、幾何尺寸等與有數(shù)值模型肯定有差異，同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)的荷載參數(shù)如風(fēng)荷載、溫度作用等以及結(jié)構(gòu)的邊界條件極為復(fù)雜，數(shù)值模型難以精確模擬，從而產(chǎn)生了較大的誤差；⑶模型階次誤差，實(shí)際結(jié)構(gòu)是連續(xù)的，具有無限個(gè)自由度，而數(shù)值模型將結(jié)構(gòu)進(jìn)行離散化，其自由度是有限的，故兩者之間必然存在不可忽視的誤差。因此，如何基于實(shí)際的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)鋁合金板屋面系統(tǒng)的整體數(shù)值模型進(jìn)行修正是目前急需解決的問題。

結(jié)構(gòu)模型修正從數(shù)學(xué)上講是優(yōu)化問題，結(jié)構(gòu)靜力數(shù)值模型修正過程按數(shù)學(xué)優(yōu)化概念可表述為：在一定（合理）范圍內(nèi)尋找合適的結(jié)構(gòu)數(shù)值模型參數(shù)，是的結(jié)構(gòu)靜力相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算值與實(shí)測(cè)值的差異最小。結(jié)構(gòu)靜力數(shù)值模型修正可轉(zhuǎn)化為對(duì)以下數(shù)學(xué)優(yōu)化問題的求解：

式中，X 為待修正的結(jié)構(gòu)靜力數(shù)值參數(shù)集；F(X)為反映結(jié)構(gòu)靜力響應(yīng)數(shù)值模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值差異的指標(biāo)函數(shù)，是優(yōu)化問題的目標(biāo)函數(shù)，F(xiàn)(X)為單個(gè)函數(shù)時(shí)，為單目標(biāo)優(yōu)化問題；F(X)為函數(shù)集時(shí)，為多目標(biāo)優(yōu)化問題；Xu、Xl為結(jié)構(gòu)數(shù)值模型參數(shù)集X的上、下限（合理的結(jié)構(gòu)模型參數(shù)取值范圍），是優(yōu)化問題的約束條件。近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，為研究者提供了更多解決結(jié)構(gòu)模型修正問題的思路和方法，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能方法。