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有FM保險要求鋼結構廠房項目設計方法
本文對鋼結構廠房領域有Factor Mutual(FM)保險項目結構設計策略重點進行了概述，期望能對鋼結構設計同行在碰到類似設計時起到借鑒作用。
摘要： FM全球公司是世界上最大的工商業保險公司之一，FM全球公司通過其所屬的FM認證(FM Approvals)機構向全球的工業及商業產品提供檢測及認證服務。FM認證的證書在全球范圍內被普遍承認，而且FM全球公司的保險客戶也更傾向于使用通過了FM認證的產品，它向消費者表明該產品或服務已經通過美國和國際最高標準的檢測。
關鍵詞：Factor Mutual(FM)保險 鋼結構設計
1.前言
近些年來，由于自然災害頻發，建筑行業業主的保險意識逐漸提高。尤其是在工業建筑領域，一旦廠房遭受自然災害發生維護掀翻，房屋傾倒等災害，造成的損失不僅僅是建筑本身的修復，對應的機械設備損失，建筑內成品、半成品損失乃至停工損失都不是小數目。為了規避自然災害帶來的損失，業主逐漸意識到給工業建筑買保險的必要性。FM保險就是被全世界廣泛接受的建筑險種之一。
2.有 FM 要求的項目的幾種情況
Factory Mutual是一家專業的工業財產保險公司, 因其的研究較全面和專業，它的標準有時也被其他保險公司或業主采用。有 FM要求的項目會有以下幾種情況:
(1)Factory Mutual承保，需滿足FM要求。
(2)非Factory Mutual的其他保險公司承保，套用FM的要求。
(3)建設方要求,但并無FM或其他保險公司參與。
本文主要針對第一種情況。第二和第三種情況，由于FM要求的執行和確認方不同,在操作上略有差異。
3.FM要求的內容
Factory Mutual對鋼結構建筑的結構設計要求主要有以下幾點：
(1)屋面活荷載要最小按 20psf考慮(20psf是對應美國規范的取值)。
(2)特殊的風荷載取值要求(3秒陣風風速)。
(3)特殊的雪荷載取值要求。
(4)金屬屋面的抗風升力的特殊計算。
(5)當屋面有采光板時采光板排部的要求。
(6)當屋面采用內天溝排水時要設溢出口。
以上只是FM要求中需要特別注意的, FM還有很多其他很多更全面的要求。有些要求如防火是非常嚴格的, 只是鋼結構設計和材料提供方不需要也無法考慮。還有一些要求非常接近或低于于中國國家規范, 在這里不特別列出了，如雨水強度等等。FM有官方文件詳細描述，其要求見FM官方的參考資料。
4.FM項目的設計中的協調
對于有FM要求的鋼結構項目，FM公司的確認一般以當地的FM辦事處及其主管的咨詢工程師為準。
在項目設計開始前應會同FM咨詢工程師, 業主和設計院明確所有基本的設計依據, 包括FM要求的一些設計荷載取值。 但要注意有時設計院因對FM不了解會把FM最小20psf活載的要求, 簡單地轉化為100kg/m2與其他中國規范的荷載一起提出, 這樣會對項目的用鋼量有很大的影響。 我們應當及時的情設計院將FM的要求與中國規范的荷載區分開來, 也可會同FM咨詢工程師澄清這一理由。
應盡早地將FM的確認設計圖提供給業主及FM咨詢工程師, 并在產品設計前獲得FM的確認。 有疑問和爭議盡快交流以避開不必要的返工或材料損失。
對于有些FM要求與當地規范有矛盾時, 應及時通知FM咨詢工程師并請FM咨詢工程師及時與當地規范執行部門解釋說明, 原則上只能以當地規范為準。 如采光板的布置要求, FM要求采光板之間間距不小于5m, 而上海消防又要求采光板不少于屋面面積的5-10%, 這兩點可能某些屋面的采光板技術上是無法同時滿足的。通常標準的3m采光板FM可以接受，但FM會認為有缺陷。
FM對于防火也有很嚴格的要求, 但是防火的要求和建筑的用途, 生產的產品, 相應的防火設備如噴淋系統有關, 建設單位對于防火不了解也無法負責。 一般應由業主委托有能力的設計單位設計并由FM確認, 所以如對鋼結構建筑材料的防火特性有要求,需業主或設計單位明確。 建設單位可以也只能提供各種產品自身的防火能力的數據或材料的詳細說明(化學成分及其含量)。
5.Factory Mutual要求的結構設計
對于有FM要求的鋼結構項目，必須在設計中考慮與滿足,以下介紹其中一些重要特點。
屋面活荷載要最小按20psf考慮。20psf是對應美國規范的取值，故而也只需按美國規范計算滿足即可。
根據FM特殊的風荷載取值，并將金屬屋面分成中區，邊區和角區計算出各區域抗風升力的要求，金屬屋面也必須按三個區域的不同要求來設計其具體做法。 并且屋面做法的抗風升力值是必須由FM公司測試并認證的值。鋼結構公司巴特勒的三種屋面系統(VSR,BRII,MR-24)共十幾種做法已通過FM測試并得到了認證的抗風升力能力值。其中BRII是螺釘板，只要增加螺釘密度即可提高其抗風升力能力，較容易滿足FM要求。MR-24是直立縫板抗風升力由屋面板連接件制約，而連接件又只能在屋面板的測向卷邊和屋面檁條的交叉點上設置，做法較為復雜MR-24有超過十種的做法已有FM認證的抗風升力能力值。這些做法主要與檁條的間距和厚度，屋面板的寬度和厚度，屋面連接件的規格和有無加強夾有關。設計時應按三個區域的抗風升力要求，選用屋面的具體做法, 這些做法最好是從以上FM認證的做法中選取的，也可是根據這些做法及其抗風升力值類推的。并根據這些做法調整檁條的布置。這些認證過的做法均會列入FM公司的認證手冊中,該手冊每年更新。
FM認證的做法中，巴特勒的MR-24有一種針對FM的雙連接件的節點，可以供設計時參考。這種節點一般不在常規項目中采用。 采用雙連接件的節點后，連接件與檁條需要通過扁擔式墊板來連接。 墊板的零件號：560746，墊板與連接件的連接采用φ9。5的螺釘(097196)。墊板與連接件的連接參見詳圖F432，墊板與檁條的連接參見詳圖F433。 但要注意屋面連接件較密時,單個連接件的抗風升力能力是有折減的,也就是說連接件密度與屋面的抗風升力能力不簡單的成正比。雙連接件節點的能力只有單連接件的1.5倍不到。
以下是一些一般不推薦的方案，僅對于風荷載特別大，有些現有做法無法滿足時不得已而為之
(1)增設高于1m的女兒墻以避開角區，但這會影響立面和增加內天溝。
(2)采用非標準寬度的屋面板以提高抗風升力的能力。
(3)在邊區或角區改用打釘屋面板或對非打釘屋面增加額外緊固螺釘,不同屋面板在同一屋面上使用, 節點很難處理, 采用螺釘板或打釘后屋面防水性和整體性會受較大影響。
有FM要求的項目還需要一套特別的設計圖紙以供FM公司確認,這套圖紙應能明確反映下列內容:
(1)荷載說明, 反映出按FM要求需考慮的各種荷載取值。
(2)一些基本的圖紙, 如平面, 鋼架立面, 檁條布置和規格, 反映出該項目的基本情況。
(3)屋面分區和各區域屋面做法, 要描述出詳細的屋面做法, 包括檁條的信息, 屋面的類型及厚度寬度, 連接件及螺釘的規格, 連接件加強夾的情況,包括采光板的布置。
6.FM項目的詳圖設計
(1)詳圖設計時應準確理解結構設計資料, 并準確轉化安裝圖, 特別應注意以下幾點:
(2)屋面三個區域的范圍和屋面的做法, 在安裝圖中正確反映給出相應的安裝節點和說明。
(3)有采光板的項目, 布置時要保證采光板之間間距不小于5m, 并提供給FM確認。但要注意上海消防對采光板有比率的要求, 不少于屋面面積的5-10%, 這與FM的要求有矛盾, 需協調后確定。
(4)有內天溝的項目, 內天溝中要設置一定數量的溢水口。
7.結語
本文對有FM保險要求的鋼結構項目工程設計做了簡要概述。要注意FM在設計方面參照的是美國規范(IBC)。對于在國內的項目，結構設計時一方面需要按照國內規范計算一次，同時也要按照美國規范(IBC)依據FM公司提供的荷載信息進行設計。同時，整個項目的構造，如防火，防水的必須嚴格按照FM公司的要求，產品也用采用FM公司認證后的產品。
參考文獻
1.Factor Mutual Design Manual 1-28. 2013
2.《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》CECS102:2002
3.《建筑結構荷載規范》GB 50009-2001
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