淺析彩鋼板屋面體系與FM 認(rèn)證

代明DAI Ming

（殼牌（天津）潤(rùn)滑油有限公司，天津 300270）

（Shell（Tianjin）Lubricant Co.，Ltd.，Tianjin 300270，China）

1 FM 認(rèn)證簡(jiǎn)介

FM 認(rèn)證即FM Approvals。

美國(guó)工廠聯(lián)合保險(xiǎn)商協(xié)會(huì)（Factory Mutual，簡(jiǎn)稱FM），成立于1835年，是美國(guó)最嚴(yán)格的質(zhì)量控制機(jī)構(gòu)之一。FM 作為一家有170年歷史的保險(xiǎn)公司，和其他保險(xiǎn)公司最大的區(qū)別在于FM 是以自己的技術(shù)能力為依靠，進(jìn)行研究、認(rèn)證和技術(shù)服務(wù)。通過(guò)服務(wù)推廣認(rèn)證過(guò)的產(chǎn)品，以這種方式幫助客戶降低所面臨的資產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)近170年的發(fā)展，其業(yè)務(wù)范圍已經(jīng)涵蓋保險(xiǎn)、認(rèn)證、消防標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)和設(shè)計(jì)等諸多領(lǐng)域。FM 向防火器材、電子電器設(shè)備、危險(xiǎn)場(chǎng)所設(shè)施、火場(chǎng)勘測(cè)、信號(hào)設(shè)備、建筑材料等產(chǎn)品的生產(chǎn)商頒發(fā)認(rèn)證證書(shū)；“FM 認(rèn)可”證書(shū)在全球范圍內(nèi)被普遍承認(rèn)，他向消費(fèi)者表明該產(chǎn)品或服務(wù)已經(jīng)通過(guò)美國(guó)和國(guó)際最高標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)。

認(rèn)證流程大致為：提交申請(qǐng)、簽訂協(xié)議、認(rèn)證審閱、產(chǎn)品檢測(cè)、產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、工廠質(zhì)保體系審查、最終認(rèn)證、周期性復(fù)查。

2 彩鋼板屋面體系的FM 認(rèn)證

彩鋼板屋面體系為FM 認(rèn)證范圍內(nèi)產(chǎn)品，在中國(guó)有FM 授權(quán)的實(shí)驗(yàn)室提供該項(xiàng)認(rèn)證服務(wù)，認(rèn)證的依據(jù)為《一級(jí)板材屋面認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)》(FM4471 Approval Stds for Class 1 Roof Panels)。彩鋼板屋面在可燃性、抗風(fēng)拔力、抗踩踏性方面考核，滿足標(biāo)準(zhǔn)已降低潛在的火災(zāi)蔓延、冰雹災(zāi)害，并且達(dá)到滿意的抗風(fēng)掀力性能。

中國(guó)的FM 認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室已引進(jìn)多年，對(duì)于彩板屋面體系的實(shí)驗(yàn)還是能很直觀的反應(yīng)。據(jù)了解稱，目前參與實(shí)驗(yàn)研發(fā)彩板屋面系統(tǒng)的公司，除有外資背景和臺(tái)資背景的鋼結(jié)構(gòu)公司外，主動(dòng)參與的中國(guó)本土鋼結(jié)構(gòu)公司尚為少數(shù)。在日常的情況下，風(fēng)荷載對(duì)于彩板屋面體系的影響是很大的。風(fēng)吹過(guò)屋面，對(duì)屋面作用力很大，經(jīng)常是風(fēng)引起的屋面壓強(qiáng)的變化，致使屋面板產(chǎn)生向上的吸力。如果屋面系統(tǒng)的載荷能力不足以承擔(dān)這部分吸力，屋面構(gòu)件將會(huì)被破壞。在每年的統(tǒng)計(jì)來(lái)看，全國(guó)很多彩板屋面由于設(shè)計(jì)不合理或施工問(wèn)題，在臺(tái)風(fēng)的作用下，屋面被掀起甚至摧毀，引發(fā)安全事故和財(cái)產(chǎn)損失。因此，對(duì)于以上提到彩板屋面體系的FM 認(rèn)證，我們將彩板屋面的抗風(fēng)揭能力作為一個(gè)單元進(jìn)行詳細(xì)介紹。

彩板屋面一般由主檁、底板、副檁、保溫層、支架、面板等要件構(gòu)成，當(dāng)然還有采光板、包角板等其他附件。一些項(xiàng)目中，根據(jù)設(shè)計(jì)的需要，底板由保溫層的保護(hù)層拉網(wǎng)所取代，所以我們?cè)诒敬蔚挠懻撝?，暫且取消底板的設(shè)置。

另外，保溫層在功能設(shè)定上為保溫需要，而非受力結(jié)構(gòu)層，所以我們?cè)诒敬蔚挠懻撝?，暫且取消保溫層的設(shè)置。

根據(jù)波高、波間距、單塊壓型板的有效寬度等信息，決定了屋面板的型號(hào)，也決定了屋面體系的結(jié)構(gòu)形式。

實(shí)驗(yàn)室根據(jù)實(shí)驗(yàn)臺(tái)尺寸，對(duì)擬測(cè)試的屋面系統(tǒng)有具體要求。大致為：

金屬屋面材料準(zhǔn)備：①檁條，②固定座和自鉆釘，③屋面板，④鎖邊機(jī)。

在比特幣世界中每10 min會(huì)產(chǎn)生新增比特幣獎(jiǎng)勵(lì)給成功建立新區(qū)塊的礦工，每個(gè)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)在最初的4年中是50個(gè)比特幣（4年大概產(chǎn)生21萬(wàn)個(gè)區(qū)塊），之后的4年每個(gè)區(qū)塊是25個(gè)比特幣，依次類推下去，最終系統(tǒng)只能產(chǎn)生2 100萬(wàn)個(gè)比特幣[20]。同時(shí)，新區(qū)塊的建立者會(huì)獲得每筆交易所產(chǎn)生的交易費(fèi)用。

測(cè)試框架外尺寸：（7440mm×3860mm）。

送樣數(shù)量：通過(guò)框架寬度和屋面板寬度計(jì)算每個(gè)測(cè)試所需屋面板的數(shù)量。

特別注意：由于試驗(yàn)臺(tái)框架高度為205mm，因此檁條底到屋面板板底的高度控制在以內(nèi)。我們本次實(shí)驗(yàn)的屋面板為55%鉬鋅板 0.6mm 厚YX51-380-760 的壓型鋼板，其他構(gòu)配件具體參數(shù)如表1。

表1

按照國(guó)標(biāo)要求，面板與檁條及緊固件安裝形式參照?qǐng)D1。

圖1

實(shí)驗(yàn)中，我們對(duì)屋面板的固定進(jìn)行了改良，具體參見(jiàn)圖2。

圖2

實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

②在Z 型副檁上依次安裝邊支架、中間支架和鋪設(shè)YX51-380-760 壓型鋼板，邊支架、中間支架間隔380mm；每個(gè)邊支架使用1 個(gè)北塔5.5*25mm 自攻釘，每個(gè)中間支架使用2 個(gè)5.5*25mm 自攻釘；

③使用手動(dòng)鎖邊器進(jìn)行壓型鋼板鎖邊咬合；

④使用壓條沿檁條方向依次布置，相鄰兩排交錯(cuò)布置，在兩邊的兩排檁條上布置，在壓條上每個(gè)支架兩側(cè)各使用1 個(gè)5.5*50mm 自攻釘固定，具體見(jiàn)圖2。

⑤在3.7m*3.7m 實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行正壓抗風(fēng)揭實(shí)驗(yàn)；

⑥初始?jí)毫?.4kPa (30psf)，氣壓上升速率為0.07kPa/s± 0.05kPa/s(1.5psf/s±1 psf/s)。在該壓力下保持60s后，排出空氣直至沒(méi)有上升力作用于屋面；

⑦通過(guò)引入更多的空氣，壓力等級(jí)再次增加0.7kPa(15psf)，按如上描述速率進(jìn)行。保持該壓力等級(jí)60s 后，排出空氣直至沒(méi)有上升力作用于屋面；

⑧接著如過(guò)程7 所述重復(fù)進(jìn)行直至樣品破壞，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

⑨實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在1.4kPa(30psf)壓力下保持60s 后，無(wú)任何部件產(chǎn)生永久變形；在升至2.2kPa(45psf)壓力過(guò)程中，達(dá)到1.9kPa(40psf)壓力時(shí)，屋面板從中間支架處脫開(kāi)；在2.9kPa(60psf)壓力下保持60s 后，屋面板產(chǎn)生永久變形，在升至3.6kPa(75psf)壓力過(guò)程中，達(dá)到3.1kPa(64psf)壓力時(shí)，固定壓條的自攻釘從副檁上拔出，試驗(yàn)結(jié)束。抗風(fēng)揭性能試驗(yàn)結(jié)果達(dá)到1.4kPa(30psf)等級(jí)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論分析：

第一步，將壓強(qiáng)單位轉(zhuǎn)換為風(fēng)壓風(fēng)速，通過(guò)換算為：

1kPa=101.972kg/m2=0.999kN/m2

再將風(fēng)壓轉(zhuǎn)換為風(fēng)速：V=sqrt(WP*1600)

再參照風(fēng)力對(duì)照表得到對(duì)應(yīng)的風(fēng)力等級(jí)（表2）。

表2

第二步，將實(shí)驗(yàn)結(jié)論帶入以上公式可得表3。

表3

即：在風(fēng)力15 級(jí)（含）以內(nèi)，該屋面系統(tǒng)不會(huì)被破壞。以上僅代表本次實(shí)驗(yàn)，所使用的結(jié)構(gòu)形式和選用的材料及其廠家均為特定條件下僅為參照選擇，不作為普遍結(jié)論推廣，特此注意。

3 結(jié)束語(yǔ)

本次論述僅為在單一狀況下的FM 認(rèn)證體系的試驗(yàn)之一，拋磚引玉以期國(guó)內(nèi)同行參照此國(guó)際通行并廣泛認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)在中國(guó)深入推廣，也希望中國(guó)本土的鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)高度借鑒，從研發(fā)入手，提升鋼結(jié)構(gòu)特別是彩板屋面體系品質(zhì)，以科技為動(dòng)力，取得質(zhì)量與安全的雙贏。

[1]FM4471，一級(jí)板材屋面認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2]GB50205-2001，鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量嚴(yán)守規(guī)范[S].

[3]01J925-1，壓型鋼板、夾芯板屋面及墻體建筑構(gòu)造[S].