3月18日，北京、天津、河北等地遭遇今年最强大风天气。华北北部阵风达到9至10级，当地瞬时最大风速达到11级。看着外面天空呼啸的狂风和黄沙，我突然意识到假期在家养的肥肉终于投入使用了。正应了那句老话：养肥要千日，不过一时……
市民卢女士6时30分左右从良乡大学城西站出来，走了10多米，就听到一声巨响，“响亮如雷”。她发现地铁顶被掀开了。
北京地铁公司18日晚11时回应称，房山线良乡大学城西站屋顶面板被强风吹落。所幸并未影响运营及乘客人身安全。现场工作人员已第一时间启动应急预案，采取临时措施并做好监测工作。作业结束后，将进行进一步抢修，确保不影响正常作业。
1、金属屋顶风损案例
面对如此突如其来的大风天气，不仅人难以承受，建筑物也很“受伤”。近年来，随着现代建筑技术的发展，人们对建筑的美观要求越来越高。各种形式的轻质、大跨度、美观的金属屋面出现在地铁、航站楼、客运站、体育场馆、展览馆、大跨度工业建筑等重要结构上。然而，随着金属屋面系统的广泛应用，问题也逐渐暴露出来。在恶劣的风力环境下，轻金属屋顶被风掀起的事件时有发生。金属屋面风爆破坏实际场景如图1所示。
(a) 航站楼金属屋顶被风损坏
(b) 火车站金属屋顶被风损坏
(c) 体育馆金属屋顶被风损坏
(d) 厂房金属屋顶被风损坏
图1 金属屋顶风损实际场景
以上仅列举了几例金属屋顶被风破坏的事故案例。据不完全统计，我国金属屋顶每年因风害造成的直接或间接经济损失达数亿元，给人民生命财产安全造成了极大危害。危险。
2.金属屋面系统的主要类型
金属屋面系统于20世纪80年代引入我国，至今已使用30多年。根据金属屋面连接形式的不同，目前常用的金属屋面系统可分为搭接连接、卡扣连接和卡扣连接。
1）搭接连接屋顶系统。屋面板的纵向边缘可以相互重叠，屋面板通过自攻螺钉与檩条或支撑件连接。适用于简单的屋顶结构。在薄板金属屋面系统中，它是最经济的屋面系统。广泛应用于民用公共建筑和工业建筑的屋顶。但由于自攻螺钉的存在，在后续使用过程中可能会出现屋顶漏水的情况。搭接屋面系统如图2所示。
图2 重叠连接屋面系统
2) 与屋顶系统的卡扣连接。屋顶板通过屈曲连接在一起，并通过支架连接到檩条。卡扣式连接屋盖系统如图3所示。
图 3 卡扣式连接屋顶系统
3) 卡扣式连接屋顶系统。屋面板纵向边缘自然搭接后，用专用机器将接缝缝好，然后将支撑和檩条连接起来。咬合式连接屋面系统如图4所示。
图4 卡扣式连接屋顶系统（这是直立锁边卡扣式屋顶系统）
3.金属屋面系统风后损伤检测与评估案例研究
某大型结构金属屋面采用牌号3004、0.9mm厚、65/400直缝铝镁锰合金屋面板，沿纵向扭状敷设，无变形缝。它们通过T形支撑与矩形钢管次檩条连接。屋顶上，次檩条支撑在主钢管檩条上，然后与屋顶主体钢结构连接。在大风天，结构西北角的金属屋面板端部的一部分被风吹开钢结构金属屋面，随后相邻的咬合面板也一起打开。金属屋面损坏破坏详细场景如图5所示。
(a) 在温度和风荷载的反复作用下，屋面板变形明显
(b) 屋面板局部弯曲变形
(c)锁紧部分未锁紧，咬合力减小。
(d)顶板接缝部分成型不良，咬合力降低。
图5 金属屋顶损坏破坏详细场景
为查明损坏原因，业主委托中冶建设研究院有限公司对屋面结构进行安全鉴定，为下一步决策提供依据。通过金属屋面板布置及构件尺寸检查、损伤缺陷检查、气象调查、荷载调查、金属板局部取样试验分析和屋面板抗风承载力计算，利用有限元软件对金属屋面板的风剥破坏过程进行模拟分析。屋顶板。 ，结合屋面板的风拉试验结果，得出屋面板存在一定质量缺陷的结论；部分金属板材的屈服强度、抗拉强度、延伸率不符合国家标准要求；腹板剪切屈曲强度不符合要求；檐口及周边区域T型支座咬合强度低于标准设计值。金属屋面风剥试验及损伤模拟分析如图6所示。
(a) 金属屋面抗风试验
(b) 金属屋面风害模拟分析
图6 金属屋面抗风试验及损伤模拟分析
4、金属屋面系统风害原因分析
通过大量的工程实践、试验结果和事故调查发现，在大跨结构轻金属屋面损坏的案例中，主体结构损坏的情况非常罕见。大部分损坏是檐口、周围局部屋顶板的撕裂以及连接件的松动。这会引起连锁反应，最终导致整个屋顶升起。究其原因，主要存在以下问题：
1）设计内容不全面。未严格按照相关设计标准和规范进行设计，设计时抗风等级不足，飞檐、外围等局部风荷载敏感区域施工措施不当。在突发强风的恶劣天气条件下，外部风压对屋顶板产生巨大的向上负风压，瞬时阵风远大于平均风力。对于采用自攻螺钉连接的屋面系统，螺钉受到向上拉力，螺钉与檩条脱离，导致屋面系统失效；对于采用锁边接头的屋顶系统，屋顶板在风的作用下不断变形，从而带动锁边旋转，导致咬口逐渐打开。当咬合力不足时，面板将与固定支撑分离，屋顶系统将失效；
2) 负载规格的变化。 《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）与2006年版相比，对风荷载的计算方法进行了重大修改。对直接暴露于风荷载的屋顶系统的要求显着增加。对于2012年之前设计和建造的金属屋面系统，提出了更高的挑战；
3）施工流程和监理制度不规范。金属屋面系统建筑行业缺乏统一的建筑行业标准、施工技术法规和监管体系。施工过程中，材料不合格、施工不规范、加工安装不规范等问题都会导致屋面系统整体损坏。例如，如果自攻螺钉数量不足，钉帽下没有垫片钢结构金属屋面，在反复的风荷载作用下，孔洞会逐渐增大，最终导致自攻螺钉脱落或屋顶板损坏。 ;在卡扣式屋面系统中，通常也会出现包边未咬合或包边部分损坏的现象，无法保证锁边的质量；
4）使用对环境的影响。金属屋面系统的结构和材料在长期环境腐蚀、温度和风荷载的反复作用下，不可避免地会造成损伤积累和性能下降，甚至导致结构损坏；
5）使用和维护不当。随意增加负荷、日常管理和维护不到位、未能及时发现存在的缺陷和损坏、或处理不当造成次生灾害等。
5. 结论
金属屋面系统在我国的使用已有30多年的历史。随着结构越来越复杂，对金属屋面系统的耐久性、防水性、抗风性，特别是抗风性提出了更高的要求。对于轻质金属屋面系统显得尤为重要。因此，建议使用单位加强日常维护，力争及早发现并纠正安全隐患。对于使用时间较长、处于强风易发地区、结构安全等级较高的建筑，建议进行全面检查，制定多种整治措施，确保结构安全使用。
