國(guó)內(nèi)將直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)引進(jìn)后，對(duì)其傳力原理和受力性能方面的研究尚未成熟，不利于此類屋面體系的推廣應(yīng)用。直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)涉及的問(wèn)題具有綜合性、復(fù)雜性，需要大量科研工作予以解決。基于以上問(wèn)題，針對(duì)性地對(duì)直立鎖邊金屬屋面卷邊咬合處展開(kāi)相關(guān)研究。
首先介紹了金屬屋面的構(gòu)造，通過(guò)對(duì)鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)構(gòu)造的初步分析得到了屋面板抗風(fēng)原理：最頂層的屋面板首先向上變形，將上升力通過(guò)鎖邊咬合構(gòu)造傳給支座，支座再將荷載由自攻螺釘傳至檁條，最后再分配給主體結(jié)構(gòu)。傳力順序?yàn)轱L(fēng)吸荷載→屋面板→固定支座→自攻螺釘→檁條→主體結(jié)構(gòu)。
利用非線性有限元軟件MIDAS FEA模擬該屋面系統(tǒng)受風(fēng)荷載作用下的破壞全過(guò)程，對(duì)直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)性能進(jìn)行研究。結(jié)合國(guó)內(nèi)對(duì)金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭破壞性能所做的研究，分別在屋面板平板及豎向板肋上施加滿布均勻荷載2 kN/m2和5 kN/m2，分析不同荷載下屋面板的受力及變形情況,得到了不同位置節(jié)點(diǎn)處的Mises應(yīng)力云圖。分析發(fā)現(xiàn)：在2 kN/m2均布荷載作用下，支座與金屬卷邊相連接的部位由于相互的擠壓和滑移，局部應(yīng)力較大，達(dá)到220 MPa，但此時(shí)板面中部位置還停留在比較低的應(yīng)力水平；在5 kN/m2的均布荷載作用下，屋面板跨中大部分以及支座附近的區(qū)域應(yīng)力已經(jīng)達(dá)到屈服強(qiáng)度；在2 kN/m2的均布荷載作用下，屋面板跨中位置的豎向撓度值約為48.18 mm，撓度數(shù)值較大，且支座處開(kāi)口使得兩側(cè)板面撓度值大于中間板，需考慮其對(duì)整體屋面系統(tǒng)使用狀態(tài)的影響；當(dāng)施加在屋面板上的均布風(fēng)荷載值為5.0 kN/m2時(shí)，板跨中撓度為220 mm，這是因?yàn)槲菝姘逡呀?jīng)脫離支座，導(dǎo)致?lián)隙妊杆僮兇?，此時(shí)過(guò)大的撓度對(duì)屋面板的正常使用產(chǎn)生了不可恢復(fù)的影響。通過(guò)對(duì)屋面板受荷載作用下的變形情況加以分析，可知相鄰屋面板在風(fēng)揭作用下，卷邊直肋分別往兩邊運(yùn)動(dòng)，屋面板直立鎖邊部分與鋁合金支座不斷摩擦、擠壓，隨著變形的不斷發(fā)展，最終脫離支座。因此，直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)在風(fēng)吸力作用下，屋面板卷邊與支座處的咬合連接是最先發(fā)生破壞的部位，對(duì)此部位應(yīng)特別注意，必要時(shí)應(yīng)采取相應(yīng)加強(qiáng)措施。
通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，得到其前5階振型和周期。對(duì)屋面板進(jìn)行風(fēng)壓動(dòng)力時(shí)程分析，得到與各測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的鎖縫連接處相對(duì)位移響應(yīng)。為提高直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭能力，防止局部掀翻，針對(duì)不同的工程狀況，提出了相應(yīng)的加強(qiáng)對(duì)策。加強(qiáng)處理后，直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)的使用安全性提高，可為工程設(shè)計(jì)提供參考。
