天長(zhǎng)市全民健身中心體育館金屬屋面體系選型與設(shè)計(jì)

劉毛方，孟磊 （安徽省金田建筑設(shè)計(jì)咨詢有限責(zé)任公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

二十世紀(jì)九十年代以來(lái)，在經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和人民生活水平日益提高的背景下，各種體育館、會(huì)展中心、高鐵站如雨后春筍般遍地開(kāi)花。這些大跨空間結(jié)構(gòu)一般選用金屬屋面板體系。前些年，鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面板系統(tǒng)由于其造型靈活、耐久性、防水性能好等優(yōu)點(diǎn)，在體育館、會(huì)展中心等項(xiàng)目屋面及維護(hù)結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)對(duì)于這種屋面系統(tǒng)的防水、保溫以及抗風(fēng)揭受力性能等[1]均已做過(guò)很全面地研究。

近年來(lái)，由于建筑師追求造型的復(fù)雜和美觀，傳統(tǒng)的鋁鎂錳屋面板由于其外觀存在一定的金屬紋理，且顏色的局限性，故在一些大型項(xiàng)目中需要在傳統(tǒng)的屋面板構(gòu)造上增加一層金屬裝飾板。比較常用的體系為T(mén)PO防水卷材加裝飾板屋面構(gòu)造體系，TPO防水卷材即熱塑性聚烯烴類(lèi)防水卷材，該產(chǎn)品具有抗老化、拉伸強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率大、潮濕屋面可施工、外露無(wú)須保護(hù)層、施工方便、無(wú)污染等綜合特點(diǎn)，十分適用于作為大型金屬的防水層。但是TPO卷材屋面體系存在構(gòu)造復(fù)雜，施工期間漏水隱患點(diǎn)多，施工質(zhì)量要求高等缺點(diǎn)，故如何揚(yáng)長(zhǎng)避短，充分發(fā)揮TPO卷材屋面防水體系的優(yōu)點(diǎn)是亟待解決的問(wèn)題。

2 常用金屬屋面體系的分類(lèi)與對(duì)比

2.1 鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面體系

鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面板系統(tǒng)[1]經(jīng)特別設(shè)計(jì)后，由形成相互咬合的金屬件組成核心部分的直立鎖邊板型構(gòu)造（圖1a）,直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)相鄰的屋面板通過(guò)鋁合金支座來(lái)連接和固定，板塊間通過(guò)直立鎖邊的構(gòu)造相互咬合，形成可靠、緊密的連接(圖1b)。板型的彎折槽構(gòu)造能使屋面板塊縱向滑動(dòng)，不僅能釋放板材熱脹冷縮帶來(lái)的溫度應(yīng)力，又兼具防水效果。鋁鎂錳金屬屋面板系統(tǒng)的構(gòu)造及安裝后效果如圖1c、1d所示。

圖1 鋁鎂錳金屬屋面示意

2.2 TPO柔性防水卷材屋面體系

TPO柔性防水卷材一般鋪貼在屋面的保溫板材上，卷材之間搭接采用熱風(fēng)焊接。屋面裝飾板一般為鋁板，鋁板龍骨由下部升上來(lái)的小圓柱支撐，由于小圓柱要穿過(guò)TPO防水卷材，故需在小圓柱四周附加TPO成品套筒來(lái)補(bǔ)強(qiáng)防水。

圖2 TPO柔性防水卷材屋面示意

圖3 不可滑動(dòng)鋼板體系示意

2.3 不可滑動(dòng)鋼板體系

不可滑動(dòng)鋼板體系在日本公共建筑已經(jīng)應(yīng)用20余年。近年來(lái)引進(jìn)到國(guó)內(nèi)，相比于直立鎖邊系統(tǒng)，其屋面板不可滑動(dòng)，不存在累計(jì)滑動(dòng)量。故其強(qiáng)度高、抗風(fēng)揭能力強(qiáng)，結(jié)構(gòu)安全性高。

3 工程實(shí)例

天長(zhǎng)市全民健身中心體育館總建筑面積37926m2，地下一層,地上局部三層，屋蓋整體呈鉆石切割狀，屋蓋完成面最高點(diǎn)28m，最低點(diǎn)21m。建筑效果圖見(jiàn)圖4所示。屋面裝飾板分割為三角形的鋁板和玻璃幕墻相結(jié)合。建筑屋面防水等級(jí)為一級(jí)。根據(jù)《建筑金屬維護(hù)系統(tǒng)工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T473-2019）規(guī)定，屋面防水等級(jí)為一級(jí)時(shí)，防水構(gòu)造為金屬板+防水層，但采用全焊接金屬屋面時(shí)，在有技術(shù)保證的情況下，可直接作為一級(jí)防水，本工程由于建筑外形需要，鋁鎂錳屋面體系已不適用，可選的只有單層防水卷材屋面體系[2]，但是由于屋面鼓起的8個(gè)三角錐體坡度很大，適合的防水體系只有TPO柔性防水卷材。由于業(yè)主對(duì)屋面防水要求很高，原設(shè)計(jì)方案決定采用鋪貼2道1.5mm厚的TPO卷材構(gòu)成一級(jí)防水體系。但是經(jīng)過(guò)仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)，支撐上部裝飾板的TPO套筒有上萬(wàn)個(gè)，此處會(huì)形成漏水隱患，同時(shí)屋面鼓起的三角錐體面積很大，在施工該部分龍骨時(shí)，如保護(hù)措施不當(dāng)，很容易對(duì)下面鋪設(shè)的TPO造成破壞，成為漏水隱患點(diǎn)，一旦竣工后漏水，將無(wú)法修補(bǔ)，造成不可挽回的后果。

圖4 天長(zhǎng)市全民健身中心體育館

圖5 體育館屋面平面圖

在仔細(xì)分析了本項(xiàng)目特點(diǎn)以及參考其他項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，本工程設(shè)計(jì)了一種不可滑動(dòng)鋼板與TPO相結(jié)合的屋面板防水體系。即在傳統(tǒng)的TPO卷材上部鋪設(shè)一層直立鎖邊的鍍鋅鋼板，此部分鋼板即可作為T(mén)PO卷材的保護(hù)層，也相當(dāng)于增加了一道剛性防水。同時(shí)，直立鎖邊的咬合處通過(guò)專用的配套夾具作為裝飾鋁板的龍骨支撐，不用破壞TPO防水體系，可謂一舉三得。圖6為該體系的構(gòu)造詳圖。

圖6 不可滑動(dòng)鋼板加TPO防水卷材屋面體系剖面圖

但是實(shí)際施工中，由于屋面鼓起的三角錐體為三個(gè)斜面，如何實(shí)現(xiàn)鋼板鎖邊的連續(xù)以達(dá)到預(yù)期的效果是個(gè)難點(diǎn)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)過(guò)與專業(yè)廠家的不斷討論，最終確定的斜屋面的鋼板鎖邊過(guò)程如圖7所示。

圖7 不可滑動(dòng)鋼板加TPO防水卷材屋面體系三維解析圖

由圖7可以看出，直立鎖邊鋼板均垂直屋脊方向鎖邊，三個(gè)斜面的鎖邊均在屋脊處相交。同時(shí)，在屋脊處設(shè)置堵頭，上蓋防水板，由于屋脊最高點(diǎn)為三角錐體的頂，故最尖頂處防水板為一個(gè)異形的三維立體蓋板，此蓋板須工廠預(yù)制，三維放線確定。鎖邊的鋼板與裝飾鋁板龍骨通過(guò)H66鎖夾固定。從圖7構(gòu)造可以看出，該體系直立鎖邊咬合密切。屋脊處增設(shè)的防水板構(gòu)造合理，可以完好地保護(hù)TPO防水卷材，并為屋面增加了一道剛性防水。理論上可以達(dá)到二道防水的效果，同時(shí)增加這層鎖邊鋼板造價(jià)低，使用效果好。

4 結(jié)論

①鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面板板塊間通過(guò)直立鎖邊的構(gòu)造相互咬合，可形成可靠、緊密的連接，具有良好的防水效果，當(dāng)屋面造型不復(fù)雜且坡度不大時(shí)，可優(yōu)先選用。

②TPO防水卷材具有抗老化、拉伸強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)率大、施工方便、無(wú)污染等綜合特點(diǎn)，在有可靠的施工保護(hù)措施時(shí)，十分適用于作為大型金屬的防水層。TPO外部增設(shè)建筑裝飾板，可達(dá)到良好的外立面效果。

③本文所提出的不可滑動(dòng)鋼板和TPO防水卷材相結(jié)合的屋面體系，既保證了建筑的立面效果，又保證了防水效果，確保了施工質(zhì)量，在屋面造型復(fù)雜，坡度大時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。