金属屋面范文（精选9篇）
金属屋面 第1篇
金属屋面系统按结构形式可分为:铝板+直立锁边系统、直立锁边系统、铝板(蜂窝板)系统。
1.1 铝板+直立锁边系统
特点:外表面采用单板包封,内层采用直立锁边屋面系统,具有很好的外饰效果。防水、保温性能良好,但造价较高(图1)。
1.2 直立锁边系统
特点:此系统具有很好的防水、保温性能。外立面有凸起的楞,没有铝板加直立锁边系统的外饰效果好,但造价也较低廉(图2)。
1.3 铝板(蜂窝板)系统
特点:此结构安装便捷,但防水及保温性能较差,一般用于体育场工程(图3)。
以上三种屋面系统中,第一种及第二种最为常用,它们都采用直立锁边结构。下面将对直立锁边系统的原理及生产、安装形式作简单介绍。
2 直立锁边屋面系统
直立锁边屋面系统主要由外层为铝单板装饰层和内层为直立锁边屋面层组成(也可直接采用内层直立锁边系统)。内层又分为:铝合金板屋面层、岩棉保温层、聚乙烯防潮层、矿棉吸音层、无纺布防尘层、压型钢板内饰层。其中保温层、吸音层、防潮层、无纺布层安装简单,只要铺设在其他层面或龙骨架上作简单固定即可。内层压型钢板、外层装饰铝单板、铝合金屋面板,则须安装在龙骨上。
外层装饰板可有效遮挡内层锁边板,外装饰效果非常美观;内层主要有屋面的防雨保温作用(图4)。
直立锁边金属防水屋面系统是通过带肋的金属板互相咬合,从而达到防水目的的一种新型的、先进的屋面系统。金属板可以是铝镁锰合金板,也可以是镀铝锌钢板。其主要结构形式是:首先将T型固定座(一般为铝合金材质)固定在主结构檩条上,再将屋面防水板扣在固定座的梅花头上,最后用电动锁边机将屋面板的搭接扣边咬合在一起。本系统属新兴的防水技术,固定方式先进、温度变形自由伸缩、抗风压性能好、耐腐蚀性好及现场生产方式灵活,保证了其致密防水的功能,并且由于板肋直立,其排水截面比普通板大,更能保证屋面板在横向倾斜情况下的防水性能,故是目前最先进的屋面防水系统,防水性能明显优于其他屋面系统。
2.1 防水性能
防水性能是屋面系统最基本也是最重要的功能,它的好坏直接影响到工程的质量。本系统的防水性能优良是通过下述因素得以保证的。
2.1.1 屋面板材质
屋面材料的腐蚀是导致金属屋面渗漏的一个重要原因,同时它也是影响屋面美观性和耐久性的重要因素。直立锁边系统选用3004牌号铝镁锰合金卷材制作屋面板,该产品除具有重量轻(容重2.7 t/m3,仅为钢材容重的1/3)、强度高(设计强度185 MPa)的优点,更具有比普通铝合金更好的防腐性和耐久性,经权威机构BBA认证,该屋面板在正常环境下的使用寿命超过40年(图5)。
2.1.2 系统的固定方式
铝合金屋面系统采用先进的直立锁边固定方式,从根本上杜绝了传统螺钉穿透固定方式带来的漏水隐患。直立锁边屋面板的固定,首先是将铝合金固定座用不锈钢螺钉固定于镀锌檩条上,再将屋面板扣在铝合金固定座的梅花头上,最后用电动锁边机将屋面板的搭接边咬合在一起。由于采用了直立锁边的固定方式,屋面没有螺钉外露,整个屋面不但美观、整洁,而且杜绝了螺钉孔造成的漏水隐患(图6)。另外,该屋面系统配有独有的铝合金或不锈钢配件,使客户可以方便地在屋面板上设置太阳能收集器、安全走道、安全缆绳、广告牌、装饰灯、避雷带、装饰板等多种设施,而无需穿透屋面板,因而不会留下任何漏水隐患。
2.1.3 屋面板现场压型生产
直立锁边屋面板可现场压型生产,其生产设备仅为一个20英尺(约6 m)集装箱,所以能够非常方便灵活地搬运和移动,并在工地现场根据工程的实际需要生产任意长度的屋面板,不受运输条件的限制,使得屋面板在纵向没有搭接,从而减少了渗漏水的机会,提高屋面的整体性和美观性(图7)。
2.1.4 屋面板的板型
直立锁边屋面板板肋直立,使其排水断面几乎不受板肋影响,所以有效排水截面较普通板型更大,加之板肋较高(达65 mm或25 mm),更能保证屋面板在坡度平缓情况下的防水性能,同时对双向弯曲的屋面适应性更强(图8)。
对于屋面外围呈椭圆形、球形等的异型屋面,直立锁边板可采用异型变宽度屋面板来铺设,并根据屋面形状的实际需要来确定每块屋面板的长度、窄边尺寸和宽边尺寸,使屋面板能够贴合所要求的扇形,自然连续地闭合成扇形屋面,使屋面的美观、防水都得到完美的体现。
2.1.5 连接构造的设计
1)铝合金屋面板与固定座的连接:采用的是直立锁边的固定方式,屋面板不需螺钉连接,也不需用打胶的方式来防水,用直立锁边的连接方式就可防备由于螺钉连接和打胶防水的方式所带来的漏水隐患,具体的连接方式见图9。
2)铝合金固定座与屋面次檩条的连接:用不锈钢螺钉进行。因为固定座是铝合金的,如使用普通的碳钢自攻螺钉连接,容易产生电化学反应。重要的是,屋面板上所受的力都要通过固定座传递给螺钉,螺钉再传递给次檩条,所以螺钉在整个屋面系统中起着重要的传力作用,需要承受很大的荷载,所以采用不锈钢螺钉是最好的选择(图10)。
2.1.6 节点的设计
本屋面系统对各个节点的处理,充分考虑到施工中可能出现的各种不利因素,通过构造上的合理性化解危险因素,以提高防水抗渗性能。
1)屋脊:通常屋面板厂家在处理屋脊节点时,只是将屋脊盖板泛水通过自攻螺钉与屋面板板肋连接,再将屋脊盖板边缘剪口下弯封住波谷空隙。这种处理办法由于螺钉直接穿透屋脊盖板及屋面板,一旦钉孔出现密封不严,雨水就会从钉孔漏进室内。
本系统则选用与板型相吻合的铝合金密封件与屋面板板肋用防水铆钉连接固定,并在密封件后塞入与板型一致的屋脊泡沫密封条,然后将屋脊盖板与密封件用铆钉在中间固定,这样即使外露的铆钉漏水,雨水也是滴在屋面板上而不是渗入室内,而且密封件及密封条均是工厂预制的定型产品,外观效果及密封效果也远强于现场将泛水剪口下弯的方式(图11—12)。
2)山墙:对于山墙节点,一般的做法是简单地将山墙盖板泛水与屋面板最边缘板肋用自攻螺钉连接固定,其钉孔必然贯穿屋面内外,一旦出现密封失效,即会产生漏水。
本系统山墙做法是首先将预制铝合金山墙扣槽用铆钉固定于屋面板板肋,再用山墙扣件扣住扣槽后与固定座固定,这样便将扣槽牢牢固定住,然后铝单板扣在山墙扣槽上,由于外露的铆钉孔并不穿过屋面板,所以不会有任何漏洞存在。而且扣件与扣槽均为预制铝合金挤铸件,两者能够紧密扣合,达到既能可靠固定,又能伸缩滑动的效果(图13—14)。
3)檐口:对于任何形状的金属压型板来说,在檐口板肋下不可避免地会出现缝隙。本系统在屋面板檐口端部设通长铝合金滴水片,一方面可增强板端波谷的整体刚度,另一方面可形成檐口滴水,使屋面雨水顺其滴入天沟,而不会渗入室内。在滴水片与屋面板之间,塞入与屋面板板型一致的泡沫密封条,使板肋形成的缝隙能够被完全密封,防止因风吹灌入雨水(图15左)。
2.1.7 反毛细水措施
水在重力作用下总是向下运动的,但是在某些特殊情况下也有例外。在两个物体之间,如果物体表面的空隙较小,则水的表面张力大于重力,水在张力的作用下会向上运动,这就是通常所说的毛细现象。为防止雨水被风吹入横向搭接缝后在两块板之间形成毛细作用,屋面板的板肋已设计了反毛细凹槽,即在小肋的侧部设置一个凹槽,使大肋与小肋之间存在一个空腔,减小了水的表面张力,从而阻止了毛细水向上运动渗入室内(图15右)。
2.2 透气性能
空气中是含有水分的,水分的含量即湿度在一年四季甚至每天都在变化,有时高有时低,这些水分都是以汽态方式存在,但高湿度的热空气在遇到冷的界面时,空气中的水分就会由气态变为液态,形成冷凝水。屋面板上下的空气交换有助于使屋面板上下的空气湿度保持一致,避免一侧的湿度过高在遇温度突变时产生冷凝现象,尤其是要防止屋面板底的湿度太高。有时在翻开一些压型钢板屋面时,会发现板的表面没有被锈蚀,但板底已锈迹斑斑,这就是由于在板底的湿汽太多又排不出去,加速了板的氧化所致。
本系统采用的板型,其板肋的搭接既可防止雨水和毛细水的浸入,但又不妨碍空气的自然流通,使屋面板底的空气能够流动,屋面系统就如同可以呼吸换气一样,不会将湿汽闷在板内(图16)。
2.3 抗风性能
金属屋面重量较轻,因此对屋面系统的抗风性能也提出了很高要求。本系统从以下几方面采取措施,以确保铝合金屋面的安全。
2.3.1 系统的固定方式
本系统前述的固定方式不需穿透板面,因而屋面板没有任何损伤,当然也就不会产生应力集中的问题。本系统采用的铝合金屋面系统曾在国内权威检测机构进行过抗风试验,在7.0 k Pa的反复受荷试验中,试件(包括屋面板、固定座、螺钉)无损坏,证明了这一屋面系统抗风性能优越。
2.3.2 计算参数
压型铝板属于板状受力构件,其破坏状态受多种因素影响,除强度、刚度外,其稳定性和连接可靠性也极为关键,因此其截面参数根本无法用纯理论计算获得。正规生产厂家往往投入大量财力物力,对其所产各种规格的板型进行无数次不同跨度的受荷试验,再将试验数据进行统计分析,从而得出符合实际受力模式的截面参数作为设计计算依据,并且所有试验及数据均呈送权威机构认证批准。
本系统所选用的铝合金屋面系统已有40年的应用历史,并且每5年就接受一次权威科研机构的严格认证,认证报告中对屋面板板型、厚度规格、所用材质(铝合金牌号、状态)、设计强度等均有严格的定义,在此基础上规定各型号屋面板分别在承受正压和负压时的截面参数,因此其计算参数具有足够的安全性和可靠性。
2.3.3 配件选用
为保证屋面系统的安全性,本系统在配件的选择上特别是受力构件的选择上精益求精。如固定座,采用6061牌号T6铝合金挤材,设计强度达220 MPa,能够满足受力计算需要。固定座的固定螺钉选用304不锈钢螺钉,可避免日久天长产生腐蚀导致连接失效,威胁到屋面系统的安全。此外,系统中使用的自攻螺钉均属同类产品中的优质品牌,具有较高的可靠性。
2.4 温度变形性能
任何材料都会有热涨冷缩的现象,对金属屋面而言普遍存在着如何解决温度变形和温度应力的难题,处理不好必然带来屋面板起拱、漏水等一系列问题,因此必须认真对待。
由于屋面板的热涨冷缩受固定方式影响最大,本系统着重从这方面加以解决。本系统铝合金屋面板由于采用直立锁边固定方式,铝合金固定座仅限制屋面板在板宽方向和上下方向的移动,并不限制屋面板沿板长方向的自由度,因此屋面板在温度变化时能够在固定座上自由滑动伸缩,不会产生温度应力,这样便有效解决了其他板型难以克服的温度变形问题,保证了屋面板各项性能的可靠性。
本系统采用的板型,可有效吸收屋面由于热胀冷缩而产生的横向变形和由于底部结构的不均匀沉降而产生的垂直变形(图17)。
如图18所示,金属面板的固定座和下部的保温材料及钢檩条跟随主体结构上下运动,而板面的折边可以吸收大量的形变。在沿板肋的纵向,板更有足够的挠度吸收可能产生的竖向形变。
和板肋空隙来调整其热胀冷缩。对每块400 mm宽的金属屋面板来说,可调节的量可达3~5 mm,总调整量更可吸收该方向的结构位移。
2.5 保温吸声性能
本系统采用优质的保温棉作为保温材料,下带特强防潮防腐贴面。保温棉导热系数低,保温效果好,对人体皮肤刺激小,耐久性、抗震性、憎水性均较好,重量轻且呈卷毡状供应,方便运输及安装。
由于金属之间的导热率较高,本系统在铝合金固定座下设塑料隔热垫,使铝合金固定座与檩条之间的热传导被隔断,杜绝了屋面冷桥效应的产生,避免冷凝现象的出现(图20)。
2.6 排水设计
屋面板排水是依靠板肋阻水,使其不能从两块屋面板之间的搭接边渗入室内,并顺纵向坡度流入天沟,排水性能良好。
2.7 防雷设计
根据国家GB 50057—94《建筑物防雷设计规范》第4.1.4条规定,除第一类防雷建筑物外,金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为闪接器,但应符合下列要求:1)金属板之间采用搭接时,其搭接长度不应小于100 mm;2)金属板下面无易燃物品时,其厚度不应小于0.5 mm;3)金属板下面有易燃物品时,其厚度:钢板不应小于4 mm,铜板不应小于5 mm,铝板不应小于7 mm;4)金属板无绝缘被覆层。
本系统屋面装饰层采用2.5 mm或3.0 mm的铝单板(5 mm的蜂窝板)能满足上述条件,因此可将屋面板作为闪接器,通过固定网格交叉点设置引下线,将电流引至屋面板下的檩条上,通过屋面檩条与整个结构形成一个避雷体系。本系统无需另设避雷带和避雷针,从而使屋面整洁美观,并可节省一定的投资。
2.8 防火设计
作为大型的公共建筑,屋面材料的防火性能也非常重要,因为它关系到大众的人身安全和社会影响,所以不容许在消防方面出现任何不安全因素。
本系统所采用的铝合金屋面板、底层板、镀锌钢檩条、保温棉以及螺钉、铝合金配件等,均为不燃材料,在出现火灾等意外情况时,屋面系统不会发生燃烧,也不会产生有毒气体,所以该屋面系统在防火方面安全可靠。铝合金屋面板经BBA认证为AA级材料,火焰在其表面不燃烧不蔓延。
3 结语
目前,金属屋面在大型建筑工程中已十分常见,而直立锁边屋面系统具有防水、保温性能好以及安装方便等特点,相信它将会在越来越多的场馆类工程中得到应用。
参考文献
[1]中国建筑科学研究院.JGJ 133—2001金属与石材幕墙工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[2]赵西安.建筑幕墙工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2002.
新型别墅屋面瓦彩石金属瓦知识 第2篇
彩石金属瓦是由镀铝锌钢板作为基材、彩色砂粒、底漆和丙烯酸树脂构成。其中镀铝锌钢板基材是由55%铝，43.4%锌和1.6%硅组成的电镀液经电镀而成的，其加工性、涂装性与镀锌钢板基本相同。彩色砂粒是金属瓦的装饰层也是保护层，它是由一定粒径的颗粒经高科技着色工艺和高温烤制而成的（也叫陶化法，次方法使得彩石永不掉色）。
圣戈邦彩石金属瓦具有十五种颜色，可耐紫外线照射，能减轻雨水给金属瓦造成的噪音，使彩色钢板瓦色彩丰富庄重，装饰性更好，这是一般彩色压型钢板所不具备，也是不能比的。底漆作为瓦的特殊材料，它是使镀铝锌钢板与彩色砂粒进行良好粘结的材料，作用大。而丙烯酸树脂作为表面的保护层，防止细部雨水渗漏，能延长砂粒色彩的寿命。
圣戈邦彩色金属瓦有5中形状，其它配材齐全，彩砂更有15种颜色。圣戈邦彩石金属瓦本身固有的耐候性、耐湿性、耐盐水喷雾性、耐冲击性、耐酸性、耐碱性、耐热性、不燃性扥特性。该产品以镀铝锌钢板为基材，并有多层保护膜处理，可经受严寒、冰雹、暴风、雨雪、和酷热、地震等恶劣气候以及自然灾害的袭击，具有很好的耐火性，不会因此而开裂、老化、遇火燃烧、风掀，具有很长的使用寿命。
金属屋面 第3篇
关键词:金属压型板材屋面 女儿墙檐沟 渗漏事故 处理措施
1 工程概况
某厂房,结构形式为三层钢筋混凝土框排架,局部屋面采用100mm厚双层夹心保温屋面板,屋面坡度为10%,屋面排水采用有组织内排水,按照图纸要求共设置6根φ100UPVC内排水雨水管,该屋面的水平投影面积为1600平米,女儿墙檐沟构造参照05J5-1的1/41,檐沟构造如下图所示,檐沟施工所用材料按照图集中檐沟构造要求,檐沟长度为80米,施工时间在4月份,女儿墙檐沟距离室内地面高度为20.3米,该厂房檐高30.6米,安装檐沟时采用内脚手架,施工完成后,内脚手架拆除,经历春季时,发现檐沟渗漏严重。
2 事故现象
屋面檐沟内多处积水,雨水口处却无积水,室内观察,檐沟内多处滴水,滴水部位在屋面檐沟积水部位、檐沟钢板接缝(抽芯铆钉)部位,檐沟钢板接缝处密封材料有间断未全部封闭的现象,另外檐沟钢板底部受雨水的重量影响,檐沟钢板底部不平,呈下垂状。
3 事故原因分析
3.1 内排水雨水管数量设置少,致使雨水在檐沟内淤积,无法及时排出,按照《屋面技术规范(GB50345-2004)》要求,水落管直径不应小于100mm,其最大汇水面积宜小于200m2,本工程中汇水面积为1600m2,设置6根内排水雨水管,水落管数量少,并且如果雨量再大些的话,雨水会从檐沟侧壁与夹芯屋面板接缝处溢出。
3.2 图集中所示,檐沟钢板采用0.8mm厚,钢板平面刚度不足,从雨后屋面檐沟的情况看,檐沟呈现向上鼓、向下塌的现象,致使檐沟内积水,无法顺利排出,檐沟侧壁与底边呈明显钝角状,经采用加大檐沟钢板厚度的方法,采用1.2mm的钢板来加工,经实践检验,未发现檐沟底部上鼓、下塌的现象。
3.3 檐沟支架数量少,图集要求每一米设置一个,檐沟支架采用钢带4mm×50mm,檐沟支架尺寸按照与檐沟尺寸相同,因女儿墙墙厚为250mm,主体结构每6米或12米设置了800×400(mm)的排架柱,柱的截面比女儿墙的墙厚大150mm,这就要求檐沟在每个排架柱的部位单独加工,檐沟支架在每个排架柱两侧均应设置一个,与其余檐沟做可靠的连接。
3.4 檐沟坡度无法保证,如按图集施工,在分水线处,檐沟钢板的侧壁高度为200mm,檐沟坡度为1%,这样的话,每块檐沟钢板的侧壁高度均在不断变化,这样的话,对于檐沟钢板加工将非常困难,檐沟的排水坡度无法保证,甚至出现反坡,积聚在檐沟内的雨水无法及时排出。
3.5 檐沟钢板加工应分块进行,因檐沟长度为80米,无法一次加工成型,受到实际加工机具及成品钢板的限制,并且必须考虑钢板处于外露环境下的腐蚀,所以檐沟钢板折弯加工时,沿长度方向一般为1.25m每块或1.5m每块,檐沟钢板交接处进行重叠、密封,檐沟重叠部位接缝的增多,增大了渗漏的隐患部位,重叠部位檐沟钢板未用双面胶进行密封,只是在外露部分用密封胶密封,另外密封胶质量差,因为该部分为外露部分,要经受日光照射、雨雪冲刷、气温变化的影响,所以檐沟重叠部分采用双面胶,接缝外露部分应用耐候密封胶进行密封。
4 处理措施
对于已渗漏破坏的檐沟进行拆除,全部檐沟重新加工,檐沟改用1.2mm的镀锌钢板加工,檐沟尺寸按照现场尺寸进行加工,女儿墙处、屋面排架柱的部位,分别加工。
4.1 对于内排水雨水管,经与设计单位协商,增加2根内排水雨水管,位置重新均匀布置,这样每根内排水雨水管的汇水面积为200m2,符合《屋面工程技术规范(GB50345-2004)》的要求。
4.2 对于损坏严重的进行拆除,损坏程度不大的予以整修,并全部重新加工檐沟,檐沟钢板厚度采用1.2mm的镀锌钢板,镀锌钢板能够有效的防止钢板受到腐蚀,对于屋面排架柱的部位,檐沟尺寸按照现场尺寸放样,充分考虑每块檐沟的搭接长度,檐沟侧壁的高度进行统一,檐沟侧壁高度=分水线处侧壁高度+檐沟排水坡度×分水线至内排水管的距离。
4.3 重新布置檐沟支架,在檐沟搭接部位、屋面排架柱的两侧均布置支架,并且檐沟支架的固定,安排有责任心的作业人员负责。
4.4 檐沟安装,檐沟搭接位置处,下部的檐沟靠近内排水雨水管,并且檐沟侧壁上沿依水平线进行安装,檐沟重叠部位用6mm的双面贴粘接,用4×13mm的铝制抽芯铆钉固定,铆钉间距小于150mm,檐沟外露搭接部分用耐候密封胶封闭,外露铆钉部位也用密封胶密封。
4.5 最后,檐沟内部采用材料找坡,排水坡度达到设计要求。
5 结语
通过加强对施工过程各工序的管理,檐沟安装完成后,对屋面进行淋水试验,檐沟未发现渗漏,并且经
金属屋面 第4篇
广州亚运城综合体育馆(题图)位于广州市南部。本工程包括亚运体育馆(体操)、台球馆、壁球馆(在2010年亚运会及残亚会期间作为比赛场馆),以及广州亚运历史展览馆(赛时作为亚奥理事会和1~15届亚运会的展示场所)。工程建筑面积50 194 m2,建筑新颖,造型独特。屋面为连续三维曲面,覆盖整个建筑并延续至地面,造型异常复杂。
本工程金属屋面系统工程主要包括:金属屋面系统,侧屋面系统,不锈钢板幕墙系统,屋面遮阳玻璃天窗系统,屋面1.0 mm装饰不锈钢系统,共计约5万多m2。
本工程金属屋面工程计划2010年8月竣工。
鉴于其复杂的造型,有别于一般单坡或单曲金属屋面,本屋面工程设计及实施的重点和难点主要为:屋面系统设计可靠,确保屋面结构安全;曲面连续顺滑,防水安全,不渗漏;各构造层设置合理,满足建筑设计的各项物理性能的要求;不锈钢装饰板铺设能否连续顺滑并实现建筑设计的美观要求等。
2 工程设计要点
2.1 屋面三维曲面分析及防水屋面板三维布置
本工程必须先对屋面曲面进行分析,确定防水屋面板的排布方向和三维布置,然后才能进行檩条支撑系统布置、排水设计和节点设计。
根据钢结构设计条件图,建立屋面三维曲面模型,由此可见整个屋面由多个不规则的三维曲面组成(图1)。在三维曲面中,要找出各曲面经纬轮廓线,并对此进行分析(图2)。
分析发现:体操馆南北向半径约为155 m,东西向半径约为601 m,因此沿南北向布置屋面板可以有效减小屋面板的侧偏和扭曲;综合馆屋面南北向半径约为80 m,东西向弧度变化大,半径约为186 m,因此屋面板沿南北向布置,同时沿东西向分区布置扇形板,以适应变化的曲面;历史博物馆屋面南北向半径约为55 m,东西向半径约为134 m,因此屋面板沿南北向布置;体操馆入口曲面弧度大而且变化扭曲,根据形状和弧度,将该部分屋面分为三个部分,分别排板并用天沟将这三部分分开。
根据以上分析,利用专业软件,对屋面进行三维排板。在进行屋面空间排板过程中,需要对三维排板进行量化分析,以确定其能否满足生产和安装要求。如果局部不能满足要求,则需要调整该区域排板,直到满足要求为止。经过这些分析和调整,保证了所有屋面排板在现场的可安装性。屋面排板如图3所示。
2.2 屋面支撑系统设计
屋面支撑系统即檩条系统,其设计必须确保屋面系统结构安全可靠,同时还需合理布置,满足防水屋面板系统支撑及节点连接要求;构造形式及连接要简便、灵活,既方便高空安装,又能适应屋面曲面形状。
檩条设计首先要考虑布置方式。确定屋面分区及三维排板后,在各分区内,檩条与屋面板排板垂直环向布置。在屋面板跨中按1.5 m间距均匀布置,檐口处檩条间距加密。天窗及洞口周边根据节点设计布置支撑檩条。檩条布置与钢结构桁架上弦垂直,支撑在钢结构上,若檩条与钢结构桁架上线平行,则增加垂直的主檩条。
本工程屋面为轻质金属屋面系统,荷载较小,约50 kg/m2。综合考虑屋面曲面、形状变化,次檩条采用Q345 C型檩条,主檩条采用Q235B 25号槽钢,檐口与天沟交界处采用150×140×4(mm)厚镀锌方通。C型次檩条根据受力计算结果确定檩条规格,采用C140和C160两种规格,风荷载较大部位采用双拼C型檩条。
进行檩条设计计算时综合考虑了各种荷载,其中作用于金属屋面上的活荷载主要有风荷载、施工荷载、积灰荷载、雪荷载、地震作用、温度作用等。根据风洞试验报告,查取各馆最大、最小平均风荷载标准值及设计值。结构承载力按100年重现期设计,挠度按50年重现期设计。最大风荷载值见表1所列。
檩条三维总体布置,如图4所示。
檩条与钢结构通过檩托板采用螺栓连接,根据设计标高,现场调节檩托和檩条高度。设计的檩托支撑点共5 967个。檩条施工前,采用全站仪将支撑点侧放在钢结构上,并现场测量钢结构上表面支撑点三维坐标,与理论标高复核,从而确定檩托及檩条端部高度。檩条连接及调整示意如图5所示。
支撑系统防腐处理:檩托板表面除锈后刷水性无机富锌底漆二道、环氧云铁中间漆一道、聚氨酯面漆二道,用于防腐,漆膜总厚度不小于125μm,主次檩条均采用热浸镀锌处理,镀锌量不小于250 g/m2。
2.3 屋面系统设计
本工程金属屋面系统采用金属屋面板外挂不锈钢装饰板。金属屋面采用0.5 mm厚304不锈钢直立锁边屋面系统,装饰板采用1.0 mm厚高耐候性铁素体不锈钢装饰板系统。直立锁边屋面板通过铝合金固定座固定在檩条上,直立锁边板上设铝合金扣夹,与直立锁边板肋紧密咬合,上部设置铝合金龙骨,装饰板固定在龙骨上(图6)。
直立锁边金属屋面板不仅作为屋面的防水层,也作为外挂装饰板的结构支撑层,因此屋面系统选择必须可靠,且设计时要综合考虑屋面系统的结构、伸缩、防水等各项性能。
金属屋面板为冷弯薄壁结构,其截面参数和受力性能难以通过计算确定,而需要结合理论计算和试验最终确定,对直立锁边屋面系统,屋面板与固定座的咬合能力需要通过试验确定。试验时,需要考虑单跨和多跨等工况。
本工程屋面采用德国Kalzip誖系统,该系统获得过多个国家级权威机构的检测认证,并在中国进行过抗风、拉拔及变形等多项结构安全性验证、检测,采用Kalzip誖类似构造系统的国家大剧院金属屋面2004年建设完成后至今完好如新。该系统具有成熟的截面和受力参数,利用这些参数,根据屋面板的长度和坡度,通过计算,合理确定支撑檩条间距,以及固定点的固定方式。檩条间距1.5 m,屋面板边跨跨内弯矩、中间跨支座弯矩、边支座反力、中间支座反力、支座弯矩及反力综合验算等,均满足要求。
屋面板最高固定点采用铆钉将屋面板肋固定在固定座上,即可满足要求。但考虑现场实际情况,对长度大于10 m的屋面板,采用一颗不锈钢螺栓固定屋面板肋的方式加强屋面板固定点。屋面装饰板板块尺寸为2 400×590(mm),由于装饰板厚度为1.0 mm,因此采用背衬加劲肋加工工艺,增强其刚度,设计计算其强度及刚度均满足要求。屋面装饰板与直立锁边板板肋连接采用特制的扣夹,扣夹与板肋咬合紧密,系统连接的受力可参考相关试验数据加以验证。
变形设计:对于本工程的金属屋面,由于屋面板长,因此如何使屋面板自由伸缩,避免因为热胀冷缩受阻而产生的变形或撕裂产生渗漏的问题,就至关重要。直立锁边屋面板仅在最高点固定,板肋扣合在固定座上,固定座只是限制板在宽度和高低方向上的移动,屋面板在长度方向上可以自由伸缩,因而不产生温度应力。且在天窗等洞口周边,收边泛水与屋面板焊为一个整体,可随屋面板整体伸缩移动(图7、8)。
金属屋面板通过固定座、檩条连接在钢结构上,钢结构的变形、位移会逐级传递至固定座,因此垂直方向上固定座跟随主体结构上下运动,而屋面板面的折边可以吸收大量的形变。在沿板肋的纵向,板更有足够的挠度吸收竖向形变,从而能适应结构的位移而产生的屋面系统竖向变形(图9)。
装饰板板块小,边部均留有20 mm的开缝,能够自由伸缩,因此屋面系统的位移、变形不会对装饰板产生任何影响。
2.4 双曲金属屋面曲面拟合及实施
本工程屋面为连续变化三维曲面,屋面板对曲面的顺滑覆盖是保证屋面板能自由伸缩及防水的关键。结合多年从事双曲、异形屋面的设计、生产和施工经验,我们进行了详细的三维模型曲面建模及分析,如前所述,找出了最佳的解决方案。
整个屋面必须保证屋面板连续、顺滑布置,因此本工程屋面采用了直板、扇形板交错布置的方案,曲面平滑处采用直板布置,曲面曲率较大部位采用扇形板布置,这样屋面板能连续铺设,横向板肋连续咬合。
扭曲屋面中部采用了双大肋异形板(图10)。直立锁边屋面板排水依靠压型板肋阻水,使其不能从两块屋面板之间的搭接边渗入室内,并顺纵向坡度流入天沟。由于本工程屋面为双向扭曲,屋面横向向外侧下坡,特别是在檐口处屋面坡度更大,使屋面板倾斜较大,有效盛水截面减小,犹如将容器倾倒,屋面积水有可能漫过板肋高度。为防止雨水由板肋接缝进入室内,本方案采用由两侧檐口向最高点铺板方向,使板与板的搭接为顺水搭接,搭接口向下,就像传统的叠瓦片一样,即使上块屋面板由于倾斜过大而漫水,也会流到下块板排走。
雨水满溢示意:屋面板沿长度方向(纵向)为排水方向,因此纵向屋面板连续布置,没有搭接,避免任何渗漏隐患。同时根据曲面半径确定屋面板的弧度,半径大于40 m的部位,屋面板自然弯曲可以实现,半径小于40 m的区域,现场进行机械弯弧后再安装,这样保证了屋面板安装完成后的曲面光滑、连续。
整个屋面共有直立锁边屋面板6 297片,规格约5 400种,最长屋面板74.8 m,全部为现场测量、复尺并现场生产完成。
屋面外曲面共由40 000多块装饰板拼装而成,标准装饰板板块尺寸为2 400×590(mm),曲率大的部位采用单曲板,大部分采用平面板即可拟合屋面曲面。装饰板布置如图11所示。
2.5 构造及节点设计
根据建筑设计并使设计优化,金属屋面系统的构造层次自下而上依次为:200 mm宽0.5 mm(室外0.7mm)厚条形针孔铝合金吸音扣板系统,采用吊杆上端与屋面C型檩条栓接,下端固定主、次龙骨,龙骨调平后,将条形板扣入次龙骨,条形吊顶板根据建筑设计沿东西向布置,留50 mm间隙;100 mm吸音棉,下铺防尘无纺布和钢丝网,与屋面钢底板及吊顶扣板之间均留有空腔;镀锌钢主、次檩条;0.8 mm厚镀锌压型钢底板,固定在檩条上,作为系统隔声层及系统构造层的支撑层;2 mm厚镀锌钢衬檩及衬檩支撑;铝箔防潮层;75 mm厚80 kg/m3保温岩棉;1.2 mm三元乙丙防水卷材;直立锁边不锈钢防水屋面板;1.0 mm装饰不锈钢面板。屋面系统构造及连接示意图,如图12所示。
本屋面系统工程中,不锈钢板幕墙系统,主要构造层次(由下而上)为:镀锌钢主次龙骨与钢结构连接;2 mm厚镀锌钢底板;1.2 mm厚三元乙丙防水卷材;50 mm厚玻璃纤维保温棉;0.8 mm压花不锈钢板,局部采用彩色压花不锈钢板。
本工程屋面上设置了采光天窗和上人孔,与屋面交接处需防水可靠,且保证金属屋面板的自由伸缩。因此在洞口周边采用屋面板与泛水板焊接的连接方式,泛水直立边与洞口龙骨间保留一定空间,便于泛水板能随屋面板伸缩移动而不受阻。
天窗及上人孔处节点构造,如图13所示。
屋面板与天沟连接节点:屋面坡度大时,为防止雨水冲溅,在屋面檐口设置挡水板。
天沟为屋面的排水渠道,因此其安全性、防水及排水顺畅非常重要。本工程屋面为双曲面,天沟在屋面边部沿曲线布置,由1.2 m长的标准断面拼装而成。天沟在长度方向随屋面边部标高变化,因此纵向坡度有变化。考虑不锈钢天沟的热胀冷缩,因此天沟在长度方向上间隔约30 m,并结合排水落水口布置设置构造伸缩缝一道,如图14所示。
天沟伸缩缝设计及施工时,考虑节点能自由伸缩,且无漏水隐患。在伸缩缝处上端设置天沟板固定点,固定天沟板,以免其热胀冷缩变形后在重力作用下产生不可恢复的位移,并根据排水设计要求设置集水井和落水口。
2.6 防火安全性
近年来维护系统的防火安全事故时有发生,造成这些火灾的重要原因均因为材料选用不当,施工操作存在重大隐患引起的。
鉴于本工程的重要性,为确保其防水万无一失,设计时在屋面构造层内设置了一道三元乙丙卷材辅助防水层,铺设在金属防水板下部。由于三元乙丙为可燃材料,因此施工阶段,防火安全性非常重要。
体操馆及综合馆屋面沿南北向排板,但因为曲面扭曲且不对称,因此不能采用通常的屋面板布置方式,屋面板分为两段,在屋脊最高点断开,断开处采用焊接处理。屋面板在天窗等洞口周边,采用泛水板焊接方式,因此屋面焊接部位较多,而现场焊接将是防火的最大安全隐患(图15)。
不锈钢焊接采用氩弧焊,焊接时温度较高,经现场试验,施焊时高温会将0.5 mm厚不锈钢板熔穿,基层板厚时,这种情况将会避免。经多次试验发现,采用1.5 mm厚不锈钢板作为基材,屋面板与其焊接时,基层板一般不会被熔穿。因此设计将所有焊接部位的泛水板由0.5 mm厚改用1.5 mm厚不锈钢板,且在所有焊接部位下方铺设防火石棉布,在石棉布下再铺设0.8 mm厚镀锌钢板垫层。实践证明,采用这种方式后,有效地避免了焊接部位高温和熔渣而引燃三元乙丙的风险。
2.7 金属屋面系统物理性能保证
2.7.1 屋面系统保温性能
根据《公共建筑节能设计标准》的规定,本工程金属屋面系统的传热系数K≤0.47 W/m2·K,屋面系统中保温构造层主要为75 mm厚80 kg/m3的岩棉层,考虑构造层下部100 mm厚32 kg/m3吸音棉亦具有保温功能,则屋面系统保温性能的初算结果如表2所列。
屋面系统传热系数K=1/R=0.20,满足设计及节能标准要求。
2.7.2 屋面系统隔声功能
空气声隔声是减少通过维护系统构造的空气声传递,从而减轻噪声从室外传入室内或者从室内传至室外。本工程屋面系统构造自重约40 kg/m2(不含檩条、吊顶系统和配件等),根据质量定律估算,计权隔声量可达到48 d B,满足设计要求。
本工程为大跨度、大空间的公共建筑,必须充分考虑其吸声功能,有效控制室内混响时间。屋面系统采用开放式穿孔吸声吊顶板,上部铺设100 mm厚吸音棉,下铺防尘无纺布和钢丝网;与屋面钢底板及吊顶扣板之间均留有空腔,可以有效吸声,控制室内混响时间。
2.7.3 屋面系统其它功能检测结果
金属幕墙委托广东省建筑幕墙质量检测中心检测,检测的气密性为国标4级;水密性ΔP=1 000 Pa,国标3级;抗风压性能指标达P3=1 510 Pa,国标2级;平面内变形Δ=30.0 mm,国标5级,均满足要求。
3 施工要点
本工程造型复杂,分项工程多,工程量大,而且时间紧迫,因此整个项目的实施必须科学组织,合理安排,精心操作,确保每一道工序都有序进行,而且一次性验收合格。针对本工程特点,施工要点主要如下。
3.1 现场测量放线
由于屋面、墙面造型复杂,曲面多变,因此现场测量放线非常重要。施工过程中一台全站仪全天候在现场进行测量,确保每一部位的坐标和尺寸都与设计吻合,包括钢结构节点坐标校核,檩托、檩条的坐标点放设,弯弧支撑曲线放样,曲面偏差调整等。同时测量与主体工程施工测量轴线相配合,使各坐标、轴线与建筑物的相关坐标、轴线相吻合(或相对应),测量误差应及时调整不得积累,使其符合屋面的安装要求。
3.2 系统固定座的放线及精度保证
直立锁边屋面系统固定座的放线及精度保证:本项目最长的板长达75 m,如果固定座长度、左右、前后倾角的精度没有达到要求,那么很容易使屋面板滑动不畅,进而导致屋面板板肋破损漏水甚至被风吹飞。由于屋面造型为双曲面,为保证放线准确,先将整个屋面分成若干小区,然后利用全站仪将每条分区线投放在屋面曲面上,并沿这些分区线布置固定座。在分区内,根据屋面曲率进行微调,对每条板肋的固定座进行放线和安装。固定座安装后要逐个进行检查、校核,确保固定座安装牢固,安装精度满足要求,如图16所示。
3.3 焊接质量控制
屋面屋脊、天窗等洞口周边均有焊接,装饰板覆盖后将难以检查、修补,因此所有焊缝质量必须可靠。施工时严格利用专业的焊缝检查着色渗透技术对焊缝进行了全面检测。先用着色渗透探伤用清洗剂清洗焊缝表面;再用渗透剂喷涂焊缝表面,保持湿润约5~10 min,让渗透剂充分渗透;擦去焊缝表面多余的渗透剂,用清洗剂或用水清洗擦干;表面擦干后喷涂显像剂(显像剂用前摇匀,对准焊缝距离150~300 mm喷涂),即能显示缺陷。
4 小结
由于造型复杂,本工程实施的要点非常多,在此不一一叙述。历经8个月的设计、施工,综合体育馆整体外观已初现雏形。现场各构造层安装顺序为:檩托、檩条安装;钢底板及衬檩支撑安装;保温棉及卷材铺设;屋面板固定座安装;防水屋面板分区及铺设;装饰板龙骨安装;不锈钢装饰板铺设。
我国金属屋面工程发展现状 第5篇
随着我国社会经济的快速发展,建筑作为文化艺术的重要表现形式,被赋予了更多的含义。屋面作为建筑围护系统中最为重要的组成部分,其首要功能应满足遮风避雨、保温隔热、安全耐久、隔声降噪等要求,同时作为塑造建筑形象不可或缺的一部分,对其造型、材质、色彩、肌理等方面提出了更高的需求。金属屋面与传统的卷材屋面相比,具有轻质高强、设计灵活、色彩丰富、造型独特等特点,能使建筑产生更强的现代感与时代气息,因此在现代建筑屋面设计中独领风骚。
近年来,国内彩色涂层钢板(简称“彩涂板”)产量大幅度上升。2006年底,全国彩涂板生产线已超过200条,总产能达2500万t,为金属压型板围护系统的应用提供了充足的材料保证。同时,钢结构应用技术的大量使用和发展趋于成熟,也为金属压型板围护系统的应用提供了足够的市场空间。据不完全统计,2004年、2005年每年采用压型钢板作围护结构的建筑物总面积超过1500万m2。
采用金属压型板围护系统的工业与民用建筑中,主要以生产厂房、工业仓库、物流建筑、体育场馆、会展建筑、商场超市、机场航站楼、火车车站及码头为主。此类建筑的特点是大跨度、层数低,屋面面积占建筑面积比重较大,采用金属屋面优势明显。因此,金属屋面在这些建筑中应用广泛。
2 我国金属屋面发展历程
从上世纪80年代初至今,金属屋面在我国的发展经历了4个阶段:引入期、发展期、完善期、成熟期。
2.1 引入期(1980—1990)
金属屋面在我国的发展应用是由工业建筑开始起步的。1979年,上海水产路仓库项目首次采用S60压型钢板屋面,其压型钢板成型机由日本引进;紧接着于1980年,上海宝钢一期工程的近60万m2建筑围护系统采用了W550(屋面)、V115(墙面)压型钢板,其压型钢板成型机也是由日本引进,取得了很好的社会效益和经济效益。宝钢一期工程因此成为我国采用金属屋面的里程碑式工程,开创了我国金属屋面发展的新纪元。
基于国产化的要求,从1980年到1983年,上海宝钢建设指挥部成立了压型金属板(钢板及铝板)试验研究专题组,由冶金部建筑研究总院、冶金部属几家钢铁设计院和冶金建设公司技术人员组成攻关小组,对一期工程引进的日本彩色涂层压型钢板及成型设备进行消化吸收,成功研制出适合我国国情的压型钢板及其成型设备;冶金部建筑研究总院又在日本W550、V115板型的基础上研制出W600、V125板型,提高了板型的有效使用率,使其更适合我国当时的国情,并因此获得了国家科技进步三等奖。
之后随着蛇口经济开发区的崛起以及国内粮食棉花大丰收等情况的出现,越来越多建筑需要在短时间内快速建造,轻钢结构建筑应运而生,金属屋面也随之被推广应用。
稍后宝钢彩板公司又从日本引进角驰Ⅲ板型,我国企业也对国外引进的压型钢板成型设备快速消化吸收,很快就研制出了几十种国产压型钢板成型生产线,满足了国内市场对压型钢板的使用需求。
夹芯板生产线早期也是主要从国外引进:深圳赤晓公司、北方赤晓公司、东南网架公司引进了意大利生产线;天津天荣、邯郸八塑、宝钢宝昕引进了德国生产线;牡丹江三新公司、营口盼盼集团引进了韩国生产线;东莞中兴公司、福州长祥公司等则引进了澳大利亚生产线。
2.2 发展期(1991—2000)
随着改革开放的不断推进,我国经济快速增长,轻型钢结构建筑以及金属板围护体系在工业建筑中的应用得到飞速发展。
上世纪90年代起,许多国外厂家看到中国经济快速发展带来的市场机遇,纷纷进入中国。1991年美国巴特勒公司进入中国,1995年在上海成立独资公司。1994年,美国公司创建上海美建钢结构有限公司(ABC钢构公司)。还有其他许多欧美公司纷纷进入中国市场。这些国外公司的进入,带来了很多新技术和新的市场模式。
这个时期,国内一些市场触觉灵敏的企业,纷纷加入到压型钢板围护系统的生产、制作和安装的队伍中。尤其在东南沿海地区,压型钢板制作及安装厂家如雨后春笋般发展起来,大大小小的厂家林立,但技术水平良莠不齐。
金属围护系统在当时尚属新材料新技术,国家相应的技术标准和施工措施还不健全,快速发展的市场缺乏技术指导和管理,因此在设计选材、加工制作、安装验收等方面出现大量问题,系统构造简单、工程质量低劣、市场竞争混乱等,严重影响了金属板围护系统的行业声誉和健康发展。
2.3 完善期(2001—2005)
进入21世纪,我国国民经济高速平稳发展,建筑业已成为国民经济的支柱产业之一。钢产量持续上升,钢结构建筑应用领域已从一般工业建筑发展到民用建筑中,对金属屋面的发展起到了带动及推升的作用。
这个时期,金属屋面技术开始从单一板材构造向系统化构造发展。国家建筑标准图《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》系列图集的相继出版,标志着金属屋面技术开始走向标准化。这套图集选取经典板型和适用技术,同时优化构造、提出标准,对于金属屋面板的技术推广和市场规范起到了重要作用,给业主、设计、施工、监理等建设工程各环节提供了技术依据。
为了保证企业信誉,以合格的产品、优质的服务赢得市场竞争力,众多金属压型板生产企业开始经历脱胎换骨的改变,从单纯追求产品数量发展到不断提升产品质量、技术含量和系统水平。通过企业的不断技术创新和技术进步,使得金属压型板系统技术步入了良性发展轨道,整个行业也得以健康快速地成长。这时期比较著名的企业,有杭萧钢构、浙江精工、上海通用、宝钢彩板、北方空间结构、北京多维等。
这期间建成了许多精品工程,如巴特勒承建的摩托罗拉天津工程,上海美建承建的天津开发区造币局厂房及北京一机床新厂房,鞍钢建设承建的鞍钢克虏伯热镀锌板生产线厂房等。
2.4 成熟期(2006—2009)
2008年奥运会在北京召开,为了保证奥运会的成功举办,北京建设了大量的体育比赛场馆与训练场馆,同时对已有运动场馆进行改扩建和维修,共新建及改扩建比赛场馆31个、训练场馆45个。这些场馆的结构形式主要以大跨度钢结构为主,屋面围护系统也相应采用了与钢结构配套的金属屋面系统。除了国家体育场(鸟巢)、国家游泳中心(水立方)采用了膜体材料作为屋面围护体系外,其余场馆均采用了金属屋面系统。为保证场馆的建设水平,由北京市2008工程建设指挥部办公室协同中国钢结构协会专家委员会,由中国京冶工程技术有限公司主持编制了《北京2008奥运工程金属板屋面防水工程质量控制指导意见》,规范和指导了奥运场馆金属屋面工程的设计、施工、验收以及维护保养等方面的工作,很好地落实了“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的三大理念。可以说,北京奥运场馆金属屋面工程,集中体现了我国金属屋面发展至今的最高技术水准。
在此期间,国家产品标准《建筑用压型钢板》、国家工程建设标准《压型金属板应用技术规范》、《坡屋面工程技术规范》等相继出台和开始编制;各个地方也非常重视金属屋面的质量要求,例如北京市就编制了地方标准《金属屋面工程施工质量验收标准》等。
与此同时,随着我国基础工程的大量建设,金属屋面在机场建筑、文化建筑、体育建筑、会展建筑上大量应用,金属屋面系统的技术水平日臻成熟,满足了各方面的需求,例如首都机场T3航站楼、国家大剧院、沈阳奥体中心、北京新国际展览中心等都采用了金属屋面。
3 我国金属屋面技术发展路线
不同地区、不同使用功能的建筑对于屋面的性能要求有所不同。我国的金属屋面技术发展路线,正是由最初简单的防水功能开始,逐步发展到满足保温隔热、降噪吸声、采光排烟等复合功能要求,直到完成以奥运场馆为代表的高要求高质量的金属屋面工程。
3.1 板型及材料发展
早期金属屋面板使用的板型,如W600、V125等,虽然波高不同,但连接方式均为紧固件连接,优点是板与檩条连接紧固,在外力作用下不易松动;缺点是屋面板被紧固件穿透,因此易产生渗漏现象。角驰Ⅱ、角驰Ⅲ板型的出现改变了板边连接方式,其板边连接方式为固定支架暗藏式180°咬边连接,屋面板上没有紧固件穿透,对于板边防水是革命性的改变。然而这类板型是一种非紧密式咬合,通常采用手工咬边,因此施工质量不高,抗风能力较弱。以巴特勒公司MR24屋面板为代表的360°直立缝锁边连接板型,采用专用机具机械设备咬边,并且采用滑动式连接支架与檩条系统连接,是一种紧密式咬合方式,同时屋顶板可自由伸缩,有效地解决了金属材料胀缩引起的系统变形,保障了系统的可靠性与完整性,是目前值得大力推广的金属屋面板板型。
另外还有一种扣合连接方式的板型:压型钢板板端对称设置卡口构造边,扣盖与卡口构造边扣压形成倒钩构造,完成压型钢板纵向搭接,亦属于隐藏式连接范围,防水性能较好。此连接方式有赖于倒钩构造的坚固,因此对彩板本身的刚度要求高于其他构造;板材刚度不好时,连接的安全度非常不可靠,曾出现过大量屋面被掀起的案例。
早期金属板屋面选材主要为彩涂板,随着金属材料品种的丰富,材料选择逐渐增多,目前主要有铝合金板、不锈钢板、钛锌板、铜板等。
彩涂板的面漆使用也从聚酯(PE)面漆发展到目前的硅改性聚酯(SMP)、高耐久性聚酯(HDP)、聚偏氟乙烯(PVDF)等多种高耐候性涂料并存,同时带功能性涂层如印花涂层、压花涂层、厚膜涂层、自洁涂层、抗菌涂层、抗静电涂层的板类,近年来也被普遍认可和选用。
3.2 构造发展
金属屋面板从构造上分,有单层压型板屋面、双层压型板复合保温屋面、多层压型板复合保温屋面、压型钢板复合保温防水卷材屋面、保温夹芯板屋面等。
从金属屋面构造来说,有以下做法:
1)单层金属板屋面——用于没有保温隔热要求的建筑;
2)双层金属板+保温层屋面——用于有保温隔热要求的普通工业与民用建筑;
3)双层金属板+保温层+防水透汽层+隔汽层屋面——用于有节能及气密要求的工业与民用建筑,或潮湿环境的建筑;
4)金属屋面面板+防水垫层+保温层+隔汽层+吸声材料+穿孔金属板——用于有声效要求的重要建筑,如机场航站楼、体育建筑、会展建筑等。
从上述分析中可以看到,金属屋面的构造随着使用功能的变化逐渐丰富,系统的概念因此清晰和完整起来。
金属压型板屋面属于构造防水的范畴,其实是排水能力强、防水能力弱,系统构造一旦出现缺陷,渗漏问题无法避免。另外,由于金属构件相互连接,细部处理不好,易形成热桥,造成保温层或室内出现冷凝现象。
压型钢板复合保温防水卷材屋面很好地解决了金属板屋面的上述问题。此类构造集金属板屋面轻质、安装快捷与卷材屋面防水性能良好于一身,同时加强了系统气密性能,提高了保温隔热能力,有效地防治了屋面降雨噪声问题,社会效益与经济效益明显,值得推广。近期有影响的工程实例有:奥运工程五棵松篮球馆、北京新国际展览中心、天津空客320组装车间、太钢1 500万t不锈钢冷轧车间等项目。
3.3 系统发展前景
压型金属板屋面作为装配式围护系统的一种,应遵循装配式建筑构造的基本规律和要求,才能达到其应有的效果。
压型金属板屋面经常出现漏水现象和连接不牢固等问题,主要有以下原因:构造处理未考虑金属材料胀缩特性,引起连接点疲劳,引发渗漏;屋面坡度过缓,板型波高过小,存在设计缺陷;构造层简单,围护系统气密性差,保温层出现冷凝现象;板型连接处薄弱,抗风揭能力较差;屋面排水设计未考虑地域特征(梅雨区、台风区、积雪区),造成防水缺陷等。
要解决上述问题,须重视以下环节:
1)完善各个功能层次,提高系统气密性、水密性要求。
首先要保证屋面基本构造的功能层次完整(系统构造参见表1),在保证基本构造的前提下,细节的把控尤为重要。
2)采用可靠安全的连接技术
在屋面设计中,风荷载是一个极其重要的设计荷载。在风力作用下,屋面常受到很大的吸力,如果自重等荷载的作用不足以抵抗风吸力,屋面将会被掀起而破坏。
压型金属板屋面通常跨度超过6 m,钢板厚度小于0.8 mm,结构自重轻,因此对屋面压型金属板进行风荷载作用下的连接受力性能研究十分必要。
压型板屋面有两种典型的连接方式:
1)紧固件连接:连接性能可靠,能较好地发挥板材的强度,同时较好地承受屋面平面内的剪应力。
2)咬边式连接:压型板通过板与板、板与檩条之间的相互咬合连接,其抗剪和抗弯承载力通过相互之间的摩擦力来传递,在风吸力作用下的传力机制目前还没有成熟的理论计算方式,因此对压型板屋面系统在风吸力作用下的受力性能,采用试验方式确定比较可靠。
国内早期所有关于构件在模拟风吸力作用时的试验,都是通过逐级反向加载沙袋或者砝码来实现的,这种模拟风荷载的加载方式与实际情况有所出入,而且加载过程不连续。
在澳大利亚和美国等国家进行相关试验时,采用的是模拟风荷载进行加载,能够比较真实地反映板材在风力作用下所受到的各种作用。
2008年初中冶建筑研究总院有限公司自行研发了一套类似国外的模拟风荷载试验装置,针对180°咬边连接和360°直立缝锁边连接屋面板的连接性能进行了测试。由测试试件的荷载-平均位移图可以看出,当屋面板变形达到结构规范规定的L/250(L为檩条跨度)时,各个试件荷载大小基本上位于0.6~1.2k N/m2之间。针对试件所在条件下的几种情况得出下列结论:当标准风吸力小于0.6 k N/m2时,不需要进行试验验证;当标准风吸力在0.6~1.2 k N/m2之间时,需要根据具体情况决定是否需要进行试验验证;当标准风吸力大于1.2 k N/m2时,则必须进行试验验证。
3)施工质量是系统性能保证的关键
应加强金属屋面相关施工工法的研究,对专业施工人员进行定期培训,持证上岗,提高施工验收手段,完善后期维护和保养工作。
4 结语
金属屋面连接构造分析比较研究 第6篇
目前主流的金属屋面, 据新编《压型金属板应用技术规范》 (报批稿) 所载的按连接构造分类法, 主要分为搭接型、扣合型与咬合型三种。
1 金属屋面连接构造的特征
1.1 搭接型
搭接型屋面板也就是传统意义上的打钉板, 即外露的螺钉直接穿透屋面板后与结构件连接 (图1) 。这种连接方式的传力途径明确, 也能按冷弯薄壁型钢设计规范进行理论计算, 但由于其无法释放热涨冷缩内应力与变形带来的耐久性和防水问题, 因而并不适用于大多数的长坡屋面或高等级建筑屋面。
1.2 扣合型
扣合型屋面板一般指的是暗扣板, 这种屋面板型一度也较为流行 (图2) 。屋面板波峰通过暗扣支架与结构连接, 避免了打钉板螺钉直接穿透的缺陷, 并且理论上也能实现热胀冷缩内应力与变形的释放。其基本特征在于:支架与屋面板在安装前后均无塑性变形, 屋面板波峰与支架间通过机械卡扣的方式传递荷载, 屋面板与支架可以产生纵向的相对位移。但这种构造的滑移阻力较大, 屋面板在长期往复伸缩时, 也易在与支架连接处磨损破坏。
为提高屋面板的抗风能力, 必须确保屋面板与支架间的卡扣连接不被破坏, 即需要确保扣合处屋面板波峰抗变形的能力, 以使风吸力作用下波谷的拱起变形不会导致波峰的过大变形并与支架脱扣。这就要求屋面板的厚度与强度需要得到保障。从建筑投资节约成本的角度考虑, 通常会采用0.53 mm厚的屋面板, 但其材料屈服强度就必须达到550 MPa, 才能有较好的抗风性能。由于扣合型屋面板波峰高度通常不高 (一般40 mm左右) , 且公母边扣合后并非严密贴实, 故防水性能相对较弱, 特别是在北方积雪地区, 容易产生渗漏现象。目前, 此类板型在市场上的应用已相对较少。
1.3 咬合型
咬合型屋面板, 常见的又分为两类:第一类是在公共建筑上应用较多的以铝板为基材的咬合型屋面板;第二类是在工业类建筑上得到广泛应用的以镀锌或镀铝锌钢板为基材的咬合型屋面板。从工程安装量来比较, 第二类是咬合型屋面板的主流。
市场上, 对于以上两类屋面板, 都称之为直立锁缝屋面板。但是, 这两种屋面板却有着很大的区别。为便于表述, 下面将分别称之为一类 (图3上) 和二类锁缝屋面板 (图3下) 。
2 直立锁缝屋面板
2.1 一类锁缝屋面板
一类锁缝屋面板, 常见的规格如图4所示。这类屋面板, 其圆弧形公母边搭接后, 通过锁缝机使母边变形咬合, 公母边包覆铝合金支架的梅花头, 以形成连接构造。
一类锁缝屋面板, 按美国MBMA钢结构手册 (Metal Building Systems Design Manual) 的定义, 可归入建筑板或非结构板的范畴。此类系统的产生, 因为目标是满足公共建筑复杂造型的需要, 必须能形成平板、不同曲率半径的正弧板、反弧板等各种形状;从加工工艺上, 就必须保证公母边波峰都必须有较强的多向塑性变形的适应能力。因此, 采用强度相对较低 (屈服强度200 MPa左右) 的铝板为基材和使用圆形的锁缝构造, 就成为必然的选择。
仔细分析一类锁缝板屋面的连接构造, 其本质上是扣合型屋面板的连接构造。虽然母边在施工后需用锁缝机施加小角度塑性变形, 但其基本原理依然是屋面板的波峰与支架间以机械卡扣的方式连接, 板的圆形锁缝与铝合金支架梅花头之间能纵向相对滑移, 以释放热涨冷缩, 因此, 即使增加屋面板材料厚度, 锁缝与支架间也不可能有很强的机械咬合力或握裹力。该类板型的材料强度与加工成型性能的要求, 成了一对难以解决的矛盾。
当前, 我国金属屋面市场上板材产品良莠不齐。有相当一部分提供铝板屋面系统的国内厂家, 并没有进行过完整的产品研发、测试工作, 而是直接向设备供应商购买设备用于压制屋面板, 向配件供应商购买通用的铝合金支架, 拼凑成一个所谓的系统, 其适配性未经严格测试;而板型、支架、配件等都不是厂家自己开发的, 也没有制定相关的设计、生产和安装的标准、公差等技术文件。
一类锁缝屋面板, 起源于欧洲的一些生产建筑围护系统的厂家。但是, 由于欧洲的地理气象环境相对单一, 破坏性的气象灾害较少。而我国幅员广阔, 分布有多个气候区, 并且太平洋热带风暴时常光顾, 因此, 对于屋面系统所应具备的抗风性能, 我国的要求其实是比欧洲要高的, 较类似于北美的情况。大量的一类锁缝屋面系统的FM抗风测试也证实, 此类锁缝形式具有先天的受力缺陷, 只能通过在锁缝外增加抗风夹来提升抵抗风压的性能 (目前, 尚未见有不用抗风夹而获得FM抗风揭认证测试通过的该类铝板屋面系统) 。一些研究以及项目案例发现, 锁缝处在长期的波动风压作用下还会发生张口的现象, 需要定期维护;多次往复的塑性变形带来的疲劳效应, 也会导致锁缝握裹力的降低。被风破坏的首都机场T3航站楼采用的即是这类屋面系统, 目前已采取外加抗风夹的方式进行加固, 而这种方式带来的建筑效果的损失, 又极难为公共建筑的业主方所接受。因此, 我国市场迫切需要一种新型的能满足公共建筑需求的金属屋面系统。
2.2 二类锁缝屋面板
二类锁缝屋面板, 常被称为360°锁缝板, 源自于美国。按MBMA的定义, 它可归入结构板的范畴, 其防水和抗风性能较好, 但是一般不能用来进行弯弧加工, 通常应用于平屋顶, 故而成为体型简单的工业建筑上最常用的屋面板型。二类锁缝屋面板的最基本特征, 在于具有分体式的可滑动支架和屋面板波峰与支架上部锁扣共同发生同角度的塑性变形 (锁缝) 的特征。它一般采用强度350 MPa、厚度0.6 mm左右的镀锌或镀铝锌钢板制成。
二类锁缝板自20世纪60年代末在美国推出以来, 在锁缝形式上, 已经历了三代产品的发展阶段 (图5) 。
第一代产品的锁缝特征:屋面板波峰公母边扣合后在锁缝机的作用下, 公母边及支座的锁扣同时发生180°的塑性变形, 最终形成360°的锁缝构造 (图6) 。
第二代产品的锁缝特征, 如图7所示。屋面板波峰公母边的工厂加工预成型角度加大, 锁缝构造大部分在工厂加工完成, 现场锁缝变形量小, 提高了锁缝质量水平和安全性。
第一代和第二代产品均为360°锁缝构造, 单论锁缝构造本身的抗风能力, 基本相当。根据FM公司ROOFNAV网站上公开的资料, 同600 mm左右覆盖宽度的板型比较, 1.5 m标准檩距下, 0.65 mm厚的屋面板只能承受FM1-75级别以下的风荷载, 否则, 锁缝处将因为握裹力不足而破坏。解决的方案, 有加大材料厚度、加密檩距或外加锁缝加强夹等方式。
目前, 外资和国内厂家都能生产第一或第二代的产品, 但是外资厂家基本都有自己开发的产品系统, 而国内厂家大多为仿制产品, 产品的性能指标比较起来还是有较大差距的。
为进一步提升板的抗风能力, 加强锁缝构造和支座成为必然的选择。针对前两代产品的锁缝及支座的不足进行了改进和完善, 从而产生了第三代的产品, 如图8—9所示。
通过比较, 可以发现, 新一代的锁缝板, 相对前一代产品在锁缝处的构造更为复杂、锁缝角度更大, 第三代直立锁缝板的锁缝构造, 已达到了540°, 可以提供更强的锁缝握裹力和防水能力。根据FM抗风揭实验的结果, 同约600 mm覆盖宽度的板型, 1.5 m标准檩距下, 0.65 mm的第三代540°锁缝屋面板可以承受FM1-120级别的风荷载, 而无需抗风夹, 抗风能力较同厚度360°锁缝屋面板提升了一倍。如按同样的抗风等级比较, 则第三代的直立锁缝板可降低材料消耗约20%, 这对环境资源保护和可持续发展, 具有很大的意义。目前, 国内美联钢构已在引进技术的基础上, 开发出该产品系统并得到专利许可, 产品各项技术指标均已达到了国际先进水平 (表1) 。
经FM抗风揭测试, 表1所示LSIII屋面板, 为采用540°锁缝技术的第三代锁缝屋面板;其余两种是市场上知名企业生产的具有可比较性的360°锁缝屋面板。表1列出的对比结果是在不采用锁缝加强夹 (抗风夹) 的情况下得出的。
目前, 美联钢构已将LSIII屋面系统大量应用在工程建设中, 每年有超过200万m2的屋面系统安装工程量。这一屋面系统已成功经受了我国各类恶劣气候地区 (如广东、福建、浙江、黑龙江、新疆等) 的考验。
3 关于角驰板的商榷
自20世纪80年代初开始, 宝钢建设过程中引进角驰板以来, 国内市场上已有大量的厂家生产并提供角驰型屋面板, 并且也被收录进了标准图集 (图10) 。但是, 角驰板本身存在的内在特性不匹配问题, 随着工程应用的增多而逐渐暴露出来 (图11) 。
如图10—11所示, 角驰板在公母边搭接处采用的是锁缝咬合连接, 并且配用的是滑动支座, 即理论上采用的是二类锁缝板的思路, 但是其公母边锁缝处的成型角度极不合理, 其母边的小舌部分应该镜像后压平才是合理的构造, 才能提高锁缝的握裹力和防水能力。板的中部, 采用的是扣合式的连接构造, 但其扣合效果仍不及标准扣合板的机械卡扣, 其滑移阻力亦小于标准扣合板连接情况下的。市场上的角驰板, 通常采用强度为350 MPa以下等级的材料制成。前已提及, 扣合式构造需要采用屈服强度达550 MPa的板材才能提高扣合连接的性能。因此, 目前国内的角驰板是一种集合了多种矛盾于一体的板型, 存在较大的抗风和防水问题。由于是通用板型, 采用角驰板型的厂家, 局限于设备厂家的产品水平, 基本没有企业对此进行深入研究, 加之各种以次充好的支架充斥市场, 目前我国大量的角驰型金属板屋面的抗风和防水能力着实堪忧。此外, 截至目前为止, 尚未见到有国内的角驰板通过FM抗风揭测试的。以笔者浅见, 这种角驰板型应予淘汰。
4 结语
本文仅从锁缝连接构造的力学特性方面, 对常见的金属屋面板的特性进行了分析, 限于篇幅, 未涉及其他如支座的详细分析研究、板端搭接构造、防水构造等方面, 也没有涉及项目设计、生产质量控制环节等。
当前, 国内金属屋面产品市场尚处于良莠不齐和无序竞争的环境中, 迫切需要建立起相关的产品性能测试标准和方法, 如抗风测试、气密水密测试等, 推动市场向以具体的性能指标及测试认证作为评价标准的方向发展。只有在一个规范的市场环境中, 企业才会真正着力于技术研发, 通过开发新产品、提升产品的性价比来获取项目, 而非恶性杀价竞争。随着我国建筑防水协会金属屋面技术分会暨中国钢结构协会钢结构围护系统专业委员会的成立和相关工作的陆续开展, 相信我国建筑金属屋面市场很快将迎来健康发展的新阶段。
摘要：当前金属屋面的侧向连接构造形式, 多为咬合型的直立锁缝式, 第三代直立锁缝板的锁缝构造已达540°, 抗风防水效果更佳;建立起相关的产品性能测试标准和方法, 将进一步推动我国金属屋面的推广应用。
关键词：金属屋面,连接构造,锁缝,抗风,防水,握裹力
参考文献
[1]中冶建筑研究总院有限公司.压型金属板应用技术规范 (报批稿) [S].北京:中国冶金建设协会, 2012.
[2]MBMA.Metal Roofing Systems Design Manual[M].US:Cleverland MBMA, 2012.
现代金属屋面建筑系统技术探讨 第7篇
利用金属材料作为屋面围护系统,其历史可以追溯到12世纪中期,当时德国及北欧一些国家及地区的建筑工匠利用简单的手工工具,把细小的金属铜片通过咬口接缝的形式安装于一些标志性建筑的屋顶表面,至今在一些著名的历史建筑屋顶上仍能看到它们的踪迹。然而,金属板作为一种建筑材料,被大量应用于一般民用建筑和工业建筑上,其历史则只有不到200年的时间。进入20世纪中期,金属热浸镀技术及冷弯成型技术的日趋成熟和开发应用,为金属板材在建筑围护系统尤其是屋面部分的应用带来巨大的发展机遇。
1 金属屋面的主要类型及应用现状
1.1 金属屋面分类及技术标准
1.1.1 金属屋面技术分类
金属屋面的技术分类是多层面的,概括起来有以下几个方面:
1)从使用功能上可分为:非保温隔热型、保温隔热型、隔声型、防火型等;
2)从防水性能上可分为:压型金属板屋面系统和卷材防水金属屋面系统;
3)从系统构造上可分为:单层压型板屋面、双层压型板复合保温屋面、多层压型板复合保温屋面、卷材防水压型钢板复合保温屋面等;
4)从受力体系上可分为:有檩体系金属屋面和无檩体系金属屋面;
5)从金属材料上可分为:镀层钢板、不锈钢板、铝镁锰合金板、钛锌板、铜板等;
6)从板材形式上可分为:压型金属板、保温夹芯板;
7)从板型连接上可分为:搭接板连接型、180°咬边板连接型、270°直立缝卷边板连接型、360°直立缝锁边板连接型、360°双折封板连接型、卡口板连接型等(图1)。
1.1.2 金属屋面系统设计标准
金属板围护系统的应用在国外已有相当长的历史,其产品选用及技术标准体系也相对完善。
英国于1996年正式实施了《压型金属板围护结构应用技术规范》(BS 5427-1),该规范覆盖了装配式压型板建筑外围护构件的材料选用、技术要求及相关性能的试验方法。另外,一些地区及国家的研究机构或行业协会所制定的行业手册或指导文件,对金属围护结构的设计与应用同样具有重要的指导意义,较有影响的行业标准有欧洲地区的金属外围护结构制造商协会(MCRMA)的系列技术文件(Technical Paper)及北美地区金属建筑制造商协会(MBMA)的《金属建筑系统手册(2006 Metal Building Systems Manual)》。
我国也连续编制了《建筑用压型钢板》(GB/12755—2007)、《铝及铝合金压型板》(GB/T 6891—2006)、《绝热用金属面夹芯板》(GB/T 23932—2009)等国家产品标准,同时正在编制国家技术标准《坡屋面工程技术规范》和《压型金属板应用技术规范》。规范标准的完善,将更加有利于金属屋面技术的应用与发展。
1.2 常用金属屋面系统
1.2.1 压型金属板屋面系统
压型金属板屋面系统包括压型钢板屋面、压型铝合金板屋面等,其防水构造做法见表1。
1)压型钢板屋面
压型钢板屋面自重轻,耐久性好,性价比高,安装快速便捷,对于不同地区、环境及不同功能要求的建筑有较强的适应性,同时具有优良的防火性能。
压型金属板屋面系统坡度,应≥5%。
压型钢板屋面系统按照屋面系统构造,可分为有檩体系和无檩体系。
有檩体系压型钢板的厚度一般在0.6 mm以上,无檩体系无檩板的厚度通常在1.0 mm以上。
(1)有檩体系——檩条暗藏型压型钢板复合保温屋面系统(图2)
系统特点:双层压型钢板分别安装在檩条上下两侧,使室内看不到檩条;室内顶棚平整,效果美观。这种构造在施工下板时难度较大,同时因檩条不外露,不易维护保养,故檩条宜镀锌或增加断面厚度,以达到耐腐蚀的要求。
底层压型钢板可根据具体使用要求,采用穿孔钢板、纸面石膏板、增强纤维水泥板(NAFC板)、铝合金吊顶板等材料。
(2)有檩体系——檩条露明型压型钢板复合保温屋面系统(图3)
系统特点:双层压型钢板均放置在屋面檩条上,在底层压型钢板上加设附檩或专用支架,铺设保温层并固定上层压型钢板,衬檩固定要确保稳固,高度要满足保温棉的厚度不被压缩。
此构造在风荷载较大地区应加强连接。
(3)无檩体系——无檩型压型钢板复合保温屋面系统(图4)
系统特点:屋面底层板采用结构型长跨压型钢板,代替钢檩条,板肋上设置衬檩用以固定屋面面板,屋面面板板型可选择。本系统适用于大跨度的屋面结构。
2)压型铝合金板屋面(图5)
压型铝合金板具有荷载轻、塑性与延展性良好以及可焊接等特点,适用于造型民用建筑、高标准工业建筑的复杂屋面,尤其是曲型屋面。同时因其具有良好的耐候性和防腐蚀能力,特别适用于空气污染严重地区、海洋气候地区的屋面;由于其造型能力强,被广泛使用于大型公共建筑,比如体育馆、会展中心、交通建筑等。
压型铝合金板通常采用0.9 mm以上厚度板材。
由于金属板表面光滑、质地刚硬,屋面易产生雨噪声,室内易形成反射声,屋面噪音问题严重。为解决上述问题,通过增加相应的构造层可以有效提升整个系统的隔声吸声性能。
1.2.2 卷材防水压型钢板复合保温屋面
卷材防水压型钢板复合保温屋面综合了压型钢板自重轻、易施工以及防水性能优良的特性,是对压型钢板复合屋面构造的改进和提高。卷材防水金属屋面系统的设计坡度应≥3%,防水构造做法见表2。
防水卷材可采用专用的PVC防水卷材、TPO高分子卷材、SBS改性沥青卷材、EPDM防水卷材等;防水卷材的固定方式,有机械固定(热风焊接或条粘)、满粘固定两种,详见表3。
1)机械固定(热风焊接)卷材防水压型钢板复合保温屋面(图6)
系统特点:保温层及隔离层以下用带垫片的专用螺钉固定在底层专用压型钢板上,防水卷材采用专用固定螺钉穿过保温层固定在底层专用压型钢板上,另一幅防水卷材通过热风焊接在螺钉固定的卷材上,两幅卷材搭接后固定螺钉及垫片被完全覆盖。
卷材屋面靠连接螺钉固定及抵御屋面负风压荷载,因此需计算固定螺钉的数量,在屋面边缘及角部应加密固定螺钉。
2)满粘固定卷材防水压型钢板复合保温屋面(图7)
系统特点:隔汽层、保温层采用专用垫片及自攻螺钉固定在底层专用压型钢板上,防水卷材采用粘结方式满粘固定在保温板上。
采用专用胶粘剂满粘或自粘防水卷材时,保温层可选用挤塑板、聚异氰脲酸酯板;专用胶粘剂或防水卷材带自粘层材料的选择,应考虑与防水层及保温层的相容性及材料稳定性。
1.2.3 节能型金属屋面系统
随着国家建筑节能政策的推广,金属屋面的节能措施也提上了日程。目前较为成熟的节能型金属屋面,主要有金属板种植屋面和金属板太阳能屋面两大类。
1)金属板种植屋面(图8)
系统特点:在卷材防水压型钢板复合保温屋面基层上,铺以种植土和种植植物或设置容器种植植物,以达到隔热、美观、生态节能、保护防水层及延长建筑寿命的功效。
2)金属板太阳能屋面(图9、图10)
系统特点:在压型金属板复合保温屋面基层上满粘非晶硅薄膜太阳能电池,形成光伏一体化屋面,既可有效解决金属材料吸热性强的问题,同时又可充分利用清洁能源———太阳能。
非晶硅薄膜太阳能电池受温度的影响比晶体硅太阳能电池要小得多,同时非晶硅材料的吸收系数在整个可见光范围内,实际使用中对低光强光都有较好的适应性。
2 金属屋面的防水性能
2.1 屋面防水
建筑围护系统要防两种水,即系统外部水和系统冷凝水。系统外部水主要包括:雨水、积雪融化水等;系统冷凝水,俗称“结露”,表现为在围护系统内部出现水迹甚至水珠。
金属屋面系统属于构造排水系统,首先要防止系统外部水的侵入,屋面渗漏大部分是由外部水造成的;其次也要预防系统内的冷凝水。
2.2 目前围护系统防水性能分析
2.2.1 因构造引起的防水问题
屋面坡度过缓,产生设计缺陷;屋面排水设计未考虑地域特征(梅雨区、台风区、积雪区),造成防水缺陷;构造层简单、围护系统气密性差、保温层出现冷凝现象;屋面细部设计不到位,引发漏点。
2.2.2 因板型问题引起的防水问题
板型选择考虑不周,波高过低,板型连接不牢固,施工粗糙,抗风能力差。
2.2.3 因材料变化引起的防水问题
构造处理未考虑金属材料胀缩特性,引起连接部位点变形,引发渗漏;板材基板、镀层等厚度过薄,使得耐腐蚀能力降低,穿孔处易锈蚀渗漏;密封材料选择不当。
2.3 提高金属板围护系统防水性能的措施
金属板围护系统要满足防水性能的要求,必须从以下环节做起。
2.3.1 完善各个功能层次
围护系统构造功能层次的完整是系统有效运行的基本保证,系统构造主要由防水层、防水透汽层、保温层、隔汽层、金属底板构成。
2.3.2 加强系统气密性、水密性要求
系统气密性、水密性的完善,能有效保证系统的耐久性、减少建筑能耗、提高建筑的舒适度。
2.3.3 完善系统
屋面坡度、板型波高、搭接长度、连接方式、细部处理等,都直接影响系统的排水能力,因此对于装配式围护系统的防水性能设计必须从多方面综合考虑,做到以排为主、防排结合。
2.3.4 采用可靠安全的连接技术
在屋面设计中,风荷载是一个极其重要的设计荷载,在风力作用下,屋面常受到很大的吸力,如果自重等荷载的作用不足以抵抗风吸力,屋面必将被掀起而破坏。
2.3.5 细部设计不可忽略
细部设计包括:节点处理、天沟檐沟、泛水包角、出屋面构件、屋面采光通风节点等。
金属材料在大温差情况下的热胀冷缩是不可避免的客观现象,滑动式连接的板型通过滑动式支座,将金属板的热胀冷缩平均分配、同步胀缩,使巨大的温度应力通过适当的胀缩得以舒缓,不会将板块挤压变形或拉裂,保证整体系统在使用过程中安全地工作,是值得推荐的板型。
3 金属屋面的防雷系统
3.1 屋面防雷要求
国标《建筑物防雷设计规范》规定针对以下几种情况,金属屋面系统建筑宜进行防雷设计:金属板下有易燃易爆物品时;有较多人群活动存在的建筑;公共场所;高耸建筑或孤立建筑;预计雷击次数较多的地区;重要的历史文化建筑。
金属屋面系统作为建筑屋顶构件,在一定程度上使整个建筑物具备了屏蔽作用,但金属屋面系统容易遭受雷击,所以在防雷设计方面反而比一般建筑屋面的要求高。
3.2 金属屋面防雷设计
3.2.1 防雷系统设计六大要素
1)建筑物外部、内部防雷装置的接闪功能;
2)引下线的分类效果;
3)建筑物内各部位的均衡电位;
4)内部各种设备的屏蔽保护作用;
5)接地效果;
6)内部各种设计的合理分布。
综合来说,可分为外部防雷系统与内部防雷系统两大部分。
3.2.2 金属屋面防雷设计
防雷装置由接闪器、接地引下线和接地体三部分构成。而屋面防雷则是外部防雷系统的一部分,即接闪器。由于金属屋面系统经常应用于大体型、大面积的公共建筑屋顶上,较容易引起雷击,所以在设计金属屋面系统过程中,应根据防雷设计的六大要素进行设计。
传统建筑物的防雷避雷方式是采用富兰克林常规避雷导体或避雷地结合避雷网,但是由于金属屋面系统组成材料及构造方式的独特性,使其具有优异的电导通性能,在一定条件下,金属屋面系统自身就是一个很好的接闪器装置。
利用金属屋面系统作为建筑物的防雷接闪器,应符合下列要求:
1)金属屋面系统下方无易燃物品时,外部压型金属薄板厚度应不小于0.5 mm;
2)金属屋面系统下方有易燃物品时,外层金属薄板的厚度,钢薄板应不小于4 mm,铜板应不小于5mm,铝板应不小于7 mm;
3)金属屋面板无绝缘被覆层,或绝缘被覆层材料厚度应满足国标的规定。一般的PE、pvf2、pvdf涂层材料或厚度小于0.5 mm的沥青保护层或厚度小于1 mm的聚氯乙烯保护层,不属于绝缘被覆层。
屋面系统防雷构造设计及雷电接引材料的选择应满足规范规定的要求,必须保证金属屋面系统与主体钢结构接地间的最小过度电阻值。
金属屋面系统的防雷设计,应兼顾与之相邻的如幕墙、屋面构筑物、屋面设备建筑外围护构件的防雷构造设计。
4 结语
金属屋面具有独特的形式和适应性,可以具备建筑所需的不同功能要求,随着现代建筑的不断发展,金属屋面已经越来越广泛地被应用于大量工业与民用建筑上。同时金属屋面系统还处在不断提高的过程中,将在广泛使用中面对很多新的课题,也会在解决问题的过程中逐步发展与完善。
屋面系统在体现建筑形象与完成建筑功能等方面任重而道远,金属屋面系统作为屋面系统中的重要组成部分也将充满希望和生机。
参考文献
[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司.全国民用建筑工程设计技术措施:规划.建筑.景观[M].2009版.北京:中国计划出版社,2010.
[2]中国京冶工程技术有限公司.06J925-2压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造二[S].2006.
[3]中国京冶工程技术有限公司.08J925-3压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造三(含压型铝合金板)[S].2008.
360°直立锁缝金属屋面系统 第8篇
在现代建筑的围护体系中,金属屋面系统应用越来越广泛。从早期仅用于工业钢结构建筑,到现在应用于各种工业、民用及住宅体系,金属屋面系统以其独有的质量轻、施工快、抗震好、导热低以及可循环等优点,在更关注安全、效率和环保的今天,已成为一种重要的建筑体系。
金属屋面系统在国内的应用起步较晚,早期以简单构造的锁螺钉结构为主,特点是施工快捷、安装方便,其使用自攻螺钉连接屋面板、保温层和次结构,缺点很明显也很突出,不能滑移释放应力和变形、螺钉穿孔位置会引起锈蚀和漏水,主要应用于非精密工艺的工业建筑。中期引进暗扣式和锁缝式,均为螺钉隐藏结构,使用专用支座连接屋面板,施工便捷快速,解决了穿孔漏水和滑移的问题,缺点是扣合和锁缝构造受力有限制,对材料强度和加工精度要求高,容易造成安全隐患。发展到现在,应用最广的是直立锁缝结构,其从构造上可分为锁缝式、锁边式、盖帽式,从材料上分为彩钢、铝镁锰合金、钛合金、不锈钢等,已广泛应用于各类工业、民用以及公共建筑中。
本文着重分析属于重质量金属系列中的点支撑彩钢锁缝式系统,适用于造型规则,对受力、防水等有较高要求的建筑。属于轻质量金属系列的点支撑铝镁锰合金高立边锁边结构和面支撑铝镁锰合金矮立边锁缝结构,适用于造型复杂、双向以及多向曲面构造的建筑,该部分不在本文介绍。
1 金属屋面系统应用三大问题
1.1 屋面承载力和抗风拔力
屋面板需要承受恒载和活载作用,恒载主要是结构自重,活载主要是风荷载、雪荷载、积灰荷载以及施工荷载等,实际施工案例多以施工集中荷载和雪荷载破坏居多。施工集中荷载计算按规定不小于1 k N[1],超过1 k N时需按实际情况取值验算。施工时需通过管理措施,避免集中荷载超过设计值。
雪荷载标准值计算如下:
式中:sK为雪荷载标准值,k N/m2;μr为屋面积雪分布系数;s0为基本雪压,k N/m2。μr和s0均按规范取值[2],工程设计中按照荷载组合取最不利值计算。需要特别指出的是,对于有女儿墙的北方极寒冷地区,积雪在融化之前会顺坡堆积在檐口附近区域,造成集中雪荷载远远超过设计值而产生破坏。此问题可通过设置融雪装置、屋面挡雪系统和加密檐口位置檩条预防,如图1 所示。
屋面另一个破坏因素是抗风拔力作用,风荷载设计值按式(2)、(3)计算:
式中:WK为风荷载标准值,k N/m2;βZ为高度Z处的风振系数;μs为风荷载体形系数;μZ为风压高度变化系数;W0为基本风压,k N/m2。
式中:βg Z为高度Z处的阵风系数;μs1为风荷载局部体形系数。
式(2)、(3)的区别在于是否考虑阵风系数,一般计算围护结构按考虑阵风系数取值,增大安全系数;需对屋面结构受力最不利处分析核算,一般需核算锁缝位置、支座、支座与次结构连接螺钉等。
1.2 屋面热胀冷缩变形和内应力破坏
金属在温度作用下有热胀冷缩变化(少数金属如锑和铋是热缩冷胀),就会产生变形和位移。一般屋面板横向搭接方向的变形和位移,通过板本身形状的变化来协调和释放,而纵向的变形和位移需要特殊的构造释放,否则会产生屋面板扭曲、撕裂破坏或者屋面板固定螺钉的剪切破坏。笔者在北京某工地处理过一起工程案例,80 m的暗扣式屋面板,纵向波峰有扭曲变形、屋脊盖板撕裂、支座结构钉剪切破坏。此类应力如无合理构造释放,会造成因连接螺钉破坏以致产生屋面被风掀起的安全隐患以及漏水等事故,故需慎重考虑。
钢屋面热胀冷缩变形按下式计算:
式中:ΔL为屋面板位移量,m;α 为线膨胀系数(20~300 ℃范围内,每℃取12×10-6[1]);ΔT为环境温度差(根据工程所处地区确定),℃;L为屋面板长度,m。
钢屋面热胀冷缩内应力属于第一类宏观应力,在弹性极限内,可按胡克定律计算:
式中:σ 为屋面板内应力,N/mm2;ε 为应变;E为材料弹性模量(钢材取值206×103N/mm2[1])。
1.3 屋面板排水能力和防毛细构造
1)屋面雨水排水系统应迅速、及时地将屋面雨水排至室外雨水管渠或地面,檐沟外排水宜按重力流设计,工业厂房库房、公共建筑的大型屋面雨水排水宜按压力流设计。完整的屋面排水系统包括屋面板排水、天沟排水和落水管排水。金属屋面板应该满足自身的排水要求。
首先需要确定当地最大暴雨强度,根据《给水排水设计手册(第5 册):城镇排水》(第2 版),各城市暴雨强度公式选定项目当地暴雨公式,例如沈阳当地计算公式为:
式中:q为设计降雨强度,L/(s·hm2);P为设计降雨重现期,a;t为降雨历时,min。
其次根据工程实况确定最大设计集水量:
式中:qy为设计流量,L/s;Ψ 为径流系数;F为汇水面积,hm2。
最后计算屋面板排水能力,和集水量比较:
式中:Q为排水流量,m3/s;A为水流有效断面面积,m2;v为水流断面的平均流速,m/s;n为粗糙系数;R为水力半径,m;i为水力坡降。
根据以往工程案例,屋面板排水能力一般都能满足,并有很大的储备。
2)在屋面板排水能力满足的前提下,漏水的隐患就只在锁缝位置,俗语“雨随风走”,虽然积水不可能到达锁缝位置,但随风飞溅的雨水则有可能到达。对于金属而言,雨水为不浸润液体,可能存在毛细现象吸附雨水到屋面锁缝内,因此通常采取气腔构造和预置防水硅胶来解决此问题。
简单的毛细液体上升高度计算公式:
式中:h为液体在毛细管中上升的高度,m;σ 为液体表面张力,N/m;θ 为弯月面与毛管之间的夹角,(°);r为毛细管的内半径,m;ρ 为液体的密度,kg/m3;g为重力加速度,m/s2。
气腔结构示意见图2。
2 360°直立锁缝金属屋面系统
随着金属屋面系统应用越来越广泛,上节所述问题逐渐出现,以致直立锁缝金属屋面系统应运而生。直立锁缝金属屋面系统于20 世纪60 年代在钢结构建筑使用最广泛、历史也最久的美国面世,目前被国内多个厂家引进和研发,已成为应用最广泛的金属屋面系统。
直立锁缝金属屋面系统是典型的点支撑屋面系统,其设计基本原理为整个金属屋面锁缝连接后作为一个巨大的金属膜覆盖在建筑屋面上,通过点支架和次结构连接,每个支架设计为纵方向双向可滑动结构,檐口位置由自攻钉固定,屋脊位置自由,以释放热胀冷缩的变形和应力。图3 所示为直立锁缝点支撑屋面系统。此种构造采用了滑动连接件,在一定程度上损失了蒙皮效应[1]。
2.1 锁缝形式及类型
锁缝形式多采用现场电动锁缝冷加工成型,目前市场上广泛应用的类型有4 种。
1)所谓的360°锁缝,最早称之为匹兹堡式锁缝,工厂预成型180°、现场成型180°,最后公母双卷边锁缝360°成型,内置密封胶,如图4 所示。
其实中国古代的铁桶在现代焊接技术和钣金工艺出现之前就是采取此种方式连接,受力和防水效果出众,但无自锁设计,必须“即安即锁”,此种锁缝类型本文代号B型。
2)国内另一种很有代表性、应用较广的板型,如图5 所示。该板型解决了锁缝安装过程自锁的问题,工程预成型225°,现场成型135°,此板型安装过程板翻转角度大,实际成型后母边360°,公边只有180°,本文代号A型。
3)第3 种板型在锁缝构造方式上作了变化:此类板型主要是在锁缝水平面上进行了加强处理,由锁缝线改为锁缝面,可以作多种锁缝选择,理论成型母边360°+135°,公边315°。安装过程可以安全自锁,安装翻转角度合适,安装便捷。实际应用过程中,多数工程选择一次锁缝成型到位,一个工序完成的同时不留安全隐患,本文代号W型,如图6 所示。
4)第4 种为盖帽式锁缝屋面板:上述锁缝形式公母边各自与支座滑动勾片形成360°锁缝,安装过程步骤繁琐,盖帽主要作用为防水,对锁缝强度贡献有限。最大的优点是可以替换局部损坏的屋面板,达到和初始安装屋面完全一样的效果,本文代号C型。图7 为C型锁缝。
2.2 支座
点支撑直立锁缝金属屋面抗风拔力的荷载传递最后由支座来承担(包括支座、滑动片、自攻钉),是整个体系中实现滑移功能,防止抗风拔力破坏重要的一个环节。常用的支座有3 种。
1)第1 种应用最广泛,本文称之为V型。市场上的同类产品参差不齐,良莠混杂,合格的产品应有以下特征:支座由高强镀锌底座、退火不锈钢勾片、镀锌横杆以及塑料卡片组成;自攻钉选择需慎重,推荐使用马氏体(相变控制奥氏体晶粒尺寸)材料经过表面渗碳和防腐处理的高标准自攻钉,数量不少于2 个。图8 为V型支座。
2)第2 种构造简单,本文称之为L型,因具有成本低、性价比高的特点而被国内市场广泛采用。该构造支架底座和滑片均由高强镀锌板制成,构造简单,受力较好,但因滑片和底座之间的加工精度控制和摩擦问题,会造成滑移效果不佳。另外滑移距离受滑槽长度和勾片宽度影响,可滑行距离有限,多数无安装前定位措施。自攻钉同上要求。图9 为L型支座。
3) 第3 种采用底部滑槽式构造,本文称之为Z型,构造相对复杂,适用于前文所提的代号W板型。该构造支架采用高强热镀锌板,滑动距离长,滑动勾片受力性能是同类产品中最强的,定位销施工方便,自攻钉要求同上。图10 所示为Z型支座。
作为一个完整的直立锁缝金属屋面系统,还应该有完善的配件配套体系,包括屋脊、檐口以及搭接处的加强背板和搭接处的不锈钢压条、屋面的内外钢制堵头和防水措施等。
在实现屋面滑动的同时,需设计可同步滑动的山墙滑动构件以及泛水体系,并能有合理构造,滑动的同时保证不被风掀起。此处各厂家采用不同做法来实现,不再赘述。
3 国内常用360°直立锁缝金属屋面系统对比简析
将上述几种国内应用较广的360°直立锁缝金属屋面系统作个简单的分析比较,见表1。
4 结语
360°直立锁缝金属屋面技术最早由国外引进,因此不可避免地在各方面都受到国外因素的影响,后期在应用中逐渐结合国内原材料、地区环境差异以及施工水平等国情,逐渐发展成熟。
1)该系统属于滑移构造,因此不考虑蒙皮效应的作用,又因滑移支座对檩托的疲劳作用,檩托设计中必须设置加劲板。
2)国内大部分地区在满足波高45 mm的情况下均可满足屋面重力排水的要求;板型24 英寸(约609.6 mm)的有效宽度,多因原型板为国外设计,并且更大程度上是为了提高有效利用率。同时从表1 可知,同样板型的屋面板承载力肯定是有效宽度较小的更高。在国内原材料宽度1 200 mm或1 250 mm的前提下,多采用已有原材料更为经济合理。
3)在考虑目前国内围护系统施工水平的前提下,安装的便捷性和安全性应为重要指标,同时板型应有较强的适应性;选择有自锁结构的板型可以避免安全事故。
临沂大剧院螺旋状异型金属屋面设计 第9篇
1 工程概况
1.1工程简介
临沂大剧院位于临沂北城新区城市中轴线上,是集剧院、多功能厅、音乐厅、电影院以及商业用房于一体的综合文化娱乐设施,是临沂最重要的文化阵地。总建筑面积约71 080 m2。主要包括:1 400座的剧院,600座的音乐厅,800座的电影院以及部分商业用房。
大剧院立面的局部实墙与飘逸的屋面相呼应,和谐统一。音乐厅电影院一侧则通过立面的竹简造型,形成富于韵律感的建筑节奏,同时这一竹简造型也更具临沂地方特色。建筑细节和装饰语言挖掘了临沂历史文化中的宝贵财富,大剧院是弘扬地方文化,丰富群众文化生活,提高全民文艺欣赏水平,建构和谐社会的一项重要建设项目。
1.2 工程特点
幕墙作为建筑的外围护结构,是整个建筑外立面视觉效果最直接的表达形式。幕墙的表现效果直接关系到建筑师设计理念的表达,所以幕墙的设计及施工至关重要。本幕墙工程的幕墙形式包括:叠级式玻璃幕墙、全玻璃幕墙、开放式石材幕墙、铝板幕墙和具有装饰性的曲面直立锁边铝镁锰金属屋面。为了能让幕墙将设计理念表达的更加淋漓尽致,我们从以下几个方面入手:
1)作为人流量非常大的公共建筑,安全可靠性是首要考虑的因素。为了确保在安全上万无一失,我们在结构设计方面进行了严格的计算,所有重要部位均用sap2000和3d3s进行了对比复核;
2)在充分理解和尊重建筑师设计理念的基础上,根据幕墙形式的特点进行精心设计、精心施工,使这座建筑能充分体现出美观大气、雄伟壮观,富有内涵的视觉冲击效果;
3)在经济性方面,在充分满足安全和建筑效果的情况下,充分挖掘优化空间,最大限度地提高材料的综合利用率。同时考虑到施工工艺方面应注意的事项,尽量实现标准化型材的工厂化加工,尽量减少施工现场的工作,最终达到降低成本提高效益的目的。
2 异型金属屋面和幕墙的设计、施工技术
2.1 扇形斜面金属屋面系统的构造
临沂大剧院的屋面系统,是由大剧院和音乐厅两栋相对独立的扇形斜面螺旋状大型金属屋面组成。建筑外观均为异型曲面,金属屋面和幕墙系统造型复杂。主体结构为钢结构支撑系统,其顶部是扇形分布的金属屋面板,铝镁锰金属屋面板的厚度为0.9mm,采用了高直立锁边系统,在屋面的边部檐口处设置了排水天沟和弧形曲线铝收口板(图2)。
由于体型和功能的要求,对金属屋面来说,其设计与施工的难度很大,必须结合实际工程情况采取特殊的、能够适应本项工程的结构、节点设计和施工工艺方案,才能顺利完成本项工程。
1)屋面系统的标准构造:主体支撑结构;支撑龙骨,为可进行双向调整的连接机构;钢底板,厚度0.8mm的镀锌钢板;隔声层,将50 mm的玻璃棉压实至25 mm后再用;防水板T型支座系统;保温层,100mm保温棉;防水隔汽层;铝镁锰金属屋面板,厚为0.9 mm,高直立锁边;屋面板的表面,按建筑要求的颜色进行氟碳喷涂(图3)。
2)工程中的难点及其解决方法:本工程金属屋面C区屋面是一个坡度较缓斜度较小的过度段,实际坡度只在2%左右(小于规范最小坡度3%的要求),由于造型的要求和构件自身挠度的影响,对屋面排水有着更高的要求,这一问题就成为本项目的重要难点。
由于本项目的铝镁锰直立锁边金属屋面板除要保证其自身的物理性能外,还要起到外装饰面的作用,所以面板的连续性不能被破坏。我们经过多次方案比较和论证,最终确定通过设置多条隐形天沟的方法,使屋面的汇水面积减缩并能迅速排出屋面板内的积水,在不影响建筑效果的前提下解决了这一难题。这种方法和技术,已申报了国家专利(图4)。
1—屋面防水板固定点;2—连接杆;3—穿孔铝镁锰屋面板;4—180×100×6 钢方通;5—250×150×10 钢方通;6—泛水板;7—雨水口;8—防水卷材;9—120×80×5 钢方通,间距≤1 000;10—钢筋混凝土梁;11—化学锚栓
另一方面存在的难题是该建筑的屋面为斜面扇形螺旋面,这对金属屋面板的找形、定位、放样、加工、施工等各方面提出了很高的要求。针对以上问题,我们通过犀牛软件来建模找形,确定出每个支座的坐标。然后利用CAD三维立体模型对整个工程进行线性建模,在整个模型中可很清楚地表现出每个龙骨和面板的位置和大小,特别是复杂造型和收口处的,为后期的施工和提料奠定了基础,并对龙骨的定位和结构的安装也起到了指导作用(图5)。
2.2 铝镁锰高直立锁边金属屋面板的性能分析及安装要点
1)防水性能的保证和屋面板热变形性能分析:本工程采用的是直立锁边屋面板型,板肋直立,使得其排水断面几乎不受板肋影响,所以有效排水截面较普通板型更大,加之板肋较高为65 mm,更能保证屋面板在坡度平缓情况下的防水性能,同时使屋面对项目要求的适应性更强。
金属屋面系统利用板的折边变形和板肋空隙来控制和调整其热胀冷缩。对每块400 mm宽的金属屋面板,可调节的量可达5 mm,因此,在总的可调整量内完全可以吸收该方向的结构位移,即能有效吸收屋面由于热胀冷缩而产生的横向变形和由于底部结构的不均匀沉降而产生的垂直变形。金属面板的固定座和下部的保温材料及钢檩条跟随主体结构上下运动,而板面的折边可以吸收大量的形变。在沿板肋的纵向,板更有足够的挠度吸收可能产生的竖向形变;在板的长度方向,屋面板和铝合金固定座采用机械咬合的方式来连接,屋面板通过机械咬合力扣合在铝合金固定座的梅花头上,但仍可在铝合金T码固定座上自由滑移,固定座自带橡胶隔热垫以消除冷桥的影响,固定座与面板咬合处应在安装前倒角,以减少面板自由伸缩时与固定座顶端的磨擦而影响面板的使用功能和耐久性。此种连接方式可充分吸收屋面板由于热胀冷缩在纵向产生的变形。
2)安装要点:在金属屋面系统安装前,支撑结构的精确定位安装十分重要。施工现场根据三维模型中的空间尺寸坐标点对钢结构龙骨进行安装。其安装精度将直接影响着最外层的铝镁锰直立锁边板的安装精度(图6)。
在直立锁边铝镁锰金属面层防水板设计要求上,根据三维排版模型要求和使用安装位置,分别采用标准直板、标准扇形直板。扇形板端头板宽不小于245mm且不大于570 mm,标准板端头板宽为400 mm。所有板厚均为0.9 mm,板肋高度为65 mm,室外表面涂层为氟碳喷涂。面板室外表面必须粘贴保护膜,以防止涂层在运输、加工制作、安装过程中被损伤。单张面板应根据排版模型要求的长度采用专用压型机器一次连续加工成型,横向搭接采用暗扣式机械咬合固定在铝合金T码固定座上;每张面板的锁边,应采用有爬坡功能的锁边设备一次完成(图7)。
2.3 金属屋面板排版设计
金属屋面板的排版设计是否可行,屋面板对曲面、扇形斜面的顺滑覆盖是保证屋面板能自由伸缩及防水的关键,因而分析屋面板铺设在扇形斜面上的效果,并根据分析结果制定相应的排版方案决定着整个屋面工程的成败。为确保其使用功能必须对其不规则外形进行详细分析,这样才能完成合理的排版设计。
根据建筑图纸,建立精确的三维模型,将模型分为两大区域并分别绘制屋面平面投影点和线,对扇形铝镁锰直立锁边板的分布尺寸精确定位(图8)。
在两个区域,大剧院和音乐厅之间由建筑外形边缘自然分界。在大剧院区域中的金属屋面,按屋面板倾斜的方向分成两个分区;在音乐厅区域中的金属屋面板,由于其全部金属屋面板的倾斜方向基本一致,所以只视为一个分区(图9)。
倾斜扇形曲面金属屋面排版设计时,需要考虑到屋面板的倾斜方向、板的长度变化以及曲面的弯曲方向,确定是否全部使用扇形板。如大面积使用直板,会出现扭曲甚至无法安装的情况。在此情况下,全部使用扇形板或大部分使用扇形板,能很好地保证外形的尺寸精度,这也是最好的解决办法。
2.4 檐口弧形铝板设计
在建筑周围有一圈弧形的收口铝板,该铝板随建筑曲线做自由盘旋,不同区域弧度变化比较大,如何能保证各区域檐口铝板之间能够顺滑完美的过渡,成为幕墙设计施工过程中重点需要解决的问题。在设计之初,根据设计图纸做了样板件,在现场进行了试安装,效果并不让人满意,问题主要体现在:板缝大小不一、相邻铝板高低不平。针对这种情况,我们对铝板的加工做出改进,要求铝板两侧板线与该位置弧线圆心相交,以实现板缝的大小一致;针对相邻铝板高低不平的问题,采用铝板插接的做法保证了相邻铝板间的连接平整,并以此使整个檐口圆弧铝板连接顺滑。建成后,整个建筑周圈的檐口铝板与建筑浑然一体(图10)。
2.5 屋面清洗机构设计
建筑外表面的清洗,是通过从金属屋面上安装的清洗吊环机构实现的。吊环分布在金属屋面上,其间距和位置是根据屋面的具体形状设置的,间距一般在4 m左右;吊环的分布,主要考虑清洗时清洗机构的设置,要确保清洗人员能够顺利清洗整个屋面。吊环采用的是不锈钢材质,通过不锈钢螺栓固定在金属屋面板上,螺栓并不穿过屋面板,杜绝由于钻孔引起的渗水可能。大剧院和音乐厅的外立面幕墙清洗,采用地面移动清洗车和人工清洗的方式,并在建筑物室外广场每间隔一定间距预留清洗水源(图11)。
3 结束语
临沂大剧院独特的造型和丰富的文化内涵,让人们眼前一亮的同时,也给设计和施工提出了更高的要求。在这个项目的金属屋面、幕墙的施工图设计和现场施工过程中,我们遇到很多新的难点和新问题。限于篇幅,本文也只介绍了与金属屋面施工图设计相关的一些体会,供大家参考。
摘要：临沂大剧院屋面系统,由螺旋形状金属屋面组成,采用了高直立锁边铝镁锰金属屋面系统。本文介绍了在设计及施工中如何解决工程的重点和难点,特别指出在屋面排水坡度不足的情况下采用隐形天沟的解决方案,收到了良好的排水效果。