抗風性能檢測:檢測依據,檢測裝置,檢測對象,檢測程式,知識科普,發展歷史,

抗風性能檢測是通過實驗室模擬風荷條件下對試件施加均勻風荷載，對試驗中試件的變形情況及連線固定等整體進行評估，一般分為靜態風荷載檢測和動態風荷載檢測兩種方式。對系統進行多次循環載入能更好的模擬系統實際的受風情況，抗風性能檢測應該以動態風荷載檢測為基礎，在經歷動態風荷載檢測無破壞後方進行靜態風荷載檢測，從而更好的驗證系統正常抗風性能，提高可靠性。

基本介紹

中文名：抗風性能檢測
外文名：Test for the Simulated Wind Uplift Resistance
關鍵字：金屬圍護系統卷材屋面

檢測依據,檢測裝置,檢測對象,檢測程式,知識科普,發展歷史,

檢測依據

抗風性能檢測是對建築金屬圍護系統整體結構性能的評估，與建築壽命直接相關。現階段常用的抗風性能檢測方法分別為FM4471《1級平板屋面認證標準》，採用的是實驗室氣囊法，通過靜態階梯加壓方式，不斷加壓直至試件出現破壞；ASTM E1592《薄板金屬屋面和外牆系統在均勻靜態氣壓差作用下的結構性能檢測方法》，採用的是實驗室靜壓箱法，通過靜態加壓泄壓方式，不斷加壓直至試件出現破壞；CSAA123.21《動態風荷載作用下卷材屋面系統抗風掀承載力的標準檢測方法》，採用的是實驗室靜壓箱法，通過動態循環加壓方式，直至試件出現破壞。三個標準的檢測側重點不同，但目的均為驗證系統的抗風性能。

抗風性能檢測現行相關標準

序號	標準代號	中文名稱
1	ASTM E 1592	外牆金屬屋面板結構性能測試方法
2	UL 580	金屬屋面組件抗風掀測試標準
3	ANSI FM 4474	利用正負壓差模擬評估屋面組件抗風掀性能的美國國家標準
4	CSA A 123.21	動態風荷載作用下卷材屋面系統抗風掀承載力的標準測試標準
5	MCIS MBE 05	建築金屬圍護系統檢測與認證

靜態風荷載檢測是通過風荷載入直至試件破壞，為高壓力狀態下的承載力破壞；而動態風荷載檢測則是以模擬風的作用形式，為高頻低壓下的疲勞破壞。

檢測裝置

檢測裝置應可進行靜態風荷載和動態風荷載兩種檢測方式，一般採用實驗室靜壓箱進行，主要由壓力箱體、風機管道、離心式風機及控制設備四部份組成。壓力箱體採用鋼結構構件製作，分上下兩個獨立單元，測試試件安裝在上下箱體之間，並有相應的密封構造對其密封。

上、下箱體分別由獨立的風源產生機構在各自的箱體內產生相應的風力模擬。其中，上部箱體可以根據試驗要求在其內部產生具一定頻率的脈衝風吸力或風壓力；下部箱體可根據實驗要求產生一定均勻的風吸力或風壓力。

檢測對象

抗風揭檢測主要針對建築圍護系統，包括金屬圍護系統、金屬屋面、卷材屋面系統等。

檢測試件應是完整的系統，並完全按照設計和施工圖紙要求進行製作和安裝（包括試件的材質、尺寸、板型及安裝、錨固件及固定方式等）。不得加設任何多餘的零配件或採用特殊的組裝工藝或改善措施；工程檢測試件的各個組成構件應根據實際工程狀況選用和安裝，試件的受力狀況應儘可能和實際相符，不允許試件安裝和固定出現變形。另外，檢測試件應滿足：

檢測試件應至少包括屋面板、支架、檁條和緊固件，試件的各個組成構件應根據實際工程狀況選用和安裝，試件的寬度B（與平台的寬度相同）應大於3倍板型有效寬度，檁距應與實際工程一致；
試件應根據製造商的要求和實際工程狀況來固定，系統安裝後應根據測試要求固定在測試平台上；
檢測前，應將安裝好的試件通過周邊的夾具夾緊，保證檢測裝置的氣密性。

檢測程式

靜態風荷載檢測

靜態風荷載檢測是通過實驗室模擬均分風荷載，單向（正壓或負壓）不斷進行載入，直至試件出現破壞而得出系統的抗風承載力。常用的靜態風荷載入有柱狀載入、階梯式載入方式。

柱狀載入方式：

設定載入分級壓力值；
由參考零位開始均勻載入至各級荷載分級，荷載載入速度應≥100Pa/s；
當荷載載入至分級壓力值後，壓力保持時間應不小於1分鐘（60s），然後卸載至參考零位，卸載速度應≥60pa/s；
荷載達到參考零位後，至下一級荷載載入之間的間隔時間，應不少於1分鐘（60s）；
在載入間隔時間，應通過觀測窗或箱體內部攝像設備觀測試件的狀態，檢查試件是否有破損或功能性損壞；
重複上述步驟2-5，對試件分級施加風荷載，記錄及觀察試件，若在該載入過程中，試件出現破損或功能性破壞的情況，試驗相應停止，並記錄當時的荷載分級及荷載值。

階梯式載入方式：

在進行風荷載檢測前，先對試件施加一個預檢壓力，檢查試件的密封能力；
待密封能力檢查滿足要求後壓力回零，方可開始檢測；
設定載入分級壓力值，檢測壓力逐級增加，直至試件出現破壞。

動態風荷載檢測

動態風荷載檢測是通過實驗室模擬實際風的作用形式，對試件進行循環載入，驗證系統的抗風性能。動態風荷載檢測更為真實了模擬系統組成構件間在各種風力狀態下的結構性能，通過對系統受損破壞情況的觀察和分析，進一步確定系統組成構件的風致破壞機理，從而為構件的選型及材料的性能分析提供可靠的試驗數據。

動態風荷載入方式：

1. 根據檢測委託方提供的設計風荷載值，設定檢測風荷值Pte；

2. 動態風荷載入參照動態風荷載入示意圖，從階段A開始，按順序完成各個階段的檢測；

3.第2組檢測程式，有4段（編號5-8）載入過程，按圖第2組所示的壓力分級及風循環次數實施風荷的載入；

4.1-8階段載入程式完成，試驗停止，檢查試件及內部構件的狀態；

5.檢測過程，如試件出現破損或功能性破壞的情況，試驗相應停止，記錄循環次數、壓力值和循環分級。

知識科普

建築圍護系統的抗風性能檢測方法是通過實驗室模擬風荷載條件下對試件施加風荷載，對試驗中壓型金屬板平面變形情況及連線固定等系統整體進行評估。

在自然環境中風的特性是無形的，故檢測也應模擬出均布風壓的環境，而並非是傳統的單點加壓的方式。傳統的檢測經歷了沙袋、水袋、氣囊、磁吸等載入方式，但均無法模擬均布風壓的效果。為了模擬真實的自然風壓作用下建築圍護系統的抗風性能，檢測應採用風箱模擬風壓檢測方法。當颱風來臨時，建築圍護系統外部的空氣流速很大，而內部空氣是接近靜止的。根據伯努利效應，當建築圍護系統處於颱風環境時，其內部氣壓要外部氣壓大，從而產生一種由內向外的壓力作用於建築圍護系統，這就是負壓的模擬原理。建築圍護系統內的各元件對其抗風承載力都有一定影響，建築圍護系統內的任一元件破壞都影響整體系統的抗風性能。

實際風環境條件十分複雜，為了更為真實的驗證建築圍護系統的抗風性能，檢測應以動態風荷載入法與靜態風荷載入法相結合進行。

動態風荷載檢測是以模擬實際風循環的作用形式，試件在高頻低壓下的疲勞破壞。通過大量的研究工作，動態風荷載檢測應以8~10秒為一個周期，進行不少於5000次的循環載入。

通常所說的風壓指的是經機率統計所得出的50年一遇的最大值，其採用的是每小時平均風速或者10min平均風速作為計算依據，然而這並不能很好的驗算建築圍護系統在遭受強風、颱風等條件下的實際狀態。長期的實踐研究表明，強風、颱風等條件下，一次陣風所持續的時間是2~3s，一次波動時間約為8~10秒。因此，8~10s的波動周期更真實的模擬了實際的風荷環境。

一個真正的颱風持續時間為13~14個小時，約50000秒，一次波動時間為10秒，波動風荷載檢測的基礎數值5000次僅為一個颱風周期的模擬。

靜態風荷載檢測是通過風荷載入直至試件破壞，為高壓力狀態下的承載力破壞。對通過動態風荷載檢測的建築金屬圍護系統試件進行極限風荷載入，能為建築金屬圍護系統提供更可靠的抗風性能數據，也對建築金屬圍護系統的安全性提供保障。

發展歷史

抗風性能檢測發展早期，受當時技術條件的限制，檢測是採用沙袋或水袋來進行載入，但隨後人們發現用沙袋或水袋進行載入的均勻性較差且沙袋和水袋只能提供正向的壓力，無法很好的模擬風荷載的負壓作用，這樣在檢測時就無法對試件的抗風性能做出評估；此外，該方法只能對建築單板圍護系統進行檢測，無法對建築組合式圍護系統進行檢測。

隨著技術的進步就出現了當下採用較多的氣囊（薄膜）載入模擬風荷載檢測方法。從抗風性能檢測方法發展上來看，儘管施加荷載的均勻性有所改進，但與實際風荷載對建築圍護系統的作用效果仍有一定的差距，仍不能很好的反映出風荷載對建築圍護系統結構的影響，而且檢測方法也只能實現單向的靜態風荷載檢測。

以採用氣囊（薄膜）的載入方式對直立鎖邊金屬屋面載入為例，氣囊載入的原理是利用往氣囊中充入空氣時氣囊膨脹對金屬屋面產生向上的推力。為保證氣囊氣密性良好就要求氣囊連續不能有穿孔，從金屬屋面受力上看，採用氣囊載入與採用水袋載入對屋面的效果幾乎相同，只是測試時無需將金屬屋面系統反向安裝，同樣不能真實反映風荷載對金屬屋面的作用效應。具體表現在：

a.氣囊膨脹時只有與氣囊薄膜接觸的金屬板受到力的作用，而實際上當金屬屋面系統受負風荷載作用時整個屋面板是均勻受力的，除屋面板翼緣受力外，卷邊扣合處的空氣對板肋也有力的作用，該作用力會直接影響金屬屋面的卷邊扣合力；

b.採用氣囊載入的方式，即使氣囊膨脹到極限金屬屋面板的變形也很有限，因為氣囊薄膜阻止了空氣進入固定支座與屋面板卷邊結合的位置，限制了屋面板的變形；

c.採用氣囊進行載入的方式容易出現氣囊尺寸過小，氣囊充滿氣體時屋面板系統達不到最大變形或極限承載力；

d.屋面板受力變形後屋面系統的氣密性會發生改變，卷邊的扣合力也會變小，進而對屋面的結構性能產生影響，採用氣囊載入的方法忽略了屋面系統氣密性對結構性能的影響，使測得的金屬屋面系統的抗風極限承載力偏大不安全。

以上是對於單層板金屬屋面進行的載入，對於有保溫隔熱和隔聲等輔助層的金屬屋面系統，採用薄膜載入的方式進行試驗則更加的不合理，因為多層金屬屋面系統有設定金屬底板，採用氣囊對多層金屬屋面系統進行載入時只能使屋面系統的底板受力，上部金屬屋面則不受力。事實上，當金屬屋面受風荷載作用時主要受力的是最上面的金屬屋面板，在負風壓的作用下屋面板產生變形，卷邊扣合處出現張開，且由於室內外壓力差的存在，屋面系統底板同時也受到力的作用，當達到屋面系統的極限承載力時屋面系統破壞。若只對上部的金屬屋面板進行抗風承載力試驗則與實際情況不符，所以採用薄膜載入的金屬屋面承載力試驗方法不合理。

要與實際情況相符合，最合理的檢測方法應是除了在屋面系統試件周邊進行密封外，試件其他部分不採用任何密封措施，通過使屋面系統兩側形成空氣壓力差來對屋面系統進行載入。

抗風性能檢測的方法應與時俱進，結合現有技術條件，能模擬風荷載作用的實驗室靜壓箱正是其中一種改良的設備，模擬真實的風荷載均勻的作用於建築圍護系統，以動態和靜態相結合，，從而更好的驗證系統正常抗風性能，提高可靠性。

抗風性能檢測