金屬屋面設計需考慮的一些問題

隨著現代科學技術的發展和設計理念的創新，一些具有良好性能的金屬被開發成新型的屋面建筑材料，廣泛地應用于機場、車站、體育場館、會展中心、博物館、文化中心等城市標志性建筑，并逐漸向普通建筑擴展。與傳統屋面相比，金屬屋面的設計和聯結構造有著顯著的不同，設計時在許多方面需要認真考慮。

一、金屬屋面的常用材料種類及特性

1 鈦鋅板——主要成分是金屬鋅，加上少量的鈦、銅、鋁混合冶煉而成的鈦鋅合金板。具有極佳的柔韌性，延展性、多樣性，極強的“自愈”功能，使用壽命可達100年之久。有原色、預鈍化板(藍灰色、青銅色)類型。

2 鋁合金板——常用鋁鎂錳合金板。強度高、重量輕、延展性和導電性好，具有抵抗多種酸性侵蝕的能力，連接方便(可鉚、焊)，材質具有超過40年的使用壽命。種類分為非涂層產品(無規則錘紋和有規則壓花紋樣)和涂層產品(聚氯酯、聚酯、環氧樹酯、氟碳等涂裝鋁板和預輥涂鋁板)。

3 純鈦板——純鈦含量達99.97％。具有無可比擬的物理優越性能：強度高、質量輕、密度小、耐酸堿，極高的強度重量比。有原鈦、發絲或錘紋處理、氧化膜發色類型。

4 銅板——采用無磷去氧還原銅。在所有金屬中銅的延性最好，其加工性能不受溫度的限制，低溫不變脆，具有良好的可焊性和防火不燃性，超凡的穩定性和抗腐蝕性。有原銅(紫包)，預鈍化板(咖啡色，綠色)，鍍錫銅類型。

5 不銹鋼板——含鉻量不少于11％的鐵合金。具有良好的加工性能，超強的耐腐蝕性能。表面有金屬光澤質感。

6 鍍鋁鋅鋼板——鍍鋁鋅鋼板的鋁鋅合金結構是由55％鋁、43.4％鋅與1.6％硅在600℃高溫下固化而組成，其整個結構由鋁鐵－硅－鋅，形成致密的四元結晶體，從而形成一層強有效防止腐蝕因子透穿的屏障。具有良好的耐腐蝕性、耐熱性、反射性和上漆性。

7 各類復合板——鈦鋅復合板、鈦銅復合板、銅鋁復合板等。在一層金屬板上覆以另外一種金屬板，以達到在不降低使用效果(防腐性能、機械強度等)的前提下節約資源、降低成本的效果。具有復合金屬的共同特性。

8 壓型鋼板——采用鍍鋅鋼板、冷軋鋼板、彩色鋼板等作原料經輥壓、冷彎成形。具有輕質高強、施工方便、抗震防火等優點。

二、金屬屋面的主要優點

1 優越的防水性能：金屬內部構成的致密性使其具有天然良好的防水性能。

2 具有出眾的力學性能：金屬材料具有強度高、重量輕、承載力大的特點。

3 良好的防火性能：耐火等級高，不易燃燒。

4 經久耐用：適用于多種環境，抗腐蝕性強，即使在嚴重污染的地區仍有很長的使用壽命。

5 維護性好：一般不需要維護，不需要著色。

6 美學效果：展現豐富多彩的建筑風格，滿足設計師具有挑戰性的建筑外觀要求。

7 自潔性：屋面可完全依靠雨水自然清洗。

8 有利于環境保護：可再循環利用，具有很高的回收利用價值。

三 金屬屋面系統的分類

矮立邊咬合系統：使用咬合技術，將預制金屬板塊或板條通過板塊的折邊邊肋的咬合聯接起來，而掩藏在鎖邊內部的金屬扣件則把面板和基層牢固地聯系在一起。咬合方式有立邊咬合、轉角咬合和扣蓋咬合。標準立邊高度25mm，適用于屋面坡度≥3°。

高立邊咬合系統：板塊與板塊通過直立鎖邊的咬合形成密合的連接，再采用其特有的鋁合金固定支座，將屋面板塊與支承結構連接起來。板塊有標準板、梯形板、弧形板等。可根據工程需要現場生產無需縱向搭接的不間斷長板。整體結構性防水、排水功能良好，無須化學嵌縫膠，免除污染與老化問題。立邊咬合系統廣泛運用于坡屋面及弧形屋面(拱曲、凹曲、雙曲等)。三維彎弧特異造型為建筑師提供具有挑戰性的靈活設計空間。直起肋邊高達65mm，屋面坡度最小可達1.5°，在海澤陛臺風、暴雨地區尤其適用。

平鎖扣系統：將板材加工成瓦片，瓦片的四邊折起(向前折的兩個上邊、向后折的兩個下邊)，形成板塊與板塊扣接，板塊通過金屬扣件固定在下層支承結構上。有方形、矩形、菱形等瓦片形狀。平鎖扣系統具有古典建筑風格，層次感強，視覺效果突出。適用于≥30°以上的坡屋面。

其它：明扣系統、暗扣系統、古典式扣蓋系統、整體平屋面系統、壓型板系統等等。

四、金屬屋面設計需考慮的一些問題

金屬屋面設計包括屋面板、支承結構及其聯接構造三部分。屋面作用荷載有永久荷載(屋面板、保溫隔熱層等自重)， 可變荷載(包括屋面均布活荷載、雪荷載、積灰荷載、風荷載等)、偶然荷載(地震作用和其他意外事故產生的荷載)。對此需要根據屋面荷載情況及其不利組合按承載能力極限狀態和正常使用極限狀態進行設計計算，以滿足強度、穩定性和撓度變形要求。設計計算可按現行《鋼結構設計規范》、《門式剛架輕型房屋鋼結構技術規程》和《輕型鋼結構設計規程》(上海市)等進行，在此不作詳述。下面闡述屋面設計時需要考慮的一些其它問題。

1 屋面防雷

防雷是建筑安全的一項基本要求，金屬板屋面容易遭受雷擊，所以在防雷方面則比普通屋面的建筑物有更高的要求。防雷系統設計一般包括六大要素：建筑物外部、內部防雷裝置的接閃功能；引下線的分流效果；建筑物內各部位的均衡電位；內部各種設備的屏蔽保護作用；接地效果；內部各種線路的合理分布。一般采用避雷針、避雷網、避雷帶三種措施。金屬屋面系統的避雷設計可利用金屬屋面板是良好的導體這一條件，形成金屬屋面板→支座→墊片→鋼檁條→屋面鋼結構的導通電路，與整個建筑的避雷網形成電氣聯通，從而達到防雷的目的。

2 保溫隔熱

保溫通常是指圍護結構在冬季阻止由室內向室外夏季由室外向室內傳熱，隔熱通常是指圍護結構在夏季隔離太陽輻射熱和室外高溫的影響，從而使室內保持適當溫度的能力。由于金屬的導熱性強，室內溫度易受外部環境溫度變化的影響，因此，金屬板屋面通常需在屋面板與支承結構之間鋪設保溫隔熱層以滿足屋面系統對保溫隔熱的要求。保溫隔熱層厚度需通過熱工計算確定。

3 隔音降噪

為了避免機場、市中心附近等區域噪音及雨滴沖擊屋面對室內的影響，通常需要將聲音阻隔在室外，為了避免機房等噪音向室外傳遞也需要將聲音阻隔在室內。因此對金屬屋面需要進行隔音降噪設計。一般結合保溫隔熱采用高密度保溫層、多密度保溫層、高密度防潮板等來達到所需要的隔音效果。

4 吸音降噪

由于金屬可以反射幾乎全部聲能，聲波不斷地被反射而產生回聲和混響，給人以單調、不豐滿的感覺，影響聽覺效果，因此在會堂、影劇院、體育場館等采用金屬屋面的建筑中應進行吸音降噪設計。通常在壓形鋼板上鋪設吸音棉并在壓形鋼板上開孔，利用微孔吸音的原理吸收聲波，從而滿足屋面系統的吸音降噪功能。

5 防潮和防冷凝結露

由于鋼板的熱傳導系數很高，當室內外溫差較大而室內水蒸氣飽和度較高時，室內的熱空氣上升到鋼板屋面遇冷產生凝結，形成滴水現象。如果保溫材料受潮，其導熱性能將明顯增加，而保溫性能則大為降低。因此在金屬屋面中一般需要設防潮膜以限制建筑物內部的水氣進入屋頂，避免保溫材料受潮和冷凝現象的出現。防潮膜應置于建筑物的暖面，并保持表面搭接的連續性，所有搭接、開洞處和四周必須全面密封，并使屋面系統能夠呼吸，以除去屋頂內部的濕氣。

6 負風壓作用

在空氣流體作用下，建筑物背風面或者某些復雜體型建筑的屋面上會產生負壓強因而受到吸力的作用。在屋面設計時負風壓容易被忽視，而有時往往卻起控制作用。因此在設計時要注意負風壓作用下屋面板、檁條及其聯接的驗算，避免強度、穩定性等不足，或者固定不牢固而可能發生聯接脫落。

7 屋面板固定點

為了控制熱伸縮方向和避免板材向下滑移，應注意屋面板固定點的設置。固定點應根據設計需要設置，通常安裝在屋脊位置，這樣允許在屋檐處發生熱伸縮。

8 擋雪桿

避免屋面積雪滑落沖擊天溝、檐口等部件以及對路面行人、物品的威脅，通常需在屋面上設置擋雪桿。

9 屋面板咬合搭接方向

屋面板咬合搭接方向要順應建筑物所在區域的長年主導風向。

建筑物所處環境不同則其所遇到的問題也不同，以上問題應根據所設計建筑物的具體情況分析考慮。