超强台风造成轻型房屋钢结构灾损调查与反思

钱钧珑

(厦门市建设工程施工图审查所 福建厦门 361004)

0 引言

2016年9月15日凌晨3时05分在厦门翔安沿海登陆的“莫兰蒂”台风是建国以来厦门遭遇的最强台风，登陆时最大阵风17级以上，中心最大风力达15级，风速48m/s(年鉴上调至52m/s，超强台风)、中心气压945Pa，厦门气象站测到平均风速为40.4m/s，风力13级。厦门从2016年9月15日凌晨00时开始受到“莫兰蒂”的猛烈袭击，风力数据破历史记录，同安湾大桥最大风速达41.1m/s(13级)、极大风速达63.1m/s(大于17级)，为厦门有气象记录以来的实测最大风速。这次强台风破坏力大，造成全市大范围停电、停水、停气，交通中断。

为了解这次台风对厦门市门式刚架轻型房屋钢结构厂房等建筑物的影响情况，受厦门市建设局委托，市土木建筑学会组织有关专家对轻钢结构建筑物、构筑物受损情况进行调研。笔者有幸参加本次调研工作，对同安区的轻钢建筑物、构筑物的灾损情况进行实地调查，听取业主的相关情况介绍，查明钢结构厂房、仓库、雨篷、广告牌的受破坏情况。调研的重点是门式刚架轻型房屋钢结构建筑，主要有同安工业集中区的厂房、仓库以及西柯镇、新民镇等处老百姓自建的轻钢建筑和滨海大道、海翔大道、白云大道、同集路沿线的广告牌等。

调研项目位于同安工业集中区和环东海域同安湾区域，该区域风速较大，建筑承受的风压较大，钢构受损较严重。经过实地调研发现，台风影响的总体情况是正规建设的轻钢建筑主体结构破坏较小，而屋面围护结构毁损就比较严重，主要表现在屋面压型钢板被吹飞。老百姓自建的轻钢结构则破坏较严重，承重结构、围护结构均存在不同程度的毁损，轻钢结构整体垮塌的现象比比皆是。

下文就这次台风灾后建筑物、构筑物的破坏情况及反思、建议分别详细阐述。

1 轻钢结构受损情况

1.1 主体结构

笔者参与调查的重点是同安工业集中区和同安湾的门式刚架轻型房屋结构，主体结构采用H型钢门式刚架，檩条，墙梁采用Z形、C形冷弯薄壁型钢制作，屋面、墙面围护结构采用压型钢板。

调查发现，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，竖向承重结构如刚架、墙架、竖向支撑均未见损坏，屋面檩条也未见损坏，无需加固或修复。比较典型的某中药厂20 000m2主厂房，钢构为某境外钢构公司施工。据甲方介绍，该厂房柱距为8m×24m，型材选用、施工质量均较上乘，钢构部分单方造价约500元/m2(2008年竣工)。这次台风影响很小，外观完好，没有变形、拉伤等现象，如图1所示。

图1 厂房外观完好无损

而民间自建的轻钢建筑则破坏严重，整体垮塌的现象随处可见，如图2所示。需要指出的是，部分在建工程施工期间未按规定设置临时支撑，导致主体构件失稳破坏。如某在建物流仓库未设纵向临时支撑，导致门式刚架完全摧毁，如图3所示。

图2 结构整体垮塌

图3 门式刚架完全摧毁

1.2 围护结构

调查发现，虽然主体结构破坏不严重，但围护结构破坏则较为严重，屋顶围护结构、外墙围护结构均发现损毁，主要有屋顶彩钢板整片掀起(图4)、卷帘门整体变形(图5)、山墙吹歪(图6)等现象。其中，外墙围护结构破坏较小，主要是玻璃门窗损毁及高大卷闸门损毁。除某大型电商仓库的山墙彩钢板局部损毁外，正规建设的轻钢建筑项目均未发现墙体围护结构整体损毁现象。

图4 屋顶彩钢板大部损毁

图5 卷闸门损毁

1.3 非正规建设的轻钢结构、临时建筑、屋顶广告

这些建筑物、构筑物在这次台风中损毁较严重，大部分整体破坏或垮塌，如图2和图7所示。

综上所述，在本次调研的建筑物范围内，符合现行规范标准建设的轻钢建筑主体结构经受住了“莫兰蒂”强台风考验，未见损坏，无需加固或修，可继续使用；但围护结构特别是屋顶彩钢板损毁较严重。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。

图6 山墙围护彩钢板局部损毁

图7 某建材园屋顶广告整体损毁

2 结构损坏的原因分析

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。

现场情况显示，门式刚架、柱间竖向支撑和屋面横向水平支撑等承重结构基本完好，屋面围护结构则严重损坏。众所周知，历次风灾均显示轻钢房屋围护结构遭受风损是造成台风损失的主要原因。屋顶围护结构大面积损坏的原因初步分析有以下5点。

2.1 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。比较典型的是某金属有限公司的钢构厂房，该建筑为2008年竣工，未执行闽建设〔2008〕3号文的相关规定，屋面压型钢板基板厚度偏小。这次台风造成屋顶彩钢板损毁严重，几乎全部损毁，造成的损失极大，如图3所示。

2.2 局部范围内抗风能力不足

当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[1]。本次调研发现围护结构在房屋角部、端部、檐口等处的破坏尤为明显，如图8～图9所示。这些部位风吸力较大，但未采取有效的抗风措施，结构抗风能力不足。在台风来袭时，边缘带及角部范围内面板系统破坏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。

图8 屋顶端部彩钢板整片损毁

图9 屋顶角部彩钢板大部损毁

2.3 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。屋面压型钢板与檩条的固定方式常见方式有打钉式、咬合式、扣合式[2]。打钉式即采用自攻螺钉将屋面压型钢板与檩条锁紧。当自攻螺钉数量偏少或咬合力不足时，压型钢板沿檩条撕开，如图10所示。

图10 屋顶彩钢板沿檩条撕开

2.4 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。台风来袭时，门窗先破坏，台风灌进室内，向上吹开屋顶彩钢板。如某厂房卷闸门的轨道槽被风吹至变形，卷闸门受损破坏，如图11所示。

图11 卷闸门轨道槽变形

图12 屋顶角部彩钢板沿咬边撕开

2.5 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，如图12所示。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。

3 结论与建议

本次调查发现，钢构房屋的破坏形式主要是屋顶围护结构破坏。虽然围护结构占整个钢构建筑的投资比例并不大，但其破坏后造成的次生灾害极大。屋顶整体损毁后，厂房设备淋雨造成设备损坏严重。如某金属有限公司在本次台风损失大约3000万元。在钢构建设中注意围护结构薄弱部位的加强，并且在台风来临时采取有效的临时抗风措施，这些损失是可以避免的。

3.1 轻钢结构建筑建设程序及设计、施工建议

(1)建筑物、构筑物的建设应严格按规定建设程序实施。本次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)福建沿海是台风多发地区，台风造成的灾害较为严重。为确保轻钢围护结构使用安全，规范轻钢围护结构设计，福建省建设厅于2008年3月17日发布了闽建设〔2008〕3号《关于轻钢围护结构设计有关问题的通知》，针对福建省台风气候特点，提出轻钢围护结构的抗风技术措施。

轻钢围护结构应严格执行上述文件，特别是围护结构的薄弱部位应重点加强，台风来临时应采取有效的应急措施。

3.2 对建筑结构设计、施工的建议

(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[3]。

(2)屋面檩条的间距和截面大小应按计算确定，且檩条间距不大于1500mm，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[4]。

(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)不宜小于0.6mm，墙面用压型钢板的外板基板厚度(不包括涂层)不宜小于0.5mm。钢板屈服强度不少于350MPa[5]。

(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。雨篷、卸货台顶棚等结构不宜由屋面直接外挑，若确需外挑，外挑部分宜降低标高或采取加强措施。

(9)门窗洞口应采取防护措施。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。

“莫兰蒂”台风给厦门市带来巨大损失，如何总结经验、吸取教训，值得土木工程技术人员深思，并在今后的工程实践中采取有效的防患措施，提高结构抗风能力，保证结构安全。

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(S2):197-201.

[2] 郑卫基.压型钢板屋面抗风设计有关问题的探讨[J].福建建筑,2012(1):45-49.

[3] 王赛宁,李文波.从风荷载对轻钢结构房屋的破坏看抗风设计[J].中国建筑防水,2010(07):9-15.

[4] 宋建生,张期斌， 高月梅.钢结构围护结构防台风措施[J].经营管理者,2013(10):379.

[5] 金海,程林,陈梅珠,等.轻钢建筑屋面围护结构抗风设计及施工[J].钢结构,2015,3003:33-35,45.