金属屋面及直立锁边屋面系统.docx

金属屋面及直立锁边屋面系统张勇，刘钰镔，刘德鹏（沈阳远大铝业工程有限公司，辽宁沈阳110027）摘要：介绍了金属屋面的几种形式，并针对其中最常用的直立锁边屋面系统的原理及生产、施工做了简单的阐述，指出该系 统防水、保温性能好，且造价低廉。 关键词：屋面；直立锁边系统；性能；安装文章编号：1007-497X（2010）-23-0001-07 中图分类号：TU231；TU761.1 文献标识码：BMetal roofs and standing seam roof system/Zhang Yong, LiuYubin, Liu DepengAbstract: This article introduces several types of metal roofs, briefing commonly used standing seam roof system, including its working priciple, production and application. It points out the system is good in waterproof performance and insulation and cheap.Key words: roof; standing seam roof system; performance;installation1金属屋面系统分类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）。01201023 中国建筑防水屋面工程金属屋面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）。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）。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）。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 02 CBW-Roofing Engineering 2010.23金属屋面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。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。2.1.3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）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）。2.1.4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201023 中国建筑防水屋面工程 03金属屋面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 1112）。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 1314）。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）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， 04 CBW-Roofing Engineering 2010.23金属屋面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）。2.3.1 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 kPa 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 3042.2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。201023 中国建筑防水屋面工程 05金属屋面不锈钢螺钉，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）。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 35 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 5005794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。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。图 19 则展示出金属屋面系统利用板的折边变形 06 CBW-Roofing Engineering 2010.23世博会阿联酋国家馆异形金属 屋面防水设计邱泉 1，徐宁 1，任国亮 2金属屋面（1.广东省深圳市深圳南玻幕墙及光伏工程有限公司，广东 深圳518067；2.江苏省常州工程职业技术学院，江苏 常州 213164）摘要：本文介绍了有关 2010 上海世博会中阿联酋国家馆屋面工程中的防水设计，提出了解决异形金属屋面防水节点构造 的做法，总结了此类工程防水设计的经验。 关键词：阿联酋国家馆；金属屋面；防水；设计文章编号：1007-497X（2010）-23-0007-03 中图分类号：TU231；TU761.1+1 文献标识码：BWaterproofing design for profiled metal roofing system of UAE Pavilion, in World Expo, Shanghai/Qiu Quan, Xu Ning, Ren GuoliangAbstract: This paper introduces waterproofing design and related details for profiled metal roofing system of 2010 World ExpoUAE pavilion and sums up experience in waterproofing design ofthis kind projects.Keywords:UAEPavilion;WorldExpo;metalroof;waterproofing; design1工程概况1.1工程概况上海 2010 年世博会阿拉伯联合酋长国馆 （阿联 酋国家馆）位于上海世博会浦东场地的东部，邻近中 国馆。地上 1 层为展览空间，2 层用于办公、会议及贵 宾接待。展馆设计灵感源于富有传奇色彩的沙漠中陡 然起伏的沙丘。屋面