國內(nèi)將直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)引進(jìn)后，對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。基于以上問題，針對性地對直立鎖邊金屬屋面卷邊咬合處展開相關(guān)研究。
首先介紹了金屬屋面的構(gòu)造，通過對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)。傳力順序為風(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程，對直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)性能進(jìn)行研究。結(jié)合國內(nèi)對金屬屋面系統(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，且支座處開口使得兩側(cè)板面撓度值大于中間板，需考慮其對整體屋面系統(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，板跨中撓度為220 mm，這是因為屋面板已經(jīng)脫離支座，導(dǎo)致?lián)隙妊杆僮兇?，此時過大的撓度對屋面板的正常使用產(chǎn)生了不可恢復(fù)的影響。通過對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動，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，對此部位應(yīng)特別注意，必要時應(yīng)采取相應(yīng)加強措施。
通過對結(jié)構(gòu)的模態(tài)分析，得到其前5階振型和周期。對屋面板進(jìn)行風(fēng)壓動力時程分析，得到與各測點對應(yīng)的鎖縫連接處相對位移響應(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，針對不同的工程狀況，提出了相應(yīng)的加強對策。加強處理后，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)計提供參考。
