金属屋面系统

金属屋面系统（精选九篇）

金属屋面系统 篇1

山西体育中心训练基地训练馆由A,B两馆组成,中间设一消防通道,屋面连为一体,东西方向长约400 m,整体外形呈弧线形状,从中间向两侧由高渐低,屋面面积约22 000 m2。屋盖结构为钢网架和钢梁结构。屋面为直立锁边铝镁锰合金金属屋面系统,该屋面适合大跨度自支承式密合屋面安装体系,使用耐候金属铝镁锰板压制成形,可制作纵向超长尺寸的板块而不因应力影响变形,其材料独有的特性可满足不同屋面建筑造型需求,同时,施工安装灵活、快速、准确。

2 屋面系统设计概况

屋面主檩条为矩形檩条,截面为方管120×60×3.0,次檩条为C形檩条,檩条截面为C200×70×20×2.0。屋面为铝镁锰板复合屋面系统,金属屋面由屋面底板、保温岩棉、屋面面板组成。

3 施工安装工艺流程

施工安装工艺流程:檩条安装(包括主檩条和次檩条安装)→穿孔压型钢板底板安装→T形铝合金固定座(T形码)安装→保温岩棉安装→屋面压型板机布置及屋面板加工制作→天沟安装→金属屋面板安装。

3.1 主檩条安装

主檩条安装是通过支托板焊接在螺栓球节点上,檩条与支座采用焊接连接。次檩条安装在主檩条上,并与主檩相交成90°,由于次檩条作为支撑,是屋面系统安装的基准面,因此安装定位要求很高,必须经过精确测量以保证次檩条的顶面平整和整体的曲面外观。

1)安装工艺:

材料加工准备→集中吊装→施工平台→搬运→测量定位→焊接安装→调整→验收。

2)安装要求:

本工程主、次檩的安装要严格执行现行轻钢结构安装规范,主檩与次檩的安装焊缝满足国家二级标准,安装同时要配合测量人员对主檩条的安装做进一步检验核实,对存在位移差的主檩、耳板要及时调整。

3)次檩条的固定:

次檩条安装于主檩条上表面,并垂直于主檩条安装固定,间距1.50 m,焊接固定。当檩条吊装就位后,点焊临时固定,在检查正在安装的檩顶面与已安装的相邻檩条顶面平齐,或相邻檩条顶面高差在2 mm以内时再施焊焊牢,如不平,通过调整后再焊固,安装时应尽量将两相邻檩条顶面调成一致。

4)檩条吊装:

檩条吊装可用16 t或25 t汽车吊进行,本工程檩条单重小,且为线性杆件,绑扎容易,为提高安装速度,可采用一钩多吊的方法来提高工作效率。

3.2 穿孔压型钢板底板安装

对施工作业面上已安装完成的钢结构檩条及各关键部位的标高复测后,进行屋面底板的安装施工,底板材料为0.47 mm穿孔彩钢板。底板用高强自攻螺丝按@300一道固定在次檩条上,自攻螺丝必须打在波谷位置,底板接缝必须设在主檩条上,搭接长度不得小于100 mm,底板不得污染、弯折、翘曲。

3.3 T形铝合金固定座安装

用经纬仪将施工东西方向轴线引测到压型钢板面上作为T形码定位依据,T形码位置及排数按照设计图纸严格施工。T形码位置确定后,用电钻螺丝枪和不锈钢螺丝固定,要求不锈钢螺丝松紧适度,不能出现歪斜。同时在T形固定座下加装硬性PVC塑料法兰垫,以螺丝予以固定,可以防止由于铝构件与钢材之间产生的电化学反应,有效控制冷桥效应。T形码安装关键要保证在一条直线上,若发现T形码有较大偏差,在屋面板安装前一定要纠正。

3.4 屋面板加工制作

1)铝镁锰合金防水屋面板的介绍。

本工程金属屋面板采用直立缝锁边铝镁锰合金板,板型为400/65型,屋面板厚度为0.9 mm(见图1)。固定屋面板的T形铝支座采用铸压铝合金固定座与檩条固定,再将屋面板与铝支座的梅花头用锁边机扣合。屋面板采用专门的锁边机械将屋面板与支架连接成为一个防水及抗风的整体,又无需用螺钉穿透屋面板,且在温度变化下整个屋面板系统可自由滑动、伸缩,避免了由于温度变化,屋面板热胀冷缩引起的屋面板与板之间咬合缝错位,从而产生屋面渗漏的现象。

2)屋面板制作设备。

本工程屋面板的制作设备,将采用进口的屋面板成型设备进行现场加工制作。制作直立缝咬合屋面板的专门的金属屋面板加工设备,设置于一个24′标准集装箱内(见图2)。

其压型加工过程如图3所示。

3)整个板材加工的工艺及质量控制。

a.屋面板尺寸的确定:

屋面板的长度、弯弧半径、圆弧分弧分界的准确是屋面板制作成败的关键。

b.单块板材加工工艺流程:

根据屋面板的板型尺寸及屋板外形尺寸,屋面板的基本工艺顺序为:上料→定尺寸→输入数据参数→压制成型→出板→裁切→搬移→检验→安装。

3.5 天沟安装

1)安装要求。

本工程按设计采用钢天沟,天沟材料为1.2 mm厚不锈钢板、檩条支托和120×60×4托架,两段天沟之间的连接方式为焊接。天沟支架采用焊接钢架,钢架支承于120×60×4的天沟托架上。钢天沟对接前先将切割口打磨干净,对接时注意对接缝间隙不能超过1 mm,可每隔10 cm点焊,检查后再焊紧。焊条型号根据母材确定,直径2.5 mm,焊缝一遍成形。为加快天沟安装速度,可在地面将各节天沟独立制作,然后吊到安装位置对接焊牢。天沟在工厂内制作,3 m左右一段。天沟每隔8 m应做一道膨胀筋。

2)开落水孔。

天沟对应部位的板块安装好后,必须及时开落水孔。正式落水孔用空心钻开孔。天沟安装完成后要进行试水试验,确保不发生渗漏。若渗漏则须对漏水处重新焊补,并作抛光处理,再重复防渗漏试验,直至合格。

3.6 金属屋面系统安装

1)底板等安装就绪后,对工作面进行清理,确保工作面的表面清洁,安装黑色无纺布并铺设0.3 mm厚PE隔气膜,随后铺设安装100厚保温岩棉。保温岩棉应与屋面板充分紧贴,不得与屋面板之间出现空气间层,充分紧贴可减小下雨时雨水对屋面的击打声,并防止屋面在加温后空气间层空气流动对保温效果降低的影响。

2)在保温层的铺设过程中,同步展开屋面板的现场加工、运输及铺设作业。当天铺设的屋面板,当天完成锁边咬口作业,并在边缘部位进行加固处理,防止夜风等吹动未固定的板材。 面板位置调整好后,安装端部面板下的泡沫塑料封条,然后进行咬边。要求咬过的边连续、平整,不能出现扭曲和裂口。在咬边机前进的过程中,其前方1 m范围内必须始终有人用脚踏在肋上,使搭接边接合紧密,对所有屋面系统工程而言,咬边的质量关键在于在咬边过程中是否用强力使搭接边紧密接合。当天就位的面板必须完成咬边,保证夜晚来风时板不会被吹坏或者刮走(如图4所示)。

3)屋面板铺设完毕,进行边缘及相关连接部位的收边、泛水作业等。板边修剪使用圆形风车锯,锯片尺寸应适合于面板的剪切。板边修剪工作宜在屋面面板大面积安装完后进行,先根据设计的屋面面板伸入天沟尺寸确定两个端点,然后弹出墨线,修剪时以此线为准。修剪檐口和天沟处的板边,修剪后应保证屋面板伸入天沟的长度与设计的尺寸一致,这样可以有效防止雨水在风的作用下不会吹入屋面夹层中。

折边使用专用工具上弯器和下弯器。折边的原则为水流入天沟处折边向下,否则折边向上。折边时不可用力过猛,应均匀用力,折边的角度应保持一致。

3.7 屋面系统施工注意事项

金属屋面的构件等应制定保护措施,不得发生碰撞变形、变色、污染等现象。

施工中的金属屋面的构件表面的粘附件应及时清除。

金属屋面工程安装完毕后,应制订清洗方案将屋面表面擦拭干净。

清洗屋面应采用中性清洗剂,并进行腐蚀性检验后方可使用。中性清洁剂清洁后应及时用清水冲洗干净。

4 结语

目前该工程已投入训练使用,经过一年多的风雨洗礼,没有出现雨水渗漏现象,保温性能良好。通过本次施工,笔者认为在金属屋面施工中对天窗收口处、天沟等细部部位从设计到施工应多做一些考虑,虹吸雨水施工与屋面施工单位应紧密配合或者由一家施工单位来负责完成,以便于协调管理,保证施工质量。

摘要：以某公共建筑为例,对直立锁边铝镁锰合金金属屋面系统施工技术进行了介绍,从施工安装工艺流程、屋面板材料加工工艺、施工控制要点等几方面进行了阐述,可为同类型屋面工程施工提供借鉴。

关键词：铝镁锰合金,金属屋面,直立锁边,T形码

参考文献

[1]王俊涛.青岛体育馆金属屋面工程施工技术[J].山西建筑,2010,36(5):158-159.

金属屋面防水简单方案-1 篇2

面防水

施 工 方 案

二、具体施工方案：（三涂一布的防水系统）

1．金属板的垂直搭接缝

金属板的垂直搭接缝，共 条，每条长 米，采用相应宽ROOFMATE金属屋面防水系统进行防水处理，即金属屋面垂直搭接处先涂一层贝斯基层涂料，在其仍为湿润时，把相应宽的缝织聚酯布嵌入其中，再从上面用贝斯基层涂料充分浸润缝织聚酯布，以至全干，至少12小时后，在做好防水处理的区域涂一层托普表层涂料，托普表层涂料的总涂覆率为35平方米/20升（可以一次涂刷，但建议分两次涂刷，保持总涂覆率不变）。施工图如下：

3.金属屋面屋脊

屋脊两侧采用相应宽ROOFMATE金属屋面防水系统进行防水处理，即在屋脊处先涂一层贝斯基层涂料，在其仍为湿润时，把相应宽的缝织聚酯布嵌入其中，再从上面用贝斯基层涂料充分浸润缝织聚酯布，以至全干，至少12小时后，在做好防水处理的区域涂一层托普表层涂料，托普表层涂料的总涂覆率为35平方米/20升（可以一次涂刷，但建议分两次涂刷，保持总涂覆率不变）。

施工后示意图

施工后示意图

5.风机底座

屋面风机底座，首先做好泛水板，确保泛水板与屋面间无空隙，板隙太空则需填充聚苯板或发泡聚氨酯，然后采用相应宽度ROOFMATE金属屋面防水系统（三涂一布）进行防水处理。

施工前

施工后示意图

7.伸出屋面管道

用形状及大小合适的ROOFMATE®金属屋面防水系统对伸出屋面管道四周进行防水处理，聚酯布嵌入其中，再从上面用贝斯基层涂料充分浸润缝织聚酯布，以至全干，至少12小时后，在做好防水处理的区域涂一层托普表层涂料，托普表层涂料的总涂覆率为35平方米/20升（可以一次涂刷，但建议分两次涂刷，保持总涂覆率不变）。

··

施工前

金属屋面设计需考虑的一些问题 篇3

一、金属屋面的常用材料种类及特性

1钛锌板——主要成分是金属锌，加上少量的钛、铜、铝混合冶炼而成的钛锌合金板。具有极佳的柔韧性，延展性、多样性，极强的“自愈”功能，使用寿命可达100年之久。有原色、预钝化板(蓝灰色、青铜色)类型。

2铝合金板——常用铝镁锰合金板。强度高、重量轻、延展性和导电性好，具有抵抗多种酸性侵蚀的能力，连接方便(可铆、焊)，材质具有超过40年的使用寿命。种类分为非涂层产品(无规则锤纹和有规则压花纹样)和涂层产品(聚氯酯、聚酯、环氧树酯、氟碳等涂装铝板和预辊涂铝板)。

3纯钛板——纯钛含量达99.97％。具有无可比拟的物理优越性能：强度高、质量轻、密度小、耐酸碱，极高的强度重量比。有原钛、发丝或锤纹处理、氧化膜发色类型。

4铜板——采用无磷去氧还原铜。在所有金属中铜的延性最好，其加工性能不受温度的限制，低温不变脆，具有良好的可焊性和防火不燃性，超凡的稳定性和抗腐蚀性。有原铜(紫包)，预钝化板(咖啡色，绿色)，镀锡铜类型。

5不锈钢板——含铬量不少于11％的铁合金。具有良好的加工性能，超强的耐腐蚀性能。表面有金属光泽质感。

6镀铝锌钢板——镀铝锌钢板的铝锌合金结构是由55％铝、43.4％锌与1.6％硅在600℃高温下固化而组成，其整个结构由铝铁－硅－锌，形成致密的四元结晶体，从而形成一层强有效防止腐蚀因子透穿的屏障。具有良好的耐腐蚀性、耐热性、反射性和上漆性。

7各类复合板——钛锌复合板、钛铜复合板、铜铝复合板等。在一层金属板上覆以另外一种金属板，以达到在不降低使用效果(防腐性能、机械强度等)的前提下节约资源、降低成本的效果。具有复合金属的共同特性。

8压型钢板——采用镀锌钢板、冷轧钢板、彩色钢板等作原料经辊压、冷弯成形。具有轻质高强、施工方便、抗震防火等优点。

二、金属屋面的主要优点

1优越的防水性能：金属内部构成的致密性使其具有天然良好的防水性能。

2具有出众的力学性能：金属材料具有强度高、重量轻、承载力大的特点。

3良好的防火性能：耐火等级高，不易燃烧。

4经久耐用：适用于多种环境，抗腐蚀性强，即使在严重污染的地区仍有很长的使用寿命。

5维护性好：一般不需要维护，不需要着色。

6美学效果：展现丰富多彩的建筑风格，满足设计师具有挑战性的建筑外观要求。

7自洁性：屋面可完全依靠雨水自然清洗。

8有利于环境保护：可再循环利用，具有很高的回收利用价值。

三金属屋面系统的分类

矮立边咬合系统：使用咬合技术，将预制金属板块或板条通过板块的折边边肋的咬合联接起来，而掩藏在锁边内部的金属扣件则把面板和基层牢固地联系在一起。咬合方式有立边咬合、转角咬合和扣盖咬合。标准立边高度25mm，适用于屋面坡度≥3°。

高立边咬合系统：板块与板块通过直立锁边的咬合形成密合的连接，再采用其特有的铝合金固定支座，将屋面板块与支承结构连接起来。板块有标准板、梯形板、弧形板等。可根据工程需要现场生产无需纵向搭接的不间断长板。整体结构性防水、排水功能良好，无须化学嵌缝胶，免除污染与老化问题。立边咬合系统广泛运用于坡屋面及弧形屋面(拱曲、凹曲、双曲等)。三维弯弧特异造型为建筑师提供具有挑战性的灵活设计空间。直起肋边高达65mm，屋面坡度最小可达1.5°，在海泽陛台风、暴雨地区尤其适用。

平锁扣系统：将板材加工成瓦片，瓦片的四边折起(向前折的两个上边、向后折的两个下边)，形成板块与板块扣接，板块通过金属扣件固定在下层支承结构上。有方形、矩形、菱形等瓦片形状。平锁扣系统具有古典建筑风格，层次感强，视觉效果突出。适用于≥30°以上的坡屋面。

其它：明扣系统、暗扣系统、古典式扣盖系统、整体平屋面系统、压型板系统等等。

四、金属屋面设计需考虑的一些问题

金属屋面设计包括屋面板、支承结构及其联接构造三部分。屋面作用荷载有永久荷载(屋面板、保温隔热层等自重)， 可变荷载(包括屋面均布活荷载、雪荷载、积灰荷载、风荷载等)、偶然荷载(地震作用和其他意外事故产生的荷载)。对此需要根据屋面荷载情况及其不利组合按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算，以满足强度、稳定性和挠度变形要求。设计计算可按现行《钢结构设计规范》、《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》和《轻型钢结构设计规程》(上海市)等进行，在此不作详述。下面阐述屋面设计时需要考虑的一些其它问题。

1屋面防雷

防雷是建筑安全的一项基本要求，金属板屋面容易遭受雷击，所以在防雷方面则比普通屋面的建筑物有更高的要求。防雷系统设计一般包括六大要素：建筑物外部、内部防雷装置的接闪功能；引下线的分流效果；建筑物内各部位的均衡电位；内部各种设备的屏蔽保护作用；接地效果；内部各种线路的合理分布。一般采用避雷针、避雷网、避雷带三种措施。金属屋面系统的避雷设计可利用金属屋面板是良好的导体这一条件，形成金属屋面板→支座→垫片→钢檩条→屋面钢结构的导通电路，与整个建筑的避雷网形成电气联通，从而达到防雷的目的。

2保温隔热

保温通常是指围护结构在冬季阻止由室内向室外夏季由室外向室内传热，隔热通常是指围护结构在夏季隔离太阳辐射热和室外高温的影响，从而使室内保持适当温度的能力。由于金属的导热性强，室内温度易受外部环境温度变化的影响，因此，金属板屋面通常需在屋面板与支承结构之间铺设保温隔热层以满足屋面系统对保温隔热的要求。保温隔热层厚度需通过热工计算确定。

3隔音降噪

为了避免机场、市中心附近等区域噪音及雨滴冲击屋面对室内的影响，通常需要将声音阻隔在室外，为了避免机房等噪音向室外传递也需要将声音阻隔在室内。因此对金属屋面需要进行隔音降噪设计。一般结合保温隔热采用高密度保温层、多密度保温层、高密度防潮板等来达到所需要的隔音效果。

4吸音降噪

由于金属可以反射几乎全部声能，声波不断地被反射而产生回声和混响，给人以单调、不丰满的感觉，影响听觉效果，因此在会堂、影剧院、体育场馆等采用金属屋面的建筑中应进行吸音降噪设计。通常在压形钢板上铺设吸音棉并在压形钢板上开孔，利用微孔吸音的原理吸收声波，从而满足屋面系统的吸音降噪功能。

5防潮和防冷凝结露

由于钢板的热传导系数很高，当室内外温差较大而室内水蒸气饱和度较高时，室内的热空气上升到钢板屋面遇冷产生凝结，形成滴水现象。如果保温材料受潮，其导热性能将明显增加，而保温性能则大为降低。因此在金属屋面中一般需要设防潮膜以限制建筑物内部的水气进入屋顶，避免保温材料受潮和冷凝现象的出现。防潮膜应置于建筑物的暖面，并保持表面搭接的连续性，所有搭接、开洞处和四周必须全面密封，并使屋面系统能够呼吸，以除去屋顶内部的湿气。

6负风压作用

在空气流体作用下，建筑物背风面或者某些复杂体型建筑的屋面上会产生负压强因而受到吸力的作用。在屋面设计时负风压容易被忽视，而有时往往却起控制作用。因此在设计时要注意负风压作用下屋面板、檩条及其联接的验算，避免强度、稳定性等不足，或者固定不牢固而可能发生联接脱落。

7屋面板固定点

为了控制热伸缩方向和避免板材向下滑移，应注意屋面板固定点的设置。固定点应根据设计需要设置，通常安装在屋脊位置，这样允许在屋檐处发生热伸缩。

8挡雪杆

避免屋面积雪滑落冲击天沟、檐口等部件以及对路面行人、物品的威胁，通常需在屋面上设置挡雪杆。

9屋面板咬合搭接方向

屋面板咬合搭接方向要顺应建筑物所在区域的长年主导风向。

金属屋面系统 篇4

1 工程概况

琶洲PZB1401项目,位于广州市海珠区新港东路国际会展中心区域内。总建筑面积为87 627 m2,建筑标高为126.4 m。本建筑造型独特,裙楼平面呈近似矩型,裙楼以上的塔楼部分由中庭及电梯井分割成南北两部分,中庭为会展厅,属大型办公、商业项目。

中庭屋面为双坡屋面,屋面采用钢结构找坡,钢结构跨度50 m、长度70 m;屋面面积3 500 m2;采用Kalzip 65/400型直立锁边铝镁锰合金屋面系统及喷淋养护系统。

2 Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及屋面绿化

2.1 各构造层次及荷载

对于大跨度钢结构屋面系统及屋面绿化工程,首先考虑的是屋面各构造层次材料的质量、钢结构及Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面板承受的恒荷载,其次是经济、适用及景观等效果。设计的屋面系统构造层次,见图1。

该屋面系统及屋面绿化工程的屋面,为不上人屋面,活荷载0.5 k N/m2;屋面板承受的恒荷载包括蓄排水板、过滤层、培植营养土及地被植物,恒荷载值为0.35 kN/m2(饱和水状态下)。而Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面板能承受的恒荷载值,为3.329 kN/m2;钢结构承受的恒荷载,还包括檩条系统、压型钢底板、硅酸钙板、沥青毡、玻璃纤维保温棉、屋面板及其配件,恒荷载值为0.635 k N/m2。

2.2 主要构造层次的功能

2.2.1 檩条

屋面檩条选用Q235B优质碳素高频焊接H型钢,采用的镀锌钢支托板通过螺栓连接,承受屋面所有荷载并传递给承重钢结构,经过验算得出檩条系统安全可靠,实践检验亦为可靠。

2.2.2 压型钢底板、硅酸钙板、沥青毡、保温棉

为改善室内人居环境及隔声效果,在檩条上方铺有压型钢底板、硅酸钙板、沥青毡隔汽层及保温层。

钢底板材质为Q235B,采用0.53 mm厚的PE涂层板压型(YX35-200-1000),并采用ST5.5×32镀锌碳钢自攻自钻螺钉固定于檩条之上,承受上部保温棉、隔汽层及硅酸钙板的重量并传递给下部檩条系统。根据压型钢底板模数与屋面板成型后的宽度尺寸为400 mm进行放线,定出高强铝合金固定座在檩条上的位置,再采用两颗ST6.3×38不锈钢自攻螺钉将其固定在檩条上。硅酸钙板铺设在钢底板上,碰到铝合金固定座时进行切割避位。为防止硅酸钙板滑动,铺设好后采用ST5.5×32镀锌碳钢自攻自钻螺钉固定。沥青毡为搭接铺设,穿透固定座时需用密封材料进行密封,以形成封闭的隔汽防潮层。玻璃纤维保温棉穿过铝合金固定座,满铺于隔汽防潮层之上。该沥青毡隔汽防潮层的蒸汽渗透阻He为1 107 m2·h·Pa/g,能有效阻隔潮汽侵入保温棉内部,而不降低其保温性能。

压型钢底板蓄热系数为126.28 W/(m2·K),硅酸钙板蓄热系数3.44 W/(m2·K),沥青毡蓄热系数为3.33 W/(m2·K),玻璃纤维保温棉蓄热系数为0.51 W/(m2·K);热惰性指标D=2.38,可见系统热稳定性较好,适于人居活动。

屋面隔声与屋面系统质量相关,屋面系统设置有压型钢底板、硅酸钙板、保温棉、铝合金屋面板、培植营养土等隔声良好的高密度材料,隔声量达到50dB,有着很好的隔声效果。

根据GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》,广州属夏热冬暖地区,屋面传热系数限值不大于0.9 W/(m2·K),而设计要求不大于0.034 W/(m2·K)。根据保温性能要求,选用100 mm厚容重为32 kg/m3的玻璃纤维保温棉,其憎水性≥98%、导热系数≤0.034 W/(m·K),得传热系数0.33 W/(m2·K),故Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及屋面绿化工程在材料选用上,满足了保温节能设计的要求。

2.2.3 Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面板

由于屋面采用钢结构找坡,跨中向两边放坡,坡度为5%;广州地区属南亚热带海洋性季风气候,屋面绿化系统荷载≤40 kg/m2,因而屋面系统设计时选用1.0 mm厚的Kalzip 65/400型直立锁边铝镁锰合金屋面板(图2),板的表面经氟碳预辊涂处理。屋面板成型就位后,扣于已安装好的高强铝合金固定座上,利用自动锁边机进行锁边;锁边后检查其质量,以确保屋面板起到抗风、防水的作用。

根据广州地区50年一遇的暴雨强度,得出单板集雨量为0.001 4 m3/s,而选用的屋面板单板排水量为0.037 4 m3/s,故屋面板排水安全。

在两个物体之间,如果物体表面的空隙较小,则水的表面张力往往大于重力,水在张力的作用下会向上运动,这就是毛细现象。为防止雨水在表面张力作用下从横向搭接缝之间形成渗漏,屋面板的板肋处设计了反毛细凹槽,位于小肋的侧部,使大肋与小肋之间存在一个空腔,减小了水的表面张力;另在小肋顶部设置防水胶带,两块板扣紧咬合后形成一个密封的防水隔离带,从而有效阻止了毛细水向上运动渗入室内(图3)。

2.2.4 蓄排水板、培植土过滤层

蓄排水板的设置能有效蓄水并实现过多雨水的顺利排出,有利水资源的利用。选用耐冲击性聚苯乙烯(HIPS)网状交织蓄排水板,该板密度1.05 g/cm3、拉伸强度48.3 MPa、弯曲强度82.7 MPa、抗压强度≥150 kN/m2、通水量≥380 cm3/s,耐酸碱性稳定、高低温性能好、耐老化性能突出、抗紫外线能力强,对下部屋面板没有刺伤及腐蚀性,可起到控根作用(图4)。

培植土过滤层采用密织无纺布,可有效防止上部培植土随雨水下流,保障蓄排水板的通水量。

2.2.5 培植营养土

营养土是采用一些植物纤维有机质和特殊功能的非金属矿物质,依据土壤的理化性质及植物生理特点研制生产的,其特有的多孔结构更加适于植物根系发育,对植物具有良好的固结作用,是屋面系统及其屋面绿化的重要基质(图5)。

营养土的特点:主要成分为泥碳、植物纤维以及有效微生物活性菌群;质轻,密度约0.45~0.65 g/cm3;超薄,基质厚度为30~50 mm;保水,吸附能力为60%;疏松透气,孔隙率60%~80%,排水流畅;耐旱,耐旱能力极强,可抗100 d不浇水;耐寒,可抵御零下10℃严寒。

2.2.6 地被植物

该屋面系统及屋面绿化植物物种的选择,直接影响到屋面绿化的功能、效果及养护成本。

植物的选择受气候条件、周围环境、屋面荷载、土层厚度及绿化功能等的影响,根据广州地区的气候环境、屋面板及屋面超薄的培养基质土,选用了地被植物中的景天类佛甲草。

佛甲草属多年生肉质草本,高10~20 cm,根系较细,扎根浅,大部分草根网状交织分布在2 cm的种植层内,有利于保护屋面结构。佛甲草抗旱性极强,年绿期达10个月以上,在冬季屋面温度-10℃的严重霜冻气候环境下亦不会死亡。佛甲草管理粗放,连续一个月不降雨才需浇一次水。该草自然匍匐生长,小苗以老茎叶的营养为营养,无需再追施肥料。草的高度不超过20 cm,长高后会倒下再生出小苗,故不需修剪,既节约能源又可减少养护投入。

2.2.7 喷淋养护系统

佛甲草怕踩踏。根据本项目屋面面积、布局及广州地区的气候条件,设计采用了一套自动喷淋系统,以减少后期养护时在屋面绿化面上的踩踏(图6)。

3 Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及其绿化主要节点的防水处理

屋面系统及屋面绿化的防水能力关乎项目的成败,特别是细部节点构造的处理尤为重要。此项目采用kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统,直立锁边屋面板的排水量相当于广州地区50年暴雨强度下其集雨量的25倍,且该板板肋内部采用了两道防水,以确保防水的可靠性。下面介绍Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及其绿化的主要节点防水处理措施。

3.1 屋脊

由于该屋面为双坡屋面,坡度较小,设计时利用屋面板的自然弯曲能力,采用长板跨过屋脊形成整体防水屋面,减少了屋脊构造防水的隐患,既美观又经济(图7)。

3.2 山墙

整个屋面嵌在结构洞口之中,山墙周边防水铝单板上的披水必须通过屋面排入檐口天沟系统中。为防止集水冲刷屋面绿化系统,在山墙边缘预设铝合金焊接泛水作为屋面导水槽,则可有组织地将周边雨水导入天沟。铝合金焊接泛水采用铝氩弧焊接,墙边上翻200 mm用于面防水,外层覆盖双层防水铝单板披水,保证雨水不会溢流、反冲,做到有效排水、安全防水,同时也满足屋面板伸缩及产生的内部温度应力。下部设置支撑,承受施工过程荷载及雨水的重量。屋面板边缘板肋上设置铝合金夹具,采用不锈钢螺钉将铝合金泛水固定其上,该泛水能有效披水,防止屋面绿化培植土及地被植物滑入邻边导水槽中,使培植土不会流失(图8)。

3.3 檐口

本屋面系统及屋面绿化的屋面板伸入檐口不锈钢天沟内120 mm,板肋端头嵌入泡沫密封条,并用防水铆钉固定铝合金滴水片,防止雨水反流及滴水。在天沟支架与屋面板之间设置铝合金泛水,阻隔雨水反串及披水;屋面板上表面檐口端设置铝合金泄水槽,泄水槽上部采用防水铆钉固定铝合金泛水片,过滤层固定在其间,防止屋面绿化培植土及地被植物随雨水流入天沟;铝合金泄水槽采用模具成型,设置满足排水要求的泄水孔。天沟靠墙侧设置铝合金披水板,上部覆盖防水铝单板,披水流入不锈钢天沟内;所有汇集于天沟的雨水,通过落水口有组织地排走(图9)。

4 结语

Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及其绿化应用于琶洲PZB1401项目中庭会展厅,成功地解决了屋面防水、排水、防渗漏处理等问题,生态效益、环保效益、经济效益显著。本工程的成功实践,为铝合金直立锁边金属屋面系统的安装及屋面绿化提供了参考与借鉴。

摘要：广州琶洲PZB1401项目中庭会展厅上空的双坡屋面,采用Kalzip直立锁边铝镁锰合金屋面系统及屋面绿化,各构造层次如65/400型直立锁边铝镁锰合金屋面板等,均选用了优质、经济、环保、自重轻、使用寿命长的材料;对屋脊、山墙、檐口等节点进行了精心设计及施工,成功地解决了屋面防水防渗等问题。

关键词：金属屋面,Kalzip直立锁边金属屋面系统,屋面绿化,节点防水

参考文献

[1]山西省建设厅.GB50345—2004屋面工程技术规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2004.

金属屋面系统构造设计的适用性分析 篇5

1规范、标准和图集的编制和实施,见证金属屋面的发展历程

随着金属屋面领域的发展,技术手段日臻完善, 金属屋面的类型不断增加,国家相关部门出台了一系列的规范标准及图集,来明确金属屋面的做法及技术要求。其中《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》 系列图集及相关屋面规范,对金属屋面进行了较为详细的分类,并对它们的构造做法作了进一步的明确。

在01J 925—1《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(一)》(下称01J 925—1)图集中,编者对压型钢板、压型钢板复合保温系统以及夹芯板进行了定义,收录了相关板型的部分参数,明确了屋面构造材料的一般性要求及各部位连接做法要求,并对材料外观及其安装要求作出了规定。总体来说,该图集收录的金属屋面产品较为单一,所载构造功能也较为简单,基本反映了20世纪80年代初到2001年前后金属屋面的发展状况。

此后,06J 925—2《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造(二)》(下称06J 925—2)图集出版发行。作为升级版,06J 925—2对上版图集作了细化和补充, 两者可结合使用。该图集对压型钢板复合保温屋面、 墙面进行了进一步的细分,增加了压型钢板复合保温卷材防水屋面、墙体的做法,补充了树脂采光板复合屋面、墙体构造做法,同时引入了隔汽层、隔热反射层及防水透汽层的概念。这一变化大致反映了2001年至2006年期间金属屋面及采光顶做法的发展和完善。同时,新材料新工艺的出现,解决了屋面构造功能的部分缺陷,设计时可供参考和选择的金属屋面做法更为丰富多样。

2008年9月1日起实施的08J 925—3 《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造 (三)》(下称08J 925—3)对屋面材料参数、性能指标进一步细化,较之前两册图集更加具体和严格。配合使用图集中增加了 《防火建筑构造(一)》,体现出对建筑防火性能的重视。08J 925—3最大的变化,是增加了双层压型钢板复合保温屋面(无檩型)、压型铝合金板复合保温屋面、压型钢板复合保温卷材防水种植屋面、聚碳酸酯板滑动型屋面采光带等构造做法。新增的上述四类屋面中,双层压型钢板复合保温屋面(无檩型)即为所称的承板屋面体系;压型铝合金复合保温屋面即铝镁锰合金直立锁边屋面系统,目前广泛应用于机场、火车站、体育场馆、展览中心等大跨度屋盖结构工程中;压型钢板复合保温卷材防水种植屋面旨在利用植物的光合作用吸收太阳辐射进行隔热,具有广阔的应用前景;而聚碳酸酯板滑动型屋面采光带以其特有的质轻、安全性高等优点,广泛运用于各大火车站屋面项目中,当这类项目采用双层聚碳酸酯采光板时,保温隔热效能可得到有效提升,但其耐久性有待进一步研究和提升。

2011年5月至2012年10月,国家相关部门相继发布和实施了GB 50693—2011《坡屋面工程技术规范》、GB 50345—2012 《屋面工程技术规范》以及JGJ 255—2012《采光顶与金属屋面技术规程》等与屋面相关的国家标准及行业标准。新规范的制定和密集出台,是金属屋面行业由粗放式生产转变为标准化生产的重要标志,为提高我国屋面工程技术水平、确保工程质量起到了重要作用。

屋面行业相关标准、规范和图集的编制与实施的历程,从侧面反映了金属屋面行业蓬勃发展的态势, 同时对金属屋面设计和施工的要求也越来越严格。屋面产品的设计和研发丰富了金属屋面的构造设计方式,但由于可供选择的金属屋面材料及做法繁多、产品性能及价格差异较大以及产品的成熟性有待进一步考证等一系列因素,也给建设方或建筑师带来了选择上的困惑。如何遵循安全、经济和美观的原则,采用合理的材料及构造做法来实现建筑物的功能需求,同时满足国家相关标准、规范的要求,是撰写本文的主要目的。

2金属屋面构造设计的适用性

金属屋面构造设计的适用性主要分为两个方面: 一是金属屋面构造材料的选择与建筑物的使用性质、 重要程度、地域环境、使用功能要求之间的适用性;二是构造层材料相互之间连接组合的适用性。金属屋面系统构造设计,主要针对建筑物的防水、保温、隔热、 防结露、温差变形、抗风及承载力、防火、防雷、隔声吸声、耐腐蚀性能及满足外观造型要求而进行的。

2.1防水设计

建筑物根据类别、重要程度、使用功能要求来确定防水等级,重要建筑和高层建筑防水等级为Ⅰ级, 两道防水设防;一般性建筑防水等级为Ⅱ级,一道防水设防。

需要注意的是,GB 50693—2011与GB 50345— 2012中,针对金属屋面的防水设防要求有差异,具体体现在防水垫层的设置要求上:GB 50693—2011对防水垫层材料的选用要求更为具体,但对使用条件的描述则过于笼统,实际上GB 50176—93《民用建筑热工设计规范》第六章的条文中,对建筑围护结构的防潮设计计算方法及防潮措施已作出了明确规定;GB 50345—2012晚于GB 50176—93发布和实施,却并未对防水垫层作出明确要求,仅在第4.9.5条中规定 “金属板屋面在保温层的下面宜设置隔汽层,在保温层的上面宜设置防水透汽膜”,两者用词严格程度不一,值得商榷。

2.2保温隔热及防结露设计

金属屋面保温隔热设计应注意区分建筑物的地域性差异,根据GB 50176—93要求,应根据建筑物所处的地理位置进行针对性的设计。如严寒地区,必须充分考虑冬季保温要求,并根据规范要求计算保温层厚度,一般可不考虑夏季防热,此外,还应进行冷凝结露设计;而夏热冬暖地区,必须充分考虑夏季防热要求,宜设置具有隔热功能的构造材料或构造做法, 一般可不考虑冬季保温;在金属屋面构造设计上,不同地域环境的金属屋面构造设置方式应有较大差异, 这种差异将直接影响建筑物的使用功能和建造成本。

2.3温差变形设计

温差变形设计主要体现在对材料的热胀冷缩性能要求上,包括支撑系统、构造连接方式及构造层材料的温差变形设计。此类设计一般为通用性设计,地域差异或使用功能差异对温差变形设计无决定性影响。

2.4抗风及承载力设计

金属屋面的抗风及承载力,主要指屋面承受最不利荷载组合的能力。在风吸力起主导作用的沿海地区及风荷载特别巨大的内陆地区,屋面设计时应充分考虑结构设计的冗余度,采用可靠的构造材料及连接固定方式,并根据规范要求进行抗风承载力试验,以确保金属屋面的安全使用功能。

2.5防火、防雷设计

金属屋面防火、防雷设防要求,与建筑物的类型及重要程度相关。构造设计时,宜根据建筑物的类型和重要程度进行设计。一、二级耐火等级建筑中,屋面板应采用不燃材料,保温隔热材料应采用不燃或难燃材料。

2.6隔声吸声设计

不同类型或使用功能的建筑物允许的噪声级不一样,其屋面隔声吸声构造的设置方法也不一样。对于开敞式场馆建筑,一般不作隔声要求,但部分场馆有吸声要求。对于噪音敏感程度高的建筑物,如剧院、 音乐厅、图书馆屋面、顶棚,可以通过设置“密度板+低密度玻璃纤维吸声棉”或“多层压型钢板组合隔声层+ 低密度玻璃纤维吸声棉”的方式,进行隔声吸声设计。 建筑物的隔声评价需通过测量评定,金属屋面的隔声设计应满足《民用建筑隔声设计规范》及《建筑隔声评价标准》的相关要求。

2.7耐腐蚀设计

金属屋面的耐腐蚀设计包括抗环境腐蚀设计及防电化腐蚀设计两个方面。

对于室内湿汽较大而又有吸声功能要求的人员活动密集性场所(如游泳馆等),当室内接触面板材采用穿孔板时,宜采用压型铝合金板或其他耐腐蚀板材作为内封板,以防止穿孔部位锈蚀。

不同材质的金属材料接触连接时,应设置防护垫片,避免电化腐蚀反应对材料耐久性产生影响。

3金属屋面构造设计工程实例及其适用性对比分析

为直观体现屋面构造设计对特定建筑物的适用性,本文分别选取北京地区某游泳馆及昆明新机场的金属屋面构造设计实例进行对比分析,从建筑物的使用性质、重要程度、地域环境、使用功能要求等方面, 来分析这两个金属屋面构造设计的适用性。

3.1金属屋面构造设计工程实例

1)北京地区某游泳馆的屋面构造设计

该游泳馆位于北京市,建筑高度23 m,屋面防水等级为Ⅰ级,防火等级为地上二级、地下一级,防雷设计为二类设防。该游泳馆金属屋面的标准构造设计, 见图1。

2)昆明新机场的金属屋面构造设计

该机场位于昆明市,建筑标高72.9 m,屋面防水等级为Ⅰ级,防火等级为地上二级、地下一级,防雷设计为二类设防。金属屋面的标准构造设计,如图2所示。

3.2金属屋面构造设计的适用性对比分析

通过对比可以发现,两者的建筑防水等级、防火等级,防雷设防类别一致,但构造设计方式却大不一样。其差异的产生,主要来自于地域环境及使用功能要求的差异。

1)防水构造设计的差异

游泳馆金属屋面构造设计采用了铝镁锰合金直立锁边屋面板+防水透汽膜的两道防水形式,满足规范对于Ⅰ级防水等级的构造设计要求,但由于防水透汽膜安装时会被固定支座穿透,对于穿透部位的防水包覆处理相当繁琐。目前国内很多工程都存在类似问题,构造设置方式的合理性有待研究改善。

昆明新机场的金属屋面构造则采用了铝镁锰合金直立锁边屋面板+PVC防水卷材的两道防水形式; 相对于游泳馆金属屋面来说,PVC防水卷材安装于固定座底部,虽未完全解决自攻钉穿透卷材的问题, 但穿透部位防水处理相对简单;且下层保温层为硬度较高的复合保温板材,便于PVC防水卷材的连接固定,同时平整度也可得到有效保证,有利于发挥第2道防水层的防水作用。但PVC防水卷材安装时,对环境条件和施工人员的技术水平要求较高,如盲目追求工期进度、野蛮施工或使用非专业人员施工,将对屋面工程质量造成严重影响。

2)保温层设计的差异

游泳馆建筑位于寒冷地区,保温设计应满足冬季保温要求,同时要兼顾夏季防热。在保温层的设置上, 采用50 mm+50 mm厚的高密度(180 kg/m3)保温岩棉,金属屋面的整体传热系数限值通过保温岩棉、封闭空气层及50 mm玻璃纤维棉的组合式保温构造来控制,经计算,整体传热系数满足规范要求。值得注意的是,目前市场上的保温产品质量参差不齐,很多产品说明上标识的传热系数参数并不准确,仅采用理论数据并不可靠,实际施工时保温材料的质量控制应通过试验检测手段予以甄别。

昆明新机场的建设地点处于气候温和地区,对于金属屋面的整体传热系数限值要求较低,仅需考虑冬季保温,一般可不考虑夏季隔热,无需选用多层高密度岩棉来实现保温功能或采用热反射构造材料。金属屋面构造设计采用“双层40 mm厚蜂窝芯保温隔音复合板+波谷填塞吸声棉”的方式,构造简单、安装便捷,同时也满足了建筑使用功能的要求,具有较高的适用性。同时,蜂窝芯保温隔音复合板为PVC防水卷材的安装提供了高质量的作业面,是两种材料之间适应性的具体表现。

3)构造设计中底板材质的差异

前文所述两个工程中,还可发现两种构造设计中底板的材质不一样。游泳馆采用1.2 mm厚压型铝合金板作为内侧板,更能适应游泳馆室内的潮湿环境, 保持材料的耐久性;而昆明新机场采用0.8 mm厚压型钢板则是因为结构设计的承载力要求,体现使用环境对构造材料设计的适应性要求。

4结论

1)建筑物按使用性质、重要程度、地域环境、使用功能要求,决定其金属屋面的构造设计方式及材料的选择;金属屋面的设计时,应采用合理的构造方式及材料,满足建筑物的功能性需求。

2) 国家规范对于金属板屋面二道防水构造设计的相关规定,有待明确和整合。

金属屋面系统 篇6

武清影剧院是天津市武清区文化公园的主要建筑,总用地面积28 369 m2,由1个1 500座标准的剧场和8个电影厅组成。影剧院建筑外立面采用浅黄色纹理的大理石干挂幕墙系统,屋面采用铝镁锰直立锁边加铝蜂窝板组成的双层屋面系统,屋面外层色彩与墙面色系一致,形成强烈的整体效果。金属屋面采用“特殊造型双层穿孔设计”,寓意中国传统的含蓄之美,图1为武清影剧院效果图。

2 屋面系统设计

2.1 屋面系统耐候性设计

天津市武清区属温带半湿润大陆性季风气候,四季分明,夏季降雨集中,项目所在地距离渤海较近,常年受到海洋性环境的影响,屋面设计寿命不低于50a,故在屋面系统设计上采用耐候性能高的PVDF预辊涂AA3004铝镁锰直立锁边板及铝蜂窝板双层构造,整个系统所用螺钉均为奥氏体不锈钢螺钉,天沟系统采用316L级不锈钢,同时对有可能与外部环境接触的支撑构件采用镀锌及不锈钢材质,以保证整个系统的耐候性能。

2.2 屋面构造设计

武清影剧院屋顶底层为具备防水与保温功能的钢筋混凝土结构,外层为铝镁锰直立锁边及铝蜂窝板双层金属屋面构造。双层金属屋面构造(图2)从下至上依次为:主钢结构(H型钢)→屋面次檩条→高强度铝合金支座(带隔热垫)→0.9 mm厚ALL-Zi P S65型铝镁锰合金屋面板→屋面铝合金转接件→铝角码→铝合金蜂窝板。

2.3 铝镁锰直立锁边屋面层设计

根据项目所在地的地理环境及气候条件,暴雨及大风使得作为刚性防水层的屋面板需考虑采用具有较高防水性能的板型,同时建筑屋面体型较大,在选择屋面板板型时应考虑具备较强的排水能力且具有较强的线条感,并需要具备较好的抗风性能。

根据以上要求,选择ALL-Zi P S65型AA3004铝镁锰屋面板(图3),此板型采用270°直立锁边咬合设计,安装后无螺钉外露,消除了因自攻螺钉穿透屋面可能造成的漏水隐患。同时,65 mm的肋高具有高效排水切面,适合于类似大跨度、大面积的建筑。

根据武清影剧院屋面外形特点,整个直立锁边层屋面构造从最高点大圆顶向屋面4个角方向扩散。屋面80%面积的铝镁锰板采用ALL-Zi P S65-300直板排板布置,但在屋面左下角位置存在特殊造型曲面,是整个直立锁边层的设计及制作安装重难点部分。

对于整体或局部带有特殊造型曲面的金属屋面构造,传统的二维设计无法准确、全面地保证项目设计阶段与加工安装环节形成良好的衔接,所以采用了BIM系统化设计。BIM(建筑信息模型)设计软件,如Tekla Structure、Rhinoceros、Autodesk Revit等,近年已广泛应用于钢结构和金属屋面工程的设计、制造、施工、管理等多个环节。

本工程屋面设计阶段,首先采用Tekla软件建立屋面主钢结构及次檩条三维模型,完成主结构及次檩条构件深化设计;其次将钢结构模型导入Rhinoceros软件,进行特殊曲面部位的参数化分析,形成精确的外表皮三维模型,并在外表皮模型上完成排板布置。通过BIM系统三维建模设计得出的数据,武清影剧院屋面铝镁锰直立锁边层局部曲面位置通过ALL-Zi P扇形屋面板反向弯弧加扭曲的加工工艺得以实现。图4为钢结构深化设计图。

2.4 屋面系统结构性能及防火设计

屋面系统荷载为恒荷载与活荷载,恒荷载主要为系统自重,而活荷载为风荷载及维护荷载;抗风性能通过静态荷载与动态风荷载检测确定,风荷载取值则参考钢结构设计规范,考虑屋面高度、体型、地理位置等因素,其最大荷载分布于屋面边缘区域。

金属屋面系统作为建筑的外围护结构,是建筑的一部分,因此其构成材料及构件自身应具备一定的耐火性能,本项目屋面系统组成材料全部为难燃或不燃材料,有效保证了屋面系统的防火性能。

2.5 屋面天沟设计

影剧院屋面最高点至最低点的落差较大,天沟的合理布置显得尤为重要。通过精确的排水计算,确定了各条不锈钢天沟的宽度及深度尺寸,并在屋面上分段设置了各道天沟,结合虹吸排水系统,使整个屋面形成了较为合理的排水导向布置。图5所示为武清影剧院直立锁边层天沟布置及节点图。

2.6 屋面铝蜂窝板外装饰层设计

影剧院屋面外装饰层采用了PVDF涂层的铝蜂窝板,蜂窝板材料具有抗高风压、减震、隔音、保温、阻燃和强度高等优良性能。同时,铝蜂窝板在经过弯曲等工艺加工成型后,仍能具有良好的表面平整度及强度,使整个屋面外装饰层达到良好的整体美观效果。

影剧院屋面铝蜂窝板均采用三角形拼接,设计时在直立锁边层的Rhinoceros模型中进行蜂窝板的建模和分割排板设计,随后完成初步加工图,待现场铝镁锰直立锁边层施工完毕复测返回数据后进行最终的加工图调整。通过BIM模型系统设计的应用,可以获取铝蜂窝板的加工数据,包括定位坐标、尺寸大小、弯弧加工所需数据及各块板不同的构件编号。有了这一系列数据,可以缩短众多不同尺寸板材的加工时间,提高加工精度,保证外装饰层施工完成后的表面平整度。

屋面铝蜂窝板外装饰层的板缝为开放式构造(图6),无密封胶处理,屋面雨水能够通过板缝渗入铝镁锰直立锁边层,形成良好的导水效果,并具有较好的经济性,提高了整个屋面铝蜂窝板外装饰层的施工速度。

3 结语

武清影剧院特殊造型双层金属屋面系统的设计结合BIM应用软件取得了良好的效果,施工完成后的最终建筑效果及施工质量得到了设计方及业主方的一致认可,其设计原则和理念可供类似屋面工程项目及同行借鉴。

特殊造型的金属屋面工程进行屋面系统设计时,应在符合规范等要求的前提下,采用合适的工艺和产品,以更好地实现特殊造型金属屋面的建筑要求,创造出更多、更好的优质金属屋面工程。

参考文献

[1]中国建筑科学研究院,中国新兴建设开发总公司.JGJ255—2012采光顶与金属屋面技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]中冶建筑研究总院有限公司.GB 50896—2013压型金属板工程应用技术规范[S].北京:中国计划出版社,2013.

金属屋面系统 篇7

关键词：重力流屋面雨水系统,设计计算,雨水管道,天沟

目前国内绝大部分屋面仍采用重力流技术排水。重力流设计原理简单，计算经验丰富，技术成熟，延用时间较长。

1 重力流雨水系统相关知识及选用原则

1.1 重力流屋面雨水系统相关知识

重力流———暴露于大气中且位于高处的水用管道输送到低位的大气中，中间没有能量的输入，这样的水体流动被称为重力流。

重力流屋面雨水系统———暴露于大气中且位于高处的屋面雨水用管道输送到低位的大气中，中间没有能量的输入，这样的屋面雨水水体流动被称为重力流屋面雨水系统。

重力流屋面雨水系统按流态分为：重力流（87型斗）系统及重力流（堰流式斗）系统。

重力流（87型斗）系统的特点：用87型斗或65型斗，半有压流，管材考虑承压，国内使用普遍，安全。整个系统预留了排超重现期雨水的余量，设计数据来自试验，溢流口设置易实现。

重力流（堰流式斗）系统的特点：用堰流式斗，无压流，管材不考虑承压，新形式系统。超重现期的雨水必须由溢流设施排除，不得进入系统，设计数据来自公式计算，溢流口设置易实现。

1.2 重力流屋面雨水系统选用原则

快速、及时地将设计重现期内的屋面雨水排至室外。设计既安全又经济。安全指室内地面不冒水、屋面溢流频率低、管道不漏水不冒水；经济指满足安全的前提下，系统造价低，按安全性大小先后排序：密闭系统>敞开系统；外排水系统>内排水系统。

按屋面溢流频率大小先后排序：87斗重力流系统<虹吸系统<重力流（堰流式斗）系统。

按经济性优劣先后排序：虹吸系统<87斗重力流系统<重力流（堰流式斗）系统。

对大型屋面且内排水的建筑判定是否采用虹吸系统的前提为：屋面溢流造成的损害不大时。因为相同重现期时，87斗重力流系统比虹吸系统出现溢流的几率小得多。

87斗重力流系统与虹吸系统应采用密闭系统。

1.3 有色金属加工厂厂房重力流屋面雨水系统

对有色金属加工厂来说，主要厂房为熔铸、压延、精整等，产品为有色金属，较贵重；熔铝及保温炉、轧机等设备价格昂贵，电器控制系统复杂；熔铝及保温炉为高温生产，怕水淋爆炸；熔铝及保温炉、轧机等均有地下室及地下设备，水淹后损失大；屋面溢流及地面冒水造成的损害较大，因此，对此类厂房的内天沟排水多采用密闭的重力流屋面雨水系统。下面，将对有色金属加工厂厂房重力流屋面雨水系统相关的主要问题进行探讨。

2 重力流雨水系统计算

以如下工程的内天沟计算书为例，阐述计算方法及过程。

重力流屋面雨水计算书

项目：某铝加工厂精整车间（厂房）

时间：2007.07

(1)内天沟汇水面积：12m柱距×（33+24+24)m跨，每柱距汇水面积81m×12m=972m2。

(2)重现期：一般建筑屋面P=2a～5a，重要公建P=10a，厂房屋面可取5a;一般重力流雨水排水和溢流设施总排水能力P≥10a，重要公共建筑、高层建筑P≥50a。

(3)5min降雨量（按福州）：P=5a,q5=5.00L/s·100 m2,

(4)每柱距雨水量qy=qjΨFw/100=5.0×0.9×972/100=43.74L/s（其中，屋面Ψ=0.9)

P=10a,qy=qjΨFw/100=5.65/5.0×0.9×972/100=49.43 L/s(其中,屋面Ψ=0.9)

(5)选雨水斗（见表1）：每柱距设2根立管选斗DN150。

(6)选悬吊管：悬吊管按h/D≤0.8,v≥0.75m/s计算。此工程无悬吊管，若其它工程有悬吊管，则对应管径及流量见表2:

坡度：i=5‰

(7)选立管（见表3）:

查：钢管表DN150,v=0.93,Ki=10.8。

(8)选排出管：排出管按满流v≥0.75m/s计算。坡度：i=5‰

设计时可根据计算的雨水流量选用表4中管径。比如1柱距雨水量经计算为44L/s,因此选用管径DN300。

按P=10a,q5=5.65L/s·100 m2校核流量，5.65/5=1.13倍，即（P=5a雨水量）×1.13=（P=10a雨水量）。

3 雨水管道及附件

雨水管道的内排水系统由雨水斗、连接管、悬吊管、立管及埋地排出管等组成。

3.1 雨水斗与天沟

1）在有色金属加工厂房设计中通常采用87型雨水斗。雨水斗在混凝土屋面上安装详见标准图集01S302-7，在轻钢结构屋面上安装详见标准图集01S302-9。

2）钢天沟按照雨水斗最小安装尺寸计算排水量。

当DN100的雨水斗天沟最小宽度为400mm。假设天沟槽宽b=0.4m,积水深度H0=0.1m,坡度i=0.003，天沟粗糙度n=0.012时，

天沟的过水断面积：w=bH0=0.4×0.1=0.04m2

以i=0.003,n=0.012代入上式为：

天沟的排水量：

Q=1000·w·v=1000×0.04×0.75=30L/s

天沟排水量为30L/s>DN100的雨水斗允许的最大流量12L/s，因此该最小宽度水深0.1m时，可以满足雨水排放要求。

当DN150的雨水斗天沟最小宽度为450mm。假设天沟槽宽b=0.45m,积水深度H0=0.1m,坡度i=0.003，天沟粗糙度n=0.012时，

天沟的过水断面积：w=bH0=0.45×0.1=0.045m2

天沟的水流速度:

以i=0.003,n=0.012代入上式为

天沟的排水量：

天沟排水量为35L/s>DN150的雨水斗允许的最大流量26L/s，因此该最小宽度水深0.1m时，可以满足雨水排放要求。

实际雨水天沟的深度≥0.18m，因此屋面天沟的宽度设计只要满足雨水斗的安装要求即可。

3.2 连接管

连接管应牢固地固定在建筑物的承重结构（如绗架梁）上，并且要使连接管躲开柱间细杆及上柱支撑。因此在设计过程中要与建筑结构专业配合，尽量在设置雨水斗位置时就考虑连接管的问题。

3.3 悬吊管

1）悬吊管布置一般沿厂房绗架或柱敷设，并牢固地固定其上。

2）悬吊管管径及坡度由计算确定，其充满度不宜大于0.8，管内流速不宜小于0.75m/s。考虑支吊架的承受能力，悬吊管管径不宜大于DN300；为了增大安全系数，一根悬吊管最多连接4个雨水斗；悬吊管的敷设坡度应大于0.005。

要和结构专业密切配合提出管道荷载及柱子预埋件条件，悬吊管管径及对应荷载（含水重）见表5:

3）悬吊管管道支、吊架的最大间距要求详见表6:

3.4 立管

立管要尽量靠近柱子敷设，并和建筑结构配合躲开走道板，埋地时躲开柱子杯口等。

3.5 埋地管

1）埋地管的最小管径不得小于200mm，坡度不小于0.003。

2）有色金属厂房内埋地管一般为封闭式埋地管，不得排入生产废水或其它废水，不得穿越设备基础及其它地下构筑物。一般要注意厂房柱子基础、工艺基础、电缆沟等。

3）在厂房内埋地管上应设检查口井，以备检修之用。

4 结语

根据多个有色金属加工企业投产运行效果分析，采用重力流屋面雨水系统是安全可靠的。

参考文献

[1]GB 50015-2003建筑给水排水设计规范[S].

[2]全国民用建筑工程设计技术措施2009年版编委会.全国民用建筑工程设计技术措施给水排水[K].北京:中国计划出版社,2003.

金属屋面系统 篇8

随着钢结构在我国近三十多年的迅猛发展, 与之相配套的各种新型金属压型板材和各种复合保温的夹芯板更是多种多样, 发展势头迅猛。

与之相应的建筑围护系统, 虽然其节点的细部构造, 配套设计、产品工艺、施工方法, 都已经取得了一定进步, 但是, 在使用过程中仍暴露了很多问题。尤其严重的是金属屋面的防水问题, 却没有得到很好的解决, 一直困扰着轻钢彩板建筑的发展。

例如, 我国北方地区, 冬季金属屋面上部和天沟内大量积雪, 在春季积雪融化成水, 会直接浸泡屋面与天沟 (如下图1~3) ;

同样, 在南方雨季, 金属屋面在遭遇特大暴雨时, 天沟的有组织排水遭遇障碍或来不及排水时, 雨水也会直接浸泡屋面使天沟水满溢出, 造成屋面漏水。

针对上面出现的问题, 北方地区往往在天沟上面安装融雪装置, 可以解决一部分问题。但是终究不彻底, 难以从根本上解决问题。如屋面积雪、天沟溢水就出现问题。

笔者近几年推出的“OHC-建筑围护系统”, 从各个节点细节出发, 完善发展, 形成最终完整的围护体系, 基本上彻底改变了金属屋面逢雨就漏的窘境!

无论是我国北方的强降雪, 还是南方的强降雨, “OHC-建筑围护系统”将提供一个新思路、新办法, 亦将使轻钢彩板建筑不仅美观、实用, 而且实现金属屋面难以漏水的本来特性。

下面就如何实现这一目标, 从设计、实施再到检验进行分别阐述。

2. 金属屋面的板型确定

屋面系统实施结果的好坏, 直接取决于金属屋面系统的设计;而设计的成败, 又直接取决于屋面系统采用何种板型和它的连接方式。

这里我们选择的是具有360°直立咬合锁边功能的金属屋面板 (图4~5) 。与屋面次结构-屋面檩条的连接件, 采用高抗风拔力的滑动支架, 以解决温差造成的金属屋面板伸缩变形的影响。

采用这一板型, 一是为了便于普及和推广;同时也是根据屋面板防水性能的要求而确定的。国内类似的板型很多, 这一选择具有推广意义。其特点是外形美观、排水截面大 (成品的波高70mm) , 360°直立咬合锁边;同时咬合边内嵌不固化的密封胶泥, 使各板型间具有更好的防水特点 (图6) 。

而高抗风拔力的滑动支架, 在滑块的上端必须设置有不固化的密封胶泥 (图7) 。

“OHC-建筑围护系统”的金属屋面系统, 为了实现金属屋面的防水效果, 特别是在檐口天沟、山墙、采光带、洞口等节点部位, 进行了如下重新设计改进。

3. 檐口天沟节点的设计

天沟节点的设计目标是:

3.1 要保证屋面板在檐口处连接牢固, 但连接钉孔处不得漏水;

3.2 保证屋面板锁边波峰与天沟间的防水容易施工、质量容易保证, 不能因板型刚度问题影响板间距而造成屋面漏水。

3.3 保证女儿墙下泛水板与天沟、女儿墙内板之间的防水的可靠性。

为此, 在天沟与屋面板的连接处, 采用了“C”型檐口挡水板及工程塑料堵头;并使之实现标准化。在挡水板上表面均布有安装塑料堵头的定位孔, 同时在侧面还均布有与天沟侧壁连接的连接钉孔。同时, 将挡水板与天沟侧壁间、挡水板与塑料堵头间、挡水板和塑料堵头与屋面板间均铺设连续的胶泥。

这样, 屋面板与天沟的连接, 通过C型檐口挡水板转换连接得以解决 (图10) 。同时, 解决了实际工程中天沟安装沿长度方向不平, 造成屋面板与天沟连接困难的问题。

在天沟左侧, 女儿墙内板与泛水板间设置橡胶堵头;泛水板与天沟侧壁间同样设置有通长的、连续的胶泥 (图8) 。

值得注意的是, 上述的橡胶堵头, 是与女儿墙内板相匹配的。在橡胶堵头与泛水板间和橡胶堵头与女儿墙内板间均应铺设通长、连续的胶泥;同时, 泛水板之间搭接, 女儿墙内板搭接处同样铺设通长、连续的胶泥 (图8~9) ;这种设计, 可以解决北方女儿墙下天沟积雪, 融化漏水的问题。

这里, 需要强调的是在檐口处的塑料堵头周围胶泥的铺设问题。根据塑料堵头与屋面板锁边后波峰形状的匹配程度, 其胶泥应铺设二遍, 以使屋面板在金属压板固定后胶泥均匀连续挤出, 达到防水效果。尤其注意的是, 屋面板与屋面板间在此处的咬合边内胶泥更不能遗漏 (图11~12) 。图13是塑料堵头四周胶泥的挤出情况。

4. 女儿墙山墙的节点设计

在此处的设计目标是:

4.1 要保证山墙下泛水板与屋面板连接牢固, 而且必须与屋面板同时滑动;

4.2 保证此处是刚性防水, 不能因泛水件尺寸限制, 因搭接漏水而造成屋面漏水;

4.3 保证天沟端板、女儿墙内板、山墙下泛水板、隐藏滑动屋面天沟四者连接牢固, 防水性好。

这里, 山墙下泛水板下面设有沿屋面通常的隐藏滑动屋面天沟, 该天沟一端与固定于山墙封边角钢上的滑动支架连接, 另一端与屋面板连接。该天沟左端高度可以根据檐口天沟屋面溢水深度而增加檐口增高件 (图15) 。而在屋面山墙中部或上部只取50~80mm高即可 (图14) 。图16是该节点的三维示意图。这里, 需要强调的是, 隐藏滑动屋面天沟底部、侧面以及檐口增高件和山墙下泛水板在天沟端部, 与天沟端板的防水均需有可靠的连接。

女儿墙内板的下端必须于山墙封边角钢的上端直立面上;绝不可与山墙下泛水板相连接。否则会影响山墙下泛水板的滑动。女儿墙内板与山墙下泛水板间, 同样设有橡胶堵头, 该堵头是与女儿墙内板相匹配的。在橡胶堵头与泛水板间和橡胶堵头与女儿墙内板间均应铺设通长、连续的胶泥;同时, 泛水板之间搭接, 女儿墙内板搭接处同样铺设通长、连续的胶泥 (图14~16) ;这种设计, 可以解决北方山墙下天沟积雪, 融化漏水的问题。

5. 金属屋面采光带的节点设计

在此处的设计目标是:

5.1 要保证采光带与金属屋面板连接牢固且是刚性防水;必须与屋面板同时滑动。

5.2 采光带下端与金属屋面板的连接, 其防水性能必须得到可靠保证;不能因采光带尺寸限制, 因搭接漏水而造成屋面漏水;其搭接的防水性能必须有可靠保证。

5.3 采光带上端与金属屋面板的连接, 必须牢固;其防水性能有可靠保证。

采光带, 一般有双波和单波两种采光带, 两侧均设有与金属屋面板两侧一致的彩板铁边;铁边与采光带间铺设通长密封胶泥, 然后用自锁铆钉间隔连接 (图20) 。铆钉间距不可过大, 宜为100~150mm。该密封胶泥在采光带搭接范围必须伸出彩板铁边2mm以上 (图17~22) 。

6. 金属屋面洞口的节点设计

在此处的设计目标是:

6.1 要保证洞口基座与金属屋面板连接牢固且是刚性防水, 必须与屋面板同时滑动;

6.2 洞口基座与风机的连接, 将按有动力风机和无动力风机分别考虑, 无动力风机可与洞口基座直接连接在一起;

6.3 有动力风机与洞口基座的连接, 必须分开考虑;在洞口基座内设置风机支架, 动静分离。

洞口基座在工厂预制, 为整体式;与屋面板的连接采用下设胶泥的内连接方式。安装完成后, 再在四周涂耐候密封胶, 起双重防水保险作用 (图23~25) 。

7. 金属屋面工程蓄水检验

在此处检验的目标是:屋面天沟、山墙、采光带、洞口等均不得漏水!

根据上述节点的设计与改进, 进行工程例实施。将雨水口临时封堵, 对整体屋面各个部位进行淋水, 直至天沟内蓄满水, 天沟溢水到屋面一定部位。要求是水淹没采光带和风机洞口的上端。蓄水72小时 (图25) 。

8. 结论

通过试验检验, 上述设计是正确的。充分证明“OHC-建筑围护系统”能够满足工程实际需要。在实际工程中需要注意一下几个方面:

8.1 在工程方案阶段, 结构设计之时, 就应考虑檐口天沟溢水, 北方雪水堆积问题。根据荷载的不同, 考虑主、次结构的设计;

8.2 综合考虑成本问题;

8.3 在北方地区, 宜采用综合治理的方案;既要在天沟内设置融雪装置, 又要将金属屋面系统按照天沟溢水、屋面防积雪水来考虑。确保金属屋面防水安全、可靠;

金属屋面防结露问题简析 篇9

在北方严寒冬季, 建筑物室外温度低于室内空气露点温度时, 建筑物围护结构内就会结露, 将影响室内热环境, 使室内温度降级、湿度增加而使人感到不舒服。倘若保温层受潮, 会大大降低外围护结构保温性能, 由此增加建筑能耗, 不符合建筑节能的要求。

1. 结露的定义

结露就是非饱和空气当冷却到一定温度时, 即达饱和状态, 再继续冷却时多余的水蒸汽将会凝结成水珠, 俗称结露, 此临界温度称为露点。结露是否发生取决于室内温度, 室内湿度及露点温度。露点温度即使没有下降到与室外温度相同的, 一定温度下仍可能发生结露现象。

2. 结露的分类

建筑结露常分为表面结露和内部结露两类。所谓表面结露是指当室内的空气湿度大于室外空气的湿度, 室内空气碰到低于露点温度的表面和顶棚, 水蒸汽就凝结成水珠。内部结露是指当水蒸汽在蒸汽压差的作用下通过墙体和屋盖时被阻挡在低温部位时, 所产生的的结露现象。

3. 结露的形成原因

当温度较高的湿空气接触到温度较低介质时被迅速冷却, 当空气被冷却到露点温度以下时, 就会在介质表面形成水珠, 产生冷凝水俗称结露。

结露形成的两个基本条件:

3.1 温差:

如果湿空气所接触到的介质表面不存在温差, 空气的饱和度就不会改变, 也就不会出现结露。

3.2 湿空气:

如果空气比较干燥也就是相对湿度低, 就算存在温差。其冷却后仍没有达到露点, 就不会出现结露。

4. 建筑结露对建筑材料的影响

保温材料吸水或吸湿后, 将很大程度的降低隔热性能, 原因是水的导热系数为0.58W/m·K, 远远大于空气的导热系数0.023W/m·K和一般的保温材料的导热系数 (比如加气、泡沫混凝土的导热系数为0.19W/m·K) 。同时也在一定程度上影响了建筑材料的强度和耐久性, 同时由于温度和湿度比较合适, 给细菌提供了良好的生活环境, 造成装饰层的霉变和破坏, 甚至影响人们的身体健康。

5. 防结露设计措施

5.1

加强围护性能保温性能, 选择传热系数小、足够厚的外围护结构, 建筑热工处理好, 使它的内表面温度不会太低, 保证它的表面不产生凝结水, 确定了室内主结构和主围护结构不结露, 为空调通风与采暖系统间歇运行或停止运行提供了可能性, 为整个建筑的节能运行提供了良好的条件。

5.2

提高围护结构表面温度的方法, 即送热风或采用红外辐射, 目前多采用送热风的方法。

5.3 设置通风层或泄气通道:

将围护结构内空气形成通路, 这样能让进入保温层中的水分有出路, 从而降低空气间层相对湿度, 达到防止结露的目的。

5.4 设置隔汽层:

在围护结构内高温一侧设置隔汽层, 降低蒸汽分压力, 实现“进难出易”。采用隔汽层防止或控制内部冷凝, 是目前设计中应用最普遍的一种措施。

6. 工程实例

在吉林某项目的围护设计中, 通过设置保温墙的方式, 加强了围护系统的保温性能, 控制了传热系数, 使围护系统的表面温度不会太低, 保证它的表面不产生凝结水, 从而达到防止结露的效果。

具体计算如下:

6.1 有关的规范规程:

《民用建筑热工设计范规》 (GB50176-93)

《民用建筑设计通则》 (GB 50352-2005)

6.2 自然条件:

最冷月平均温度:-18.1℃

最热月平均温度:22.9℃

冬季室外计算温度:-31℃

6.3 室内外保温墙系统材料参数:

6.3.1 0.6mm压型钢板

导热系数:λ=58.2W/ (m·k)

6.3.2 150mm厚保温棉 (容重48 kg/m3)

导热系数:λ=0.05KW/ (m·k)

6.3.3 C140×60×20×3.0 C型钢

导热系数:λ=58.2W/ (m·k)

6.3.4 0.6mm压型钢板

导热系数:λ=58.2W/ (m·k)

热阻值:一般空气间层冬季热流向下R气=0.185m2·k/W

一般空气间层冬季热流向上R气=0.165m2·k/W

垂直空气间层R气=0.175m2·k/W

6.4 计算公式:

单一材料热阻计算:

屋面系统热阻计算:

屋面系统传热阻计算:

屋面系传热系数:

6.5 原则:

6.5.1 首先满足建筑、结构使用功能要求;

6.5.2 考虑结构经济、合理, 安全可靠;

6.5.3 综合考虑美观、节能、环保等方面;

6.5.4 按屋面系统传热系数K评定。

6.6 本项目室内外保温墙系统热工分析:

根据《民用建筑热工设计规范》, 本工程位于吉林省吉林市, 属于严寒地区, 必须充分满足冬季保温要求, 一般可不考虑夏季防热。

保温墙图如下:

热工分析:

分1、2区取其平均值计算。

冬季保温分析:

6.6.1 一区传热阻计算

a.热阻计算:

压型底板:

空气层:

保温棉:

空气层:

压型底板:

一区热阻:

b.一区传热阻计算:

内表面换热阻值:Ri=0.11㎡·K/W

外表面换热阻值:Re=0.04㎡·K/W

传热阻:

Ro.1=Ri+R1.1+Re=3.50002㎡·K/W

c.一区传热系数计算:

6.6.2 二区传热阻计算

a.热阻计算:

压型底板:

保温棉:

压型底板:

二区热阻:

b.二区传热阻计算:

内表面换热阻值:Ri=0.11㎡·K/W

外表面换热阻值:Re=0.05㎡·K/W

传热阻:

Ro.2=Ri+R1.2+Re=3.16002m2·K/W

c.二区传热系数计算:

6.6.3 保温墙传热系数

小分区一区和二区的面积之比为0.36/0.64, 故:

6.7 结论

综上, 本项目室内外保温墙热工性能为:冬季保温K=0.305W/ (m2·C) , 不仅满足了保温节能, 还有效地防止了结露现象。

摘要：本文对建筑结露的起因以及结露对建筑物的损害作了一定的分析, 并结合实际案例, 提出了防止建筑结露的一些方法。

关键词：建筑结露,防结露,热传系数,相对湿度,金属屋面

参考文献

[1]《民用建筑热工设计规范》 (GB50176-93) , 中国建筑工业出版社, 1993

[2]《民用建筑设计通则》 (GB50352-2005) , 中国建筑工业出版社, 2005

[3]《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》 (JGJ 26-2010) , 中国建筑工业出版社, 2010