深圳**展覽中心金屬屋面系統(tǒng)的設(shè)計與施工

本文系統(tǒng)介紹了深圳**展覽中心金屬屋面系統(tǒng)的設(shè)計與施工。金屬屋面系統(tǒng)作為一種新型屋面系統(tǒng)，其除了能滿足正常的防風(fēng)擋雨的要求外，還具備了自重小、保溫、降噪、防雷及造型新穎等多方面的功能，近年來較多地應(yīng)用于體育場館、展覽館等大型現(xiàn)代公共建筑的屋面。

一、工程簡介

深圳**展覽中心位于深圳市中心區(qū)中軸線南端，南臨城市快速干線**大道，北臨城市次干道**三路，東西兩側(cè)為城市主干道**路和**路。占地面積220，000平方米，總建筑面積280，000平方米，由深圳市政府投資興建，是集展覽、會議、商務(wù)、餐飲、娛樂為一體的多功能公共設(shè)施。

本工程采用的是目前歐美各國應(yīng)用極為成功和廣泛的“Standing

Seam

Roofing

System”（立邊咬合接口屋面系統(tǒng)），屋面面板采用鋁錳鎂合金板。金屬屋面系統(tǒng)作為一種新型屋面系統(tǒng)，其除了能滿足正常的防風(fēng)擋雨的要求外，還具備了自重小、保溫、降噪、防雷及造型新穎等多方面的功能，近年來較多地應(yīng)用于體育場館、展覽館等大型現(xiàn)代公共建筑的屋面。

二、本工程設(shè)計要點：

深圳**展覽中心金屬屋面系統(tǒng)的設(shè)計是由屋面構(gòu)造設(shè)計、計算及防雷設(shè)計等幾部分組成。

1.金屬屋面系統(tǒng)的構(gòu)造設(shè)計：

本工程金屬屋面系統(tǒng)由金屬屋面、采光天窗、不銹鋼排水溝及收口附件等組成，而金屬屋面則是整個系統(tǒng)中最為重要的部分，也是設(shè)計的重點。

本工程金屬屋面根據(jù)其各部分的功能及安裝位置可分為以下四部分（參見圖3、4）：

1.1

結(jié)構(gòu)檁條層：包括鋼檁條及連接螺栓

鋼檁條設(shè)計是根據(jù)屋架的間距和風(fēng)荷載的大小來選擇截面形式，本工程采取多重鋼檁條的結(jié)構(gòu)形式，以確保結(jié)構(gòu)的安全性。40

mm高鍍鋅次襯檁與主襯檁連接，按屋面的寬度縱向連續(xù)設(shè)置，用于支撐鋁合金屋面板固定座，并形成防水層的波峰。60

mm高鍍鋅主襯檁安裝于結(jié)構(gòu)性底層壓型鋼板上，與底板垂直鋪設(shè)，用自攻釘固定于底板上，用于支撐次襯檁。70

mm高主檁條用射釘安裝于鋼結(jié)構(gòu)檁條上，用于支撐壓形鋼板層。

鋼檁條與屋頂鋼屋架的連接設(shè)計盡量采取的是機械連接的方式，避免焊接連接。一方面是為了避免對主體鋼屋架產(chǎn)生附加應(yīng)力，影響主體結(jié)構(gòu)的安全性，另一方面是由于本工程鋼屋架都具有防火要求，鋼架表面都噴有防火涂料，如果直接焊接會破壞主體鋼架的防火層，故鋼檁條與屋頂鋼屋架的連接設(shè)計采用高性能的射釘，射釘?shù)囊?guī)格及數(shù)目需根據(jù)結(jié)構(gòu)計算來確定。

1.2

壓形鋼板層：包括壓形鋼板、吸音棉

壓形鋼板采用的是沖孔鍍鋁鋅壓型鋼板，開孔的目的是利用微孔吸音的原理吸收聲波，通常其降噪系數(shù)NRC可達0.95。其底板采用153

mm高的承重式底層板，跨度6米，板側(cè)肋穿微孔，內(nèi)填超細玻璃吸音棉材料，具有結(jié)構(gòu)性及吸音性能。底板寬560

mm，側(cè)向搭接安裝于支撐主檁條上，支撐上部保溫系統(tǒng)、主次襯檁支撐系統(tǒng)、PVC防水系統(tǒng)和鋁合金屋面外層板系統(tǒng)，是屋面的結(jié)構(gòu)承重部分。1.75

mm厚的鋼底板用于屋面的邊緣區(qū)，1.5

mm厚的鋼底板用于屋面的中央?yún)^(qū)。

底層板為熱鍍鋅鋼板，雙面鍍鋅量275

g/m2，通過底板成型機在工廠輥壓成型，形成結(jié)構(gòu)承重式底層板。壓型鋼板穿孔率為20%，孔徑?準3

mm，板底涂半亞光漆，灰色RAL9006，采用粉沫噴涂工藝，在工廠加工完成。

吸音棉采用超精細玻璃棉，其容重較小，吸音效果好。

1.3

防水保溫層：包括防水卷材和保溫板

防水層是屋面防水的第二道防線，采用的是具有良好耐侯性和伸縮性的聚氯乙烯（PVC）高分子卷材，可焊接施工，每一單元的屋面焊接成一塊整體的防水層，卷材邊緣與鋼結(jié)構(gòu)交接的部位卷起搭接，用防水膠粘貼并固定，并伸入不銹鋼天溝粘貼固定。在PVC防水層下面鋪設(shè)一道鋁鉑防潮隔汽層，阻止水汽在屋面內(nèi)積聚，對屋面內(nèi)材料起到防護作用。

保溫層是屋面室內(nèi)外熱量及空氣交換的屏障，采用了聚苯乙烯擠塑泡沫板，在實現(xiàn)保溫功能的同時具有吸收屋面噪聲的功能。該層擠塑保溫板填充于屋面板與PVC防水卷材之間，起保溫隔熱作用，并支撐屋面板。之所以分兩層填充是由于支撐屋面板固定座的次襯檁條之間設(shè)有20

mm的導(dǎo)水波谷，38

mm聚苯保溫板填充于波谷，20

mm聚苯保溫板填充于波峰，便于施工。

1.4

面板板層：包括括鋁合金面面板、鋁合合金支座、絕絕緣隔離墊墊片、緊固固螺釘?shù)?/p>

AA）鋁合金金面板

鋁合合金面板是是整個屋面面系統(tǒng)的主主要防水屏屏障，采用用的是目前前國際國內(nèi)內(nèi)比較流行行的是暗扣扣直立鎖邊邊鋁錳鎂合合金板屋面面系統(tǒng)，該該系統(tǒng)具有有如下特點點：

a）

具備整體體結(jié)構(gòu)性防防水、排水水功能；

bb）

結(jié)構(gòu)簡潔潔、輕巧、安安全，在海海洋性臺風(fēng)風(fēng)、暴雨地地區(qū)尤其適適用；

c）

施工安裝裝靈活、快快速。

該系系統(tǒng)的鋁合合金面板一一方面要充充分保證防防水功能上上的要求，另另一方面還還要滿足安安全可靠及及防腐蝕性性能的要求求，所以設(shè)設(shè)計上采用用強度和防防腐蝕性能能較好的鋁鋁鎂錳合金金板（合金金狀態(tài)為H44、合金成成分為AA30004、屈服強強度≥150

MPa、抗拉強強度≥180

MPa、金屬延延伸率≥4%，表面處處理為氟碳碳預(yù)輥涂烤烤漆面），且且由于該面面板厚度較較薄，為1.0

mm鋁鎂錳鎖鎖邊壓型層層面板，故故該系統(tǒng)設(shè)設(shè)計有65

mmm高的立邊邊設(shè)置，可可使面板有有較強的總總體強度及及剛度；在在板中間沿沿縱向間距距100

mm布置的小小圓弧型加加強筋又可可使面板獲獲得足夠的的局部剛度度，可使該該面板滿足足在各種工工況條件下下的使用要要求（參見見圖8）。鋁合合金屋面板板的縫合安安裝，通過過強力電動動鎖邊縫合合機快速縫縫合，公邊邊與母邊緊緊密貼合并并緊緊扣住住固定座。由由于屋面板板肋較高，雨雨水將不能能漫過屋面面而浸水，由由于毛細現(xiàn)現(xiàn)象可能出出現(xiàn)的沿板板肋浸水則則被公邊頂頂部的一道道斷水線隔隔斷，雨水水將不能浸浸進屋面板板內(nèi)，具有有非常優(yōu)越越的防水性性能。縫合合完成的屋屋面，屋面面上沒有外外露的螺釘釘，板肋光光滑圓順，并并有足夠的的強度承受受屋面上行行人等動荷荷載。在屋屋面板下填填充滿有聚聚苯保溫板板，使整個個屋面更加加平整結(jié)實實。

B）支座

支座座為鋁合金金支座（參參見圖9），采用用具有較高高的強度及及硬度的60633-T5型鋁合金金，支座的的形狀如同同一倒立的的T字，故又又稱“T”碼。相鄰鄰的面板的的邊緣搭接接擱置在支支座上端并并通過機器器咬邊而固固定在支座座上，使面面板僅可以以沿支座滑滑動或繞支支座轉(zhuǎn)動，滿滿足由于溫溫差而引起起的伸縮要要求。由于于面板與支支座有頻繁繁的相對運運動，故支支座的上端端設(shè)計成圓圓弧形，防防止面板在在滑動時被被支座劃傷傷。支座的的下端為6

mm厚平板，預(yù)預(yù)留有螺釘釘孔，支座座的間距以以及螺釘?shù)牡臄?shù)目需根根據(jù)結(jié)構(gòu)計計算確定。

C）絕緣隔離墊片

絕緣墊片采用有足夠強度及抗老化性能的聚酰氨材料，一方面防止鋁合金支座直接接觸鋼檁條而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，另一方面可以有效減低屋面的熱傳導(dǎo)和噪聲（參見圖10）。

D）緊固螺釘

為盡量降低不同金屬材質(zhì)間的電化學(xué)腐蝕作用和工地安裝的方便，緊固螺釘采用不銹鋼的自攻自鉆螺釘，螺釘?shù)囊?guī)格及數(shù)目需根據(jù)結(jié)構(gòu)計算確定（參見圖10）。

2.金屬屋面系統(tǒng)的計算：

本工程金屬屋面系統(tǒng)的計算包括結(jié)構(gòu)計算、保溫隔聲計算及排水系統(tǒng)的計算。

2.1

結(jié)構(gòu)計算

本工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計是以概率理論為基礎(chǔ)的極限狀態(tài)設(shè)計法設(shè)計，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)取為1.1，抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計使用年限為50年。

A）面板層的校核

a）屋面板的校核：根據(jù)屋面板的跨度1.5m取最不利荷載按等跨連續(xù)梁的計算方法校核屋面板的強度及剛度。本工程屋面板的參數(shù)如下：

b）鋁合金支座的校核：根據(jù)計算出的連續(xù)梁的支座反力對鋁合金支座的強度進行校核。

c）連接螺栓的校核：根據(jù)計算出的連續(xù)梁的支座反力對連接螺栓的抗拉及抗剪強度進行校核，確定采用螺栓的數(shù)量及規(guī)格。

B）結(jié)構(gòu)檁條層的校核

a）結(jié)構(gòu)檁條的校核：按結(jié)構(gòu)檁條的跨度取最不利荷載按兩端簡支的計算方法校核結(jié)構(gòu)檁條的強度及剛度。

b）連接螺栓的校核：根據(jù)計算出的簡支梁的支座反力對連接螺栓的抗拉及抗剪強度進行校核。

C）壓形鋼板層的校核

a）壓形鋼板的校核：按壓形鋼板的跨度取最不利荷載按兩端簡支的計算方法校核壓形鋼板的強度及剛度。

b）連接螺栓的校核：根據(jù)計算出的簡支梁的支座反力對連接螺栓的抗拉及抗剪強度進行校核。

D）排水溝支架的校核

按排水溝支架的跨度取最不利荷載按兩端固支的計算方法校核排水溝支架的強度及剛度，并根據(jù)其與主體連接的方式（螺栓連接或焊接連接）來校核連接的可靠性。

2.2

保溫隔聲計算

根據(jù)所采用保溫材料的參數(shù)進行傳熱計算以確定是否滿足使用要求。

2.3

排水系統(tǒng)計算

按本工程所在地的氣象資料和根據(jù)屋面實際情況計算出的屋面匯水面積來計算確定各個排水系統(tǒng)的雨水斗型號、雨水斗數(shù)量。

3.金屬屋面系統(tǒng)的避雷設(shè)計：

防雷是建筑安全的一項基本要求，也是屋面系統(tǒng)的基本要求。通常屋面防雷做法是在屋面明敷防雷帶和防雷網(wǎng)，這種方法不甚美觀。而本工程金屬屋面系統(tǒng)中由于金屬屋面板是良好的導(dǎo)體，下面是不燃物保溫材料，按《建筑防雷設(shè)計規(guī)范》（GBJ57-2004）4.1.4條，金屬板下無易燃物，板厚≥0.5

mm時，屋面板可作為接閃器（除第一類防雷建筑物），因此只需合理的安排引下點即可達到金屬屋面防雷的要求。

具體設(shè)計時是將鋁合金支座下面的絕緣隔離墊片更換成鋁合金墊片從而構(gòu)成防雷引下點，形成金屬屋面板→鋁合金支座→鋁合金墊片→鋼檁條→屋面鋼結(jié)構(gòu)的導(dǎo)通電路，與整個建筑的避雷網(wǎng)形成電氣聯(lián)通，從而達到防雷的目的。引下點的布置每隔8

m一個，在屋面板的兩端再各作一個，以保證防雷接地的可靠性。

三、本工程金屬屋面系統(tǒng)的功能：

1.防水功能：

防水是屋面系統(tǒng)最重要的功能，由于本工程屋面設(shè)計上是縱向無接縫，且將屋面板的縱向沿著屋面的排水方向進行鋪設(shè)，只要妥善處理好檐口節(jié)點和屋面板與排水溝及天窗相交接的節(jié)點，即可杜絕漏水的發(fā)生。由于屋面板與天窗的接口比較多，處理不好容易出現(xiàn)防水隱患，在本工程中將天窗抬高，使其高出屋面板的立邊，屋面板在與天窗收口處泛起一定高度，可有效防止雨水倒灌，從而達到防水的目的。且在屋面板與保溫板之間設(shè)一道PVC防水卷材，即雙重防水，使局部可能出現(xiàn)的小浸漏被PVC防水卷材匯集排入天溝。

2.排水功能：

屋面系統(tǒng)暢通的排水功能，不僅有利于屋面的防水，而且可以避免由于屋面積水而造成的額外荷載對整個屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。

本工程屋面排水功能的實現(xiàn)主要是通過排水溝及排水管的合理設(shè)置，有效地組織雨水的排放，以保證排水通道的順暢。排水溝及排水管的位置及數(shù)量應(yīng)與屋面的大小、坡度方向等相匹配，排水溝、水斗的寬度、深度等與屋面系統(tǒng)一致，并具備相應(yīng)的抗結(jié)構(gòu)、溫度等變形的能力。

本工程排水溝主要由不銹鋼面板槽、結(jié)構(gòu)托梁（間隔布置，需保證排水溝所應(yīng)承受的荷載和上人檢修的安全）、保溫層（聚苯乙烯擠塑泡沫板）等構(gòu)成（參見圖11）。箱型梁側(cè)不銹鋼天溝比屋面板波谷低50

mm，并與橫向不銹鋼天溝焊接，具有溢流泄水的作用，避免特殊情況下橫向天溝雨水漫過屋面。在排水溝上留有預(yù)留孔來安裝雨水斗及排水管，雨水斗的大小及數(shù)量都根據(jù)計算來確定，雨水斗的底座為不銹鋼制成，直接與天溝面板焊接組裝，以保證防水的可靠。

3.保溫隔熱功能：

在屋面板與結(jié)構(gòu)檁條之間鋪設(shè)有聚苯乙烯擠塑泡沫板，能有效滿足屋面系統(tǒng)的保溫隔熱功能，該板具有以下特點：

1）輕質(zhì)：聚苯乙烯擠塑泡沫板在擠出過程中有連續(xù)均勻的表層及閉孔式蜂窩結(jié)構(gòu)，這些蜂窩結(jié)構(gòu)形成一個個小孔泡，中間的空氣不會流通。

2）吸水率低：泡沫使板材擁有優(yōu)異的不吸水性能。

3）優(yōu)異的隔熱保溫性能。

4）抗壓能力壓縮強度：能夠滿足施工上人行走的要求。

5）防火能力強且能夠滿足建筑的防火要求，達到難燃B2級別。

6）板材的邊緣有啟口，可以錯開搭接鋪設(shè)，有效避免冷橋的形成。

4.隔聲降噪功能：

在壓形鋼板上鋪設(shè)吸音棉并在壓形鋼板上開孔來利用微孔吸音的原理吸收聲波，從而滿足屋面系統(tǒng)的隔聲降噪功能。

吸音棉采用超精細玻璃棉，其特點如下：

1）化學(xué)性能穩(wěn)定，不會腐蝕其他構(gòu)造功能層；

2）玻璃棉無渣球和粉底粉塵，降低了對施工人員健康的影響；

3）均勻、纖細而數(shù)量巨大的玻璃纖維對制品中的空氣產(chǎn)生了極大的粘滯阻力，徹底杜絕空氣的對流導(dǎo)熱，同時面層的隔熱鋁箔也起到了減少輻射熱；

4）玻璃棉是不燃產(chǎn)品，符合防火A級；

5.采光功能：

本工程屋面系統(tǒng)采光功能的實現(xiàn)主要是通過在屋面開設(shè)玻璃天窗及百頁天窗來實現(xiàn)，其中天窗的設(shè)計還應(yīng)兼顧排煙和通風(fēng)的功能。

6.防雷功能。

四、本工程的施工工藝

1.金屬屋面的加工

1）鋼結(jié)構(gòu)的加工

金屬屋面的鋼結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)檁條及壓形鋼板等）需在工廠進行加工，以確保良好的加工精度。

2）屋面板的加工

屋面暗扣直立鎖邊鋁錳鎂合金板的加工是通過工地現(xiàn)場輥壓加工中心軋制成型，其加工步驟如下：

A）設(shè)備就位：鋁合金板塊加工設(shè)備可吊至屋面水平高度，板塊加工成型后即可直接進行鋪設(shè)，在加快工程進度的同時減少了材料的堆放場地及運輸。

B）設(shè)備調(diào)試：加工設(shè)備吊裝就位后，必須根據(jù)壓板工藝的要求調(diào)整位置并吊裝穩(wěn)固。在開工前三天進行設(shè)備的調(diào)試及試生產(chǎn)，調(diào)整設(shè)備的參數(shù)直至能夠生產(chǎn)出合格的面板。

C）上料：生產(chǎn)屋面板的原材料為鋁卷，每卷重約2噸，需通過吊裝設(shè)備將鋁卷送至加工設(shè)備。鋁卷應(yīng)堆放在架空的支架上，保持通風(fēng)和干燥，避免因潮濕影響鋁卷表面質(zhì)量。

D）壓板成型：加工設(shè)備的出板方向設(shè)有輥軸支架，長約10米，當擠壓出的屋面板超過1