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钢结构建筑夹芯板屋面系紧固件加强连接的应用

夹芯板因其质量轻、优良绝热、隔音等使用性能以及在工厂复合制造中具有过硬的质量保证,使得其在保温、降噪等环保质量要求高的工业民用建筑中有着不可替代的需求。夹芯板本身的结构特点决定了其与建筑主体结构的连接构造,只能采用紧固件连接,该连接方式必然对于屋面板的防水性能以及抗风揭能力有所削弱。通过对夹芯板所采用的紧固件加强连接构造的探索和在工程实体中的应用,其解决问题的方法既是对中铁二十一局集团第二工程有限公司钢结构彩西欧国际娱乐屋面系连接构造加强加固工法的有益补充,又具有在工程实践中不断拓展的潜力和应用推广的价值。

夹芯板屋面系紧固件连接原构造方案

1)屋面采用150mm厚岩棉夹芯板,板型为JyB45—500—1000,上层板厚0.8mm,下层板厚0.6mm;压型西欧国际娱乐、岩棉技术要求均符合相关国标及行业标准;

2)屋面板采用紧固件连接。压型西欧国际娱乐与檩条的连接采用自攻螺栓连接,每波峰设一自攻螺栓,并且每块板与同一根檩条的连接不得少于三点;在屋脊、檐口处的连接点适当加密。屋面板之间的连接采用拉铆钉,拉铆钉间距不大于250mm;

3)自攻螺栓不小于ST5.5级,带防水帽、胶垫及压盖,自攻螺栓长度根据施工情况确定,必须保证自攻螺栓穿透连接件的板厚。

夹芯彩钢屋面板加强连接构造方案

1)基于原设计屋面板为JyB45—500—1000板型,每块板只有一个中波和两个边波,仅仅能够满足设计关于“每块板与同一根檩条的连接不得少于三点”的最低要求,为了满足屋面板与屋架主体结构加强连接的需要,建议采用“多中波夹芯屋面板”的板型,例如JYB40—320—960型岩棉夹芯彩西欧国际娱乐,并于中波波峰处增设自攻螺栓的数量(在檐口、屋脊等排水有利且需进一步加强连接部位适当增设波谷紧固连接副),以确保每块屋面板与同一根檩条均有4—5处紧固件连接,使屋面板连接强度在连接螺栓其他技术参数不变的情况下,仅通过连接螺栓数量的增加即可达到岩棉彩西欧国际娱乐单板与屋面系主体结构的连接强度的大幅提升;

2)由于岩棉夹芯板与屋面系主体结构的连接是通过自攻螺栓来实现的,而螺栓连接的自身特点是其联接副存在一定的变形余量,这个特点决定了自攻螺栓在屋面系结构受到外部载荷的影响时存在相对变形和产生位移的可能;此外如果自攻螺栓的长度和其直径的长细比过大时,自攻螺栓在结构系的柔度大大增强,在外部载荷的影响下屋面板在外部载荷的作用下螺栓联接副的相对位移将会显著增加。为了增强屋面板与檩条紧固连接点的稳固性和刚度,自攻螺栓的长度越短越有利于加固强度;根据国标图集0lJ925—1关于岩棉板的耐火等级技术要求,当屋面板保温层厚度≥80mm时,即可满足耐火极限≥60min,故减小岩棉板厚度既能有利于屋面板连接加强的需求,又能满足屋面板的耐火技术要求;故在能够满足设计防火要求的前提下将夹芯彩西欧国际娱乐屋面板保温层厚度由150mm变更为100mm,并使上层压型彩西欧国际娱乐采用低波压型彩西欧国际娱乐,并且保持夹芯板彩西欧国际娱乐上、下层面板厚度按原设计要求不变,经过以上针对岩棉夹芯彩西欧国际娱乐多方面构造上的变化和改进,使得岩棉夹芯彩西欧国际娱乐在材质不变的情况下,采用自攻螺栓连接的紧固方式,其螺栓联接副的实际稳固程度得到了大幅提高,进而从更本上改善了螺栓联接副因为变形位移而产生的连接点的螺栓扩孔现象,从而能够提高岩棉彩钢屋面板使用年限,同时也大大降低了建筑屋面的维修成本;

3)在屋面系结构中,檩距对于屋面板的承载力也有着较大的影响。由于岩棉夹芯彩西欧国际娱乐是在工厂复合加工的,其板幅长度往往受到工厂设备加工条件和运输条件的制约,本工程中屋面的单坡宽幅为30m,综合工厂加工和运输道路的制约条件只能采用10m长的夹芯板,故屋面系单坡必然存在两个纵向接口,因此屋面系屋面板的支承条件除了连续支承结构以外也存在着较多的简支支承结构。根据相关资料可知屋面板在简支支承条件下比连续支承条件的承载力下降15%左右,相同条件下时,当檩距从lm增加到1.5m时,屋面板的承载力下降20%以上;因此对屋面次檩条适当加密必然大大增强屋面板的有效承载力;屋面板纵向搭接接口一般均设于檩条处,因为屋面板在该处的支承条件为简支支承,故在岩棉夹芯彩西欧国际娱乐纵向连接处应按双檩条设置,同时加倍设置自攻螺栓连接点,即可成倍加强该处的连接强度;同理对于屋脊、檐口处也进行双檩条设置,并且对于屋脊、檐口处的自攻螺钉连接点也进行加密,这些措施可以确保屋面系薄弱处与檩条的连接强度得到有效的加强;岩棉夹芯彩西欧国际娱乐屋面横向连接为搭接,连接方向宜于与主导风向一致;屋面板之间的连接采用抽芯拉铆钉,拉铆钉间距不大于220mm,适当的加密有利于屋面系的整体性,也不至于因为连接点的过多而导致屋面系的防水隐患显著加大而顾此失彼;

4)屋面板在长期的自然条件下,由于昼夜以及四季季节性温差的因素,温度对于岩棉夹芯彩西欧国际娱乐的上层板的影响是特别显著的,在热胀冷缩而引起的温度应力的长期作用下,彩西欧国际娱乐在螺栓连接点上的螺栓孔将会产生扩孔效应;若螺栓孔扩口达到足够大的尺寸、或螺栓连接点的防水措施局部失效后,当雨露雪霜从防水破口的侵入将会快速腐蚀连接点的螺栓孔,导致螺栓孔的快速扩大;同时由于标准自攻螺栓栓帽及垫片的尺寸较小,以及彩西欧国际娱乐厚度较薄(本案岩棉夹芯彩西欧国际娱乐上层板为0.8mm厚),在长期的自然条件下,屋面板在自攻螺栓连接处因温度应力、自然风载荷、雨水腐蚀等自然因素的综合作用下,屋面上层板在连接点极易形成局部螺栓孔的扩孔现象,从而导致自攻螺栓紧固连接的屋面板抗风揭能力逐渐下降,甚至造成屋面板与主体结构的连接失效。针对自攻螺栓的弱点和本案结构的特点及需要,采用了在自攻螺栓连接副处增设3~4mm厚不锈钢垫板(垫板与屋面板有效接触面积S≥50mm×50mm,此为压型彩西欧国际娱乐波峰有效宽度≥55mm时或波谷处采用)或不锈钢扣垫(扣垫与屋面板有效接触面积S≥50mm×50mm,且要求扣垫的折边尺寸≥10mm,此为压型彩西欧国际娱乐波峰有效宽度≤30mm时采用)以及4mm厚丁基橡胶自粘防水垫,这样的措施就会大大改善夹芯屋面板紧固件连接固有的缺陷,既避免了连接点因为腐蚀扩孔,又能改善和减弱因为温度应力产生的扩孔效应,同时厚不锈钢垫可以大大增强螺栓连接点的连接强度,这个措施是屋面板在大风情况下能够避免自攻螺栓连接点彩西欧国际娱乐因温度应力等因素扩孔从而导致失效脱离的关键,它从根本上大幅提高了夹芯彩西欧国际娱乐屋面板的抗风揭能力。

5)对于自攻螺栓连接方式,直接提高螺栓的强度等级,是显著提高螺栓联接副连接强度最有效、最简单的方法,故选用ST6.3级自攻螺栓,自攻螺栓长度以保证穿透主体结构檩条的板厚为宜;外漏自攻螺帽需配置配套塑料防水帽、1.5mm厚乙丙胶垫及不锈钢压盖;对于岩棉夹芯彩西欧国际娱乐横向连接处的拉铆钉外漏钉头处、加固不锈钢垫板四周封闭均应涂硅酮耐候密封胶封闭,确保屋面系在抗风揭能力得到加强的同时屋面板的防水性能不会下降。

结论

该加强连接方案因其较强的可实施性和科学合理的综合措施,在方案的专家评审时得到设计、业主、监理等部门的好评及认可,并一次通过评审。通过该方案的实施,屋面系实体结构的使用功能及安全功能均达到了预期效果,其最大的优点就是采用与屋面板有效接触面达50mm×50mm的不锈钢垫片或扣垫,在大大改善屋面板因为温度应力以及风载应力长时间作用造成屋面板在自攻螺栓处的屋面板扩孔现象的同时明显增强了连接副的连接强度,杜绝了屋面板在该处的脱孔致使连接失效以及连接处的漏水的可能性,为实体结构后期使用及维护奠定了坚实的物质基础。极大地提高了夹芯板屋面板的抗风揭能力;缺点是整个屋面系的整体性有所欠缺,这是基于本工程下弦支点钢网架的特点,网架上弦缺少屋面系整体连接措施的条件,以及西安地区100年基本风压0.4kPa,自然风力灾害不是特别严重,只需增强屋面板单板的抗风揭能力即能达到结构安全功能的技术要求。该方案的实施应用,为在钢结构彩西欧国际娱乐屋面系的既有屋面加固、新建屋面工程的加强设计均做出了有益的探索,是本公司在钢结构彩西欧国际娱乐屋面加固、加强方面有益的补充,具有进一步拓展的潜力和应用推广的价值。

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