鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統淺析

楊廷海 趙 鵬 盛 輝

北京佑榮索福恩建筑咨詢有限公司

1 引言

隨著我國經濟突飛猛進的發展，一些大型體育場館、機場、展示場館及高鐵站房[1]等建筑物不斷涌現，如首都機場T3航站樓、北京汽車博物館、津秦客運專線唐山火車站站房等大跨度公共建筑中輕型鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面憑著其色彩豐富的外觀、優異的結構防水性能、優良的抗風性能、施工的方便快捷以及良好的保溫降噪的特點，得到了廣泛應用。本文主要結合北京汽車博物館工程，針對鋁鎂錳合金直立鎖邊金屬屋面系統的結構特點與施工技術進行研究。

2 工程概況

北京汽車博物館屋面為一只“眼睛”的造型。有以開放和包容的視野看世界的寓意（圖1）。

圖1 北京汽車博物館模型圖

其結構由裝飾鋁板、鋁鎂錳直立鎖邊金屬板與保溫巖棉、吸音棉及壓型鋼板組成。

3 北京汽車博物館項目鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統基本構造

對于各層面的球面設計，采用了三維空間設計的方式，采用空間坐標定位等準確實現幾個層面的位置關系，如圖2所示。

圖2 立體節點圖

（1）外層是裝飾鋁板。（2）中層為鋁鎂錳直立鎖邊金屬板和保溫巖棉，采用扇形分格，通過空間坐標定位確定面材及龍骨位置與弧度。（3）內層為壓型鋼板和吸音棉，亦采用扇形分格，通過空間坐標定位確定面材及龍骨具體位置曲度弧度等。

3.1 主要材料

（1）裝飾鋁板：3mm板單板，材質5005-H34。（2）防水板：1.0mm鋁鎂錳合金直立鎖邊板。（3）承托板：0.5mm彩色鍍鋁鋅壓型鋼底板。（4）泛水板：2mm氧化鋁板。（5）鋁型材：陽極氧化處理。材質為6063A-T5。（6）鋁管：Φ50×5mm圓鋁管，表面陽極氧化。（7）鋼型材：C型檁條200mm×70mm×20mm×3mm，表面氟碳噴涂處理。轉接鋼件，材質Q235B，表面熱浸鍍鋅。（8）密封膠：單組分，黑色。（9）其他：25mm吸音棉（外包黑色玻璃絲布）、100mm保溫棉、鋼制連接件、連接緊固件、隔離墊片等。

3.2 構造設計（圖3）

圖3 基本節點

3.2.1 主次檁條連接設計

總包負責主體鋼結構，主、次檁條由幕墻施工單位施工。主檁條與主體鋼結構通過鋼制轉接件連接。沿球面的經線設置。轉接件設計長條孔，采用螺栓連接。次檁條通過螺栓連接到主檁條上。次檁條也設計有長條孔，通過長條孔設計即加強了抗震形變能力又可消除幕墻的伸縮噪聲。

3.2.2 壓型鋼板與吸音棉的連接設計

壓型鋼板位于主檁條的頂部，通過不銹鋼自攻自鉆釘與主檁條連接。不銹鋼自攻自鉆釘釘帽處使用防水墊圈，并采用耐候密封膠進行密封。壓型鋼板需由下往上豎向排布，壓型鋼板通過相鄰的波峰（或波谷）實現橫向搭接，豎向由上而下搭接，搭接量約50mm～80mm為宜。隔音層采用無機纖維噴涂25mm厚吸音棉。在壓型鋼板上平鋪吸音棉，需要拼接密實且不要留有縫隙，宜錯開搭接。吸音棉與檁條也要不留有縫隙，壓型鋼板宜開設用來消音的孔以保證吸音效果。

3.2.3 鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板和保溫巖棉的連接設計

鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板和保溫棉應按先保溫后防水的安裝順序。采用100mm厚保溫巖棉。使用鋼絲與次檁條連接，鋼絲起到承托作用，保溫巖棉平鋪在鋼絲上。同時在橢圓球的下半部，也采用鋼絲在外側拉設鋼絲，以保證保溫棉固定的穩固。保溫巖棉鋪設同吸音棉搭接密實不留縫隙。

鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板的連接設計：由于屋面扭曲，導致局部板寬變化，板肋產生側偏現象，局部設計上窄下寬的扇形板來解決，避免采用全部直板時，屋面最大扭曲部位板肋需側偏。若用直板則不能連續鋪設覆蓋屋面，如強行安裝，存在鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板受損，導致重大漏水安全隱患。鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板的固定，首先是將鋁合金固定座用高強不銹鋼螺釘固定于鍍鋅檁條上翼緣，再將屋面板扣在鋁合金固定座的梅花頭上，最后用電動鎖邊機將屋面板的搭接邊咬合在一起[4]。

屋面板在實際工程中要通長安裝，不許搭接[2]，由于板比較薄，在加工、運輸、安裝過程中，易造成各種損壞現象，導致滲漏隱患。所以屋面板通常是現場加工安裝（圖4）。

圖4 現場壓型

收邊、泛水、伸縮等是金屬屋面常見的問題，本工程采用了2mm泛水板與屋面板連接搭接，并在此部位打膠密封，保證泛水板既能伸縮自如又保證整體結構的防水性能。

3.2.4 裝飾鋁板的設計

裝飾鋁板采用方形，鋁單板通過螺釘與鋁合金副框連接。曲面通過裝飾鋁板折線拼裝來完成。通過三維空間設計的方式，采用空間坐標定位，從而明確各板塊的實際尺寸規格。在曲率較大部位鋁板采用冷壓或接技術保證板塊安裝效果。

3.2.5 裝飾鋁板的連接設計（圖5）[4]

裝飾鋁板通過鋁合金副框及角鋁與鋁板幕墻龍骨連接，鋁板幕墻龍骨通過鋁合金特殊夾具固定在屋面板T型固定支座上。角鋁通過連接螺栓與鋁合金副框固定，在角鋁立板上，設計豎向長條孔，用以實現調整高度。角鋁預先安裝在鋁合金副框上。裝飾鋁板通過鋁合金壓板與鋁板幕墻龍骨連接。此結構即滿足安裝過程中三維調整，又通過角鋁與裝飾板塊的自由調節實現各個自由度方向的轉運，從而大大提高了幕墻的溫度變形和抗震變位能力。同時，在角鋁立板上還開有條紋，與螺母墊圈配合使用，達到板塊的限位和固定作用。

3.3 防水設計

排水與防水性能是屋面系統工程的關鍵。本工程外層是裝飾鋁板，下層鋁鎂錳合金直立鎖邊板實現防水。此防水板使用專用機器進行鎖邊，不需要用螺釘穿透屋面板，也不需要使用防水密縫膠，即可形成一個防水及抗風的整體[1]，肋高采用65mm，具有更理想的防水性能。從以下三個部分介紹如何保證水密性能。

3.3.1 鋁鎂錳合金直立鎖邊板系統讓雨水有序收集排放

鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板由上至下分層設計，板與板間通過對泛水節點處理形成環向伸縮縫，使上下層板既能伸縮自由又密閉良好，具有良好防水和保溫性能。弧形扇面屋面板肋高65mm，板面寬度400mm，確保雨水順利排出。經計算，此系統可抵御每小時79.2mm的強降雨而不出現滲漏。

3.3.2 在殼體的最大橫剖面上四周設有集水槽

集水槽采用3mm厚316不銹鋼板加工，集水槽寬500mm，高250mm，一邊設計在鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板內部，收集順鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板流下的雨水。

采光天窗與屋面板交接收口處設有泛水的2mm氧化鋁板，從天窗排下的水沿著屋面防水板進入周圈排水溝（圖6）。

3.3.3 在集水槽上周圈均布Φ150mm的不銹鋼落水管（圖7）

落水管沿直立鎖邊屋面板曲線布置。落水管與集水槽可靠連接，保證水密性能。

綜上所述，使雨水有序排出，保證系統水密性能。

3.4 抗風荷載能力

鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面通過調整支撐檁條間距及T型支架距離，能夠滿足較強的抗風荷載要求。有研究模型試驗表明，鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統，風壓小于風揭極限荷載前，屋面板支座與屋面板鎖縫處連接較好，沒有發生咬合松弛；但接近或達到風揭極限荷載時，會產生塑性變形，最終導致風揭破壞。所以，為提高金屬屋面系統的整體抗風揭強度，應著重提高鎖邊處的咬合力，例如可以優化鎖邊咬合方式或者在無支座處的跨中位置增設抗風夾等措施來提升系統抗風揭能力[3]。

4 結束語

直立鎖邊金屬屋面系統耐腐性強，對建筑物復雜造型有很好的適應性，并可通過現場制板，所以制作長度可以達到整個跨度，避免搭接節點，大大減少雨水滲漏的可能性。目前作為一種較成熟的建筑幕墻系統，值得廣泛的推廣與應用，希望能給類似工程提供一些參考。