曲面屋頂之金屬屋面形式研究

蔡怡文 鐘楊君

摘要：隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展，人們物質(zhì)文化水平的不斷提高，建筑工程行業(yè)也發(fā)展地越發(fā)成熟，不管對建筑的形式還是功能，都有了更高的需求。金屬屋面作為一種新的屋面形式，與現(xiàn)代建筑高度融合，成為常用選項之一。本項目為鋼結(jié)構(gòu)飛碟形辦公樓，曲面屋頂成為建筑的第五立面，美觀度要求較高。本文針對可供選擇的金屬屋面優(yōu)劣勢進(jìn)行研究，探討最合適本項目的金屬屋面形式，為行業(yè)內(nèi)同類型項目建設(shè)提供參考與借鑒，希望能對建造適用、經(jīng)濟、綠色、美觀的新時期建筑起到促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：金屬屋面;光伏屋面;曲面屋頂

1.金屬屋面的市場需求

隨著奧運會、亞運會、世博會等國際賽事和國際會議的舉行，我國體育場館建筑和會議會展建筑大量興建，其建筑往往選擇球狀或弧形屋面以顯示標(biāo)志性;隨著地區(qū)經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，作為區(qū)域經(jīng)濟連通的高鐵站、飛機場等重要交通樞紐建筑成為必選項，其建筑也往往選擇流暢的曲線線條來突出速度感;隨著企業(yè)逐漸做大做強，龍頭企業(yè)不斷顯現(xiàn)，往往需要建造更符合企業(yè)精神的高端辦公總部，其建筑也越來越多選擇曲面屋頂來彰顯企業(yè)的高追求。

以上這些建筑往往造型新奇、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、規(guī)模龐大，大部分都是標(biāo)志性建筑，外形更具有創(chuàng)新性。屋面工程作為建筑中非常重要的分部工程，除了滿足建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用功能的要求，開始作為第五立面，承擔(dān)更多的美觀度要求。傳統(tǒng)的屋面如瓦屋面和混凝土屋面，以遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)在的建筑形式需求。21世紀(jì)以來，隨著新材料、新產(chǎn)品、新技術(shù)的研究開發(fā)和推廣應(yīng)用，金屬屋面系統(tǒng)技術(shù)越來越成熟，在與體育場館、文化會展、交通樞紐、商業(yè)建筑等曲面屋頂項目上結(jié)合得非常好。

此次研究以某高端企業(yè)總部的飛碟形辦公樓為例，探究金屬屋面在曲面屋頂項目上的應(yīng)用情況，為廣大建筑設(shè)計從業(yè)者提供參考，促進(jìn)交流，一起為響應(yīng)發(fā)改委提出的嚴(yán)禁建設(shè)丑陋建筑，建造適用、經(jīng)濟、綠色、美觀的新時期建筑而努力，讓城市更美好。

2.項目介紹

項目為懸挑展開的飛碟形辦公樓，屋面為流暢的曲面屋頂，面積達(dá)1萬多平方米。建筑整體采用鋼結(jié)構(gòu)，以達(dá)到其接近極限的懸挑長度。為保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和功能的需要，屋面放棄采用傳統(tǒng)的混凝土屋面板，選擇金屬屋面。此項目關(guān)于金屬屋面的選擇，有3個主要的方向：1.單層金屬屋面、2.雙層金屬屋面、3.光伏金屬屋面。關(guān)于屋面高度，總體需要550-750mm的高度，其中自下到上，分別為200mm檁條、35mm底板、100mm巖棉保溫層、25mm面層、65mm肋高、200mm裝飾層（如外裝飾陽極鋁板）。

3.金屬屋面的種類

3.1單層金屬屋面

單層金屬屋面材料市面上主要有2種選擇，鍍鋁鋅鋼板和鋁鎂錳合金板。其中鍍鋁鋅鋼板的底材是冷軋鋼板，基材不防腐，靠油漆涂層和鍍鋁鋅鍍層防腐保護(hù);且不容許涂層在施工和運輸過程中有任何損傷，否則鋼板極易被腐蝕;在普通環(huán)境下使用壽命為10-20年。市面上幾乎所有采用鍍鋁鋅鋼板的屋面都有或多或少的生銹情況，特別在切邊、折彎、打釘處。后期維修保護(hù)，一般會在板扣合處和打釘處貼柔性材料用于防水。

鋁鎂錳合金板的主要優(yōu)勢為基材防腐，耐海洋鹽霧環(huán)境，耐久性強，壽命可達(dá)50年。在曲面的轉(zhuǎn)折處，就算彎弧半徑過小，也能做到光滑成弧，這是鋼板屋面所達(dá)不到的。但純材料上的造價，比鍍鋁鋅鋼板貴10%左右。

此項目飛碟形金屬屋面由扇形板拼成，寬度尺寸有300mm、400mm、500mm。如500mm扇形板，最寬一端是500mm，最窄一端可以做到200mm。

3.2雙層金屬屋面

雙層金屬屋面，比單層金屬屋面多了一個裝飾層。雙層金屬屋面系統(tǒng)可以滿足在幾何形狀建筑面上使用各各類裝飾板的需求，如金屬板、百葉、石材等。裝飾板的連接固定，無需在防水板上打孔。它能夠滿足隔聲或保溫性能的要求。此項目擬采用3mm厚氟碳噴涂裝飾鋁單板，底部加龍骨，龍骨高出屋面板150—200mm。

3.3光伏金屬屋面

光伏金屬屋面，即金屬屋面與光伏系統(tǒng)結(jié)合，屋面厚度一般控制在1000-1200mm。運行模式為：在有太陽輻射的條件下，太陽能組件將太陽能轉(zhuǎn)換為電能輸出、經(jīng)過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由逆變器逆變成交流電供給負(fù)載，多余或不足電力通過連接電網(wǎng)調(diào)節(jié)。其安裝方式可選擇分開式獨立安裝，也可選擇與建筑物同時設(shè)計安裝。分開式獨立安裝方式，美觀性較差，一般用于廠房屋頂。此項目擬選擇同時設(shè)計安裝的方式，也稱為建材型太陽能光伏建筑，能保證屋面的平整度，美觀性更高;防滲漏性和抗風(fēng)性能更加優(yōu)越，保證耐久年限。選擇光伏金屬屋面的優(yōu)點，主要便是經(jīng)濟節(jié)能：1.業(yè)主自行投資建設(shè)，后期用于自身建筑用電，節(jié)能減排;2.可與廠家合作，由廠家來投資建設(shè)，所產(chǎn)生的電量打折出售給業(yè)主使用，減緩前期投資壓力。

缺點主要有：1.光伏金屬屋面需要定期清理。清洗頻率由表面污染程度和發(fā)電效率決定;2.光伏板顏色為深藍(lán)色，接近黑色，無其他顏色選擇，若屋面本身選擇較淺顏色，則對比過于明顯;2.形狀為寬約1米，長約2米的矩形，無法做成扇形、三角形等其他形狀，特別是在異性屋面和曲面屋面上，只能一塊塊拼接擺放，與屋面邊角無法高度契合，降低美觀度。

4.結(jié)語

在此飛碟形辦公樓項目中，業(yè)主在追求造型美觀的同時，也極力控制造價，故最先放棄了影響效果的光伏金屬屋面;最終結(jié)合地面150米人視角度，在外沿可見范圍內(nèi)，局部采用了造價較高的雙層金屬屋面，內(nèi)沿選擇了造價較低的單層金屬屋面。

如今越來越多的建筑采用金屬屋面，技術(shù)成熟，可選擇性較多。作為建筑設(shè)計階段，建筑師應(yīng)結(jié)合各種金屬屋面的構(gòu)造層次先確認(rèn)好需要的尺寸，再進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計過程中，也應(yīng)及時與廠家溝通，了解其局部構(gòu)造節(jié)點，如天溝和天窗處理，保證建筑的可實施性;更應(yīng)結(jié)合業(yè)主需求，在保證建筑效果的同時，尋求性價比最高的最佳解決方案。

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