1. 研究目的与意义（文献综述）

随着建筑技术的快速发展，由于金属屋面板具有轻质高强，防水性能、抗腐蚀性能良好等特点，其在大跨空间网架结构中的应用越来越广泛，如机场、火车站、会展中心、体育馆等大型建筑屋面。风荷载是此类结构的主要设计荷载，而大跨空间网架结构的金属屋面系统在风荷载的作用下，难免出现结构的疲劳和损伤，国内外也曾多次发生由于风荷载导致结构损坏的案例。2004 年 8 月，台风“云娜”登陆浙江省温岭市，损坏大量工业厂房，尤其是轻钢围护结构厂房；2008 年 12 月 ，北京某高校体育馆屋面被风掀起，银白色的金属“外衣”被吹散后挂在房顶，淡黄色的保温棉清晰可见。2010 年 12 月 10 日，北京遭遇大风天气，首都机场地区最大风力高达 10 级，北京首都机场 t3 航站楼局部金属板被强风掀开，造成首都机场共延误航班 200 余架次，现场保温材料卷入风中。由此可见，屋面板的破坏对结构整体的建筑美观有着一定的影响，其次，对经济也会造成比较大的损失，严重者可能还会影响企业生产甚至威胁人的生命安全。因此，大跨空间网架结构金属屋面板的风致疲劳损伤的研究，对保证结构的安全性有着非常重要的意义。

金属屋面板承受风荷载破坏的原因有很多，总体而言可以分为两大原因，荷载部分和结构部分。对于荷载部分，风荷载在大跨空间网架结构中往往起控制作用。在某些金属屋面板破坏的案例中，由于大跨度结构所处的风场比较复杂，既有平均风，又有脉动风，对结构的设计带来很多困难。造成屋面板破坏的原因可能是由于所考虑的基本风压的安全系数过低，导致构件的抗风承载力不够；也有可能是确定风荷载体型系数时的考虑过于简单，设计偏于不安全。但是在很多实际工程中，金属屋面板破坏时材料的应力往往低于强度极限，甚至是小于其屈服极限。因此在考虑此类金属屋面板的破坏时把风荷载等效为经历均布荷载比较合适。国内外对于金属屋面板的风致疲劳损伤的研究中，henderson通过在脉动风荷载的作用下对屋盖试样的一系列静态研究，表明螺钉的压力变化主要是通过作用在螺丝顶部的局部荷载影响；dhammika通过建立梯形金属薄层的有限元模型并用实验结果进行验证，发现金属薄层过早破坏的原因是在螺钉与金属层连接处出现较大的应力集中；suresh等通过对以往风灾所造成的损害的案例进行分析，指出风致疲劳可能是屋顶金属层损坏的原因，并表明目前由于缺乏足够的设计规则，很多金属屋面板的设计主要是基于费时和昂贵的室内试验；mayooran sivapathasundaram对小尺寸的轻钢屋面进行了详细的实验研究，表明在热带气旋地带，屋顶板条–到–梁或桁架连接的失效被确定为屋顶严重损坏的一个重要原因。而王海涛等采用静载试验方法进行了430型屋面板加固前后的抗风吸试验表明，屋面板在风吸作用下发生严重屈曲，变形过大或被撕裂，且多处屋面板与金属支座连接处自攻螺钉连接破坏；吴永昌从屋面风致破坏的机理入手，指出屋面系统的最不利活荷载是作用在外表面的风举力；陈玉通过对直立锁边屋面系统进行研究，建立了在风吸力作用下的简化模型，发现其破坏形式表现为直立支座与金属卷助发生滑移脱离。综上所述，针对具体的金属屋面板，需要研究金属屋面板与主体结构的连接，通过数值模拟分析其抗风承载力以及承受荷载时的危险点，为实际的工程案例提供相应的理论依据。

2. 研究的基本内容与方案

研究（设计）的基本内容：

1. 熟悉大跨空间网架结构金属屋面板在风荷载作用下发生破坏的机理和特点。

2.了解风荷载作用在屋面板上的特点。

3. 研究计划与安排

第1周：进行毕业实习，并完成相应的实习日记和实习报告；

第2-3周：调研大跨网架结构金属屋面板风致破坏的案例，并分析破坏原因。

第4-6周：了解对金属结构分析疲劳的方法和流程；建立金属屋面板考虑连接的有限元模型方法；

4. 参考文献（12篇以上）

[1].杜文风，张慧．空间结构[m]．北京：中国电力出版社，2008．

[2].jgj7-2010空间网格结构技术规程[s]．北京：中国建筑工业出版社，2010．

[3]. 完海鹰,黄炳生 .大跨空间结构[m]．北京：中国建筑工业出版社，2008