3月18日，京津冀等地遭遇今年以来最强大风天气，华北北部阵风可达9~10级，局部瞬时最大风速已达11级。看着外面呼啸肆虐的狂风以及漫天黄沙，突然间发现，假期在家养的膘终于有了用武之地，正应了那句老话：养膘千日，用膘一时……

市民吕女士在6点半左右从良乡大学城西站出来，走了10多米，听见很大的响声，“跟打雷一样很大的声音”，一看发现地铁顶棚被掀起来了。

北京地铁公司18日晚11时回应称，地铁房山线良乡大学城西站顶棚板材被大风刮落，万幸的是，未造成影响运营和乘客人身安全事件。现场工作人员已第一时间启动应急预案，采取临时处置措施并做好监护工作，待运营结束后还将进一步抢修，确保不影响正常运营。

一、金属屋面风揭破坏案例

面对如此突发的恶劣大风天气，不仅人受不了，建筑也十分“受伤”。近年来，随着现代建筑技术发展，人们对于建筑美观的要求越来越高。形式繁多的轻质、大跨、美观的金属屋面出现在地铁、航站楼、客运站、体育馆、展览馆及大跨度工业建筑等重要结构中。然而随着金属屋面系统的大量应用，也逐渐暴露出了其中的问题。在恶劣风环境下，轻型金属屋面被风掀开的事件时有发生，金属屋面风揭破坏实景如图1所示。

图1 金属屋面风揭破坏实景

以上仅列举了少部分金属屋面风揭破坏的事故案例，据不完全统计，我国每年因金属屋面风揭破坏所造成的直接或间接经济损失达数亿元，给人民生命财产安全造成了极大的危害。

二、金属屋面系统的主要型式

金属屋面系统自上世纪80年代引入我国，距今已经使用了30余年。根据金属屋面连接形式的不同，目前常用的金属屋面系统可分为搭接式连接、扣合式连接和咬合式连接。

1）搭接式连接屋面系统。屋面板纵向边可互相搭接，通过自攻螺钉将屋面板与檩条或支座进行连接，适用于简易屋面构造，在薄板金属屋面系统中，是最为经济的屋面系统。广泛用于民用公共建筑及工业建筑的屋顶，但由于有自攻螺钉的存在，后续使用过程中可能会导致屋面漏水现象，搭接式连接屋面系统如图2所示。

图2 搭接式连接屋面系统

2）扣合式连接屋面系统。屋面板通过扣压结合在一起，并通过支座与檩条相连，扣合式连接屋面系统如图3所示。

图3 扣合式连接屋面系统

3）咬合式连接屋面系统。屋面板纵向边自然搭接后， 采用专用机器对咬合处进行锁边咬合，然后通过支座与檩条进行连接，咬合式连接屋面系统如图4所示。

图4 咬合式连接屋面系统（此为直立锁边咬合屋面系统）

三、金属屋面系统风揭破坏后检测评估案例

某大型结构金属屋面采用牌号3004、0.9mm厚、65/400型直立锁边铝镁锰合金屋面板，沿纵向呈扭曲状铺设，未设置变形缝，通过T型支座连接于矩形钢管次檩条上，次檩条支承于钢管主檩条上，再与屋面主钢结构相连。某日大风天气，该结构西北角处金属屋面板端头局部被风吹开，然后带动相邻咬合板一并掀开。金属屋面损伤破坏细部实景如图5所示。

图5 金属屋面损伤破坏细部实景

为找出破损原因，业主委托中冶建筑研究总院有限公司进行了屋面结构安全性鉴定，为下一步决策提供依据。通过金属屋面板布置及构件尺寸检查、损伤缺陷检查、气象调查、荷载调查、金属板局部取样试验分析及屋面板抗风承载力计算，采用有限元软件对屋面板风揭破坏过程进行仿真模拟分析，同时结合屋面板抗风揭试验结果，得出该屋面板存在部分质量缺陷；部分金属板屈服强度、抗拉强度、伸长率不满足国家标准要求；腹板剪切屈曲强度不满足要求；檐口、周边区域T型支座咬合强度低于规范设计值。金属屋面抗风揭试验及破坏仿真分析如图6所示。

图6金属屋面抗风揭试验及破坏仿真分析

四、金属屋面系统风揭破坏原因分析

通过大量的工程实践、试验结果以及事故调查，发现在大跨度结构轻型金属屋面破坏的案例中，主体结构破坏非常少见，多数是檐口、周边局部区域屋面板的撕裂、连接件的松脱，引起连锁反应，最终导致整体屋面掀开。究其缘由，主要存在以下几点问题：

1）设计内容不全面。未严格按照相关设计标准规范进行设计，设计时抗风等级不足，檐口、周边等局部风荷载敏感区域构造措施不当。在突发大风的恶劣天气情况下，外部风压对屋面板形成极大的向上负风压，且瞬时阵风比平均风力要大的多。对于采用自攻螺钉连接的屋面系统，螺钉受到向上的拔力，螺钉自檩条处脱开，屋面系统失效；对于采用锁边咬合的屋面系统，在风力作用下，屋面板不断变形，从而带动锁边处转动，致使咬合口逐渐张开，当咬合力不足时，面板会从固定支座处脱开，屋面系统失效；

2）荷载规范的变更。《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)较之前的2006年版，对风荷载的计算方法做了较大的修改。对于直接承受风荷载的屋面系统的要求有明显提高。对于2012年以前设计施工的金属屋面系统，提出了更高的挑战；

3）施工过程及监管制度不规范。金属屋面系统施工行业缺乏统一的施工行业标准、施工技术规程及监管制度。施工过程中材料不合格、不正规施工、加工安装不规范等问题均会导致屋面系统的整体性破坏。例如自攻螺钉数量不足，钉帽下未设置垫片，在反复风荷载作用下，孔洞将逐渐增大，最终将导致自攻螺钉脱开或屋面板破损；而在咬合式屋面系统中，通常也存在锁边未咬合或局部锁边破损的现象，咬合质量无法得到保证；

4）使用环境影响。金属屋面系统在长时间的环境腐蚀、温度和风荷载反复作用下，结构和材料自身将不可避免地产生损伤积累和性能退化、甚至导致结构破坏；

5）使用维护不当。随意增加荷载、日常管理维护不到位、未及时发现既有缺陷损伤或处理不当造成次生灾害等。

五、结语

金属屋面系统在我国已经应用30余年，随着结构的愈趋复杂，对金属屋面系统的耐久性、防水性和抗风性提出了更高的要求，尤其是抗风性，对于轻型金属屋面系统显得尤为重要。因此建议使用单位应加强日常维护保养，争取做到安全隐患早发现、早整治。对于使用时间较长、大风频发区域及结构安全等级较高的建筑建议进行全面排查，制定多种整治措施，以保证结构的安全使用。