超強臺風造成輕型房屋鋼結構災損調查與反思

錢鈞瓏

(廈門市建設工程施工圖審查所 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”臺風是建國以來廈門遭遇的最強臺風，登陸時最大陣風17級以上，中心最大風力達15級，風速48m/s(年鑒上調至52m/s，超強臺風)、中心氣壓945Pa，廈門氣象站測到平均風速為40.4m/s，風力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，風力數據破歷史記錄，同安灣大橋最大風速達41.1m/s(13級)、極大風速達63.1m/s(大于17級)，為廈門有氣象記錄以來的實測最大風速。這次強臺風破壞力大，造成全市大范圍停電、停水、停氣，交通中斷。

為了解這次臺風對廈門市門式剛架輕型房屋鋼結構廠房等建筑物的影響情況，受廈門市建設局委托，市土木建筑學會組織有關專家對輕鋼結構建筑物、構筑物受損情況進行調研。筆者有幸參加本次調研工作，對同安區的輕鋼建筑物、構筑物的災損情況進行實地調查，聽取業主的相關情況介紹，查明鋼結構廠房、倉庫、雨篷、廣告牌的受破壞情況。調研的重點是門式剛架輕型房屋鋼結構建筑，主要有同安工業集中區的廠房、倉庫以及西柯鎮、新民鎮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。

調研項目位于同安工業集中區和環東海域同安灣區域，該區域風速較大，建筑承受的風壓較大，鋼構受損較嚴重。經過實地調研發現，臺風影響的總體情況是正規建設的輕鋼建筑主體結構破壞較小，而屋面圍護結構毀損就比較嚴重，主要表現在屋面壓型鋼板被吹飛。老百姓自建的輕鋼結構則破壞較嚴重，承重結構、圍護結構均存在不同程度的毀損，輕鋼結構整體垮塌的現象比比皆是。

下文就這次臺風災后建筑物、構筑物的破壞情況及反思、建議分別詳細闡述。

1 輕鋼結構受損情況

1.1 主體結構

筆者參與調查的重點是同安工業集中區和同安灣的門式剛架輕型房屋結構，主體結構采用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、墻面圍護結構采用壓型鋼板。

調查發現，凡按照建設程序進行建設的輕鋼建筑物，在本次臺風中主體結構表現良好，豎向承重結構如剛架、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。比較典型的某中藥廠20 000m2主廠房，鋼構為某境外鋼構公司施工。據甲方介紹，該廠房柱距為8m×24m，型材選用、施工質量均較上乘，鋼構部分單方造價約500元/m2(2008年竣工)。這次臺風影響很小，外觀完好，沒有變形、拉傷等現象，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重，整體垮塌的現象隨處可見，如圖2所示。需要指出的是，部分在建工程施工期間未按規定設置臨時支撐，導致主體構件失穩破壞。如某在建物流倉庫未設縱向臨時支撐，導致門式剛架完全摧毀，如圖3所示。

圖2 結構整體垮塌

圖3 門式剛架完全摧毀

1.2 圍護結構

調查發現，雖然主體結構破壞不嚴重，但圍護結構破壞則較為嚴重，屋頂圍護結構、外墻圍護結構均發現損毀，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)等現象。其中，外墻圍護結構破壞較小，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，正規建設的輕鋼建筑項目均未發現墻體圍護結構整體損毀現象。

圖4 屋頂彩鋼板大部損毀

圖5 卷閘門損毀

1.3 非正規建設的輕鋼結構、臨時建筑、屋頂廣告

這些建筑物、構筑物在這次臺風中損毀較嚴重，大部分整體破壞或垮塌，如圖2和圖7所示。

綜上所述，在本次調研的建筑物范圍內，符合現行規范標準建設的輕鋼建筑主體結構經受住了“莫蘭蒂”強臺風考驗，未見損壞，無需加固或修，可繼續使用；但圍護結構特別是屋頂彩鋼板損毀較嚴重。非正規建設的輕鋼結構、臨時建筑、屋頂廣告的主體及圍護結構均遭受嚴重破壞，甚至垮塌。

圖6 山墻圍護彩鋼板局部損毀

圖7 某建材園屋頂廣告整體損毀

2 結構損壞的原因分析

輕鋼結構一般指以壓型鋼板和鋼檁條作為屋面圍護結構，以鋼梁、鋼桁架或鋼網架作為屋面承重結構的大跨度結構。

現場情況顯示，門式剛架、柱間豎向支撐和屋面橫向水平支撐等承重結構基本完好，屋面圍護結構則嚴重損壞。眾所周知，歷次風災均顯示輕鋼房屋圍護結構遭受風損是造成臺風損失的主要原因。屋頂圍護結構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臺風能力不足

目前，壓型鋼板設計一般是根據荷載、支承條件、強度、變形條件、型材等參數直接引用國標圖集。屋面彩鋼板型材自身抗超強臺風能力不足，是屋頂圍護結構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廠房，該建筑為2008年竣工，未執行閩建設〔2008〕3號文的相關規定，屋面壓型鋼板基板厚度偏小。這次臺風造成屋頂彩鋼板損毀嚴重，幾乎全部損毀，造成的損失極大，如圖3所示。

2.2 局部范圍內抗風能力不足

當氣流越過或繞過建筑物時，在墻角、檐口、屋脊、屋面角部等區域發生氣流分離而產生較大的局部負壓[1]。本次調研發現圍護結構在房屋角部、端部、檐口等處的破壞尤為明顯，如圖8～圖9所示。這些部位風吸力較大，但未采取有效的抗風措施，結構抗風能力不足。在臺風來襲時，邊緣帶及角部范圍內面板系統破壞引起屋面的整體抗風性能降低，最終導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 圍護結構連接件抗風能力不足

連接件剛度、強度不足或數量偏少，在風吸力作用下易發生脫扣現象，在臺風上拔力的作用下導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。當自攻螺釘數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 門窗的抗風能力不足

鋼構廠房、倉庫門窗尺寸普遍較大，尤其采用高大卷閘門時，門扇的厚度和強度不足，抗風能力弱。臺風來襲時，門窗先破壞，臺風灌進室內，向上吹開屋頂彩鋼板。如某廠房卷閘門的軌道槽被風吹至變形，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

施工質量隱患也是造成結構破壞的主要原因之一。連接件未按規范要求設置、彩鋼板鎖邊質量存在缺陷，在臺風來襲時出現咬邊咬口張開、咬邊脫落等現象，最終導致彩鋼板被風吹走，如圖12所示。部分在建工程在臺風來襲時未按規范要求采取臨時抗風措施，導致結構失穩破壞。

3 結論與建議

本次調查發現，鋼構房屋的破壞形式主要是屋頂圍護結構破壞。雖然圍護結構占整個鋼構建筑的投資比例并不大，但其破壞后造成的次生災害極大。屋頂整體損毀后，廠房設備淋雨造成設備損壞嚴重。如某金屬有限公司在本次臺風損失大約3000萬元。在鋼構建設中注意圍護結構薄弱部位的加強，并且在臺風來臨時采取有效的臨時抗風措施，這些損失是可以避免的。

3.1 輕鋼結構建筑建設程序及設計、施工建議

(1)建筑物、構筑物的建設應嚴格按規定建設程序實施。本次臺風對業主自建的建筑物、構筑物破壞較嚴重，這些結構未經正規設計和施工，建議由政府主管部門牽頭，相關單位或組織制定技術標準，提供技術服務。

(2)福建沿海是臺風多發地區，臺風造成的災害較為嚴重。為確保輕鋼圍護結構使用安全，規范輕鋼圍護結構設計，福建省建設廳于2008年3月17日發布了閩建設〔2008〕3號《關于輕鋼圍護結構設計有關問題的通知》，針對福建省臺風氣候特點，提出輕鋼圍護結構的抗風技術措施。

輕鋼圍護結構應嚴格執行上述文件，特別是圍護結構的薄弱部位應重點加強，臺風來臨時應采取有效的應急措施。

3.2 對建筑結構設計、施工的建議

(1)外立面、屋面設計應采用有利于抗風的造型，墻面、屋面盡量少出現凸出的構件。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加密。尤其要注意檁條下翼緣在風吸力作用下的穩定性問題。復合墻板宜減小檁距，加強連接[4]。

(3)通過設置壓條，可有效提高圍護結構的抗風性能。在屋脊、檐口、山墻轉角、門窗處圍護系統外側宜增設通長固定壓條。

(4)屋面板選型時應根據板的長度、檁條的跨度經過分析計算合理選用。屋面板宜采用360°直立鎖縫，不應采用類似“角馳三”的雙波谷板型和180°的咬口型板，邊緣及角區宜增加抗風夾具或其它防風措施。壓型鋼板的連接節點設計應進行相應的結構計算，提高屋面板的抗風性能。

(5)輕鋼圍護結構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。鋼板屈服強度不少于350MPa[5]。

(6)屋頂彩鋼板連接件的間距、數量應按計算確定，特別是房屋端部、屋脊、轉角、挑檐、天窗、采光帶、彩鋼板端頭及其他薄弱部位應按計算和構造予以加密。設計文件對緊固件規格、數量、布置應提出明確要求。

(7)應重視薄弱部位的構造措施。無特殊工藝要求時，屋蓋應盡量避免設置天窗、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置，確需設置通長采光帶或屋脊開設較大洞口時，應采取加強措施。

(8)室外部分的屋面應在檁條下翼緣增設下層板，室內屋面宜在檁條下翼緣增設下層板。雨篷、卸貨臺頂棚等結構不宜由屋面直接外挑，若確需外挑，外挑部分宜降低標高或采取加強措施。

(9)門窗洞口應采取防護措施。卷閘門應保證門扇的厚度和強度，保證門兩側軌道足夠的進深尺度，臺風來襲時應采用臨時加固措施。

(10)施工單位應嚴格按設計文件及現行相關標準施工，確保施工質量。監理單位應嚴格把關，特別加強對屋面板連接件的數量和質量檢查驗收。

“莫蘭蒂”臺風給廈門市帶來巨大損失，如何總結經驗、吸取教訓，值得土木工程技術人員深思，并在今后的工程實踐中采取有效的防患措施，提高結構抗風能力，保證結構安全。

參 考 文 獻

[1] 金玉芬,楊慶山,李啟.輕鋼房屋圍護結構的臺風災害調查與分析[J].建筑結構學報,2010(S2):197-201.

[2] 鄭衛基.壓型鋼板屋面抗風設計有關問題的探討[J].福建建筑,2012(1):45-49.

[3] 王賽寧,李文波.從風荷載對輕鋼結構房屋的破壞看抗風設計[J].中國建筑防水,2010(07):9-15.

[4] 宋建生,張期斌， 高月梅.鋼結構圍護結構防臺風措施[J].經營管理者,2013(10):379.

[5] 金海,程林,陳梅珠,等.輕鋼建筑屋面圍護結構抗風設計及施工[J].鋼結構,2015,3003:33-35,45.