金属屋面

多功能直立锁边铝镁锰合金金属屋面施工工法前言直立锁边滑动式铝合金屋面系统是现代公共建筑中一种新型的屋面或墙面维护体系。系统是由维护结构支撑体系和维护组成。维护结构支撑体系的组成有：钢支座、檩条系统、铝合金支座。而维护的组成有：底板或打孔底板、吸音部分、防潮部分、保温隔热、隔音、二次防水、防雷接地、屋面板部分。前言这种体系具有质量轻、强度高、耐腐蚀、又可消化温度变化带来的屋面变形的明显特点和巨大优势。与传统屋面相比它能大大地减轻屋面系统的自重，从而在相同跨度下，可以减少钢结构的用钢量。所以被大量应用于大跨度的公共建筑工程中。这种新型的直立锁边滑动式铝合金屋面系统能给建筑物提供大开间和大高度室内空间，能满足建筑多功能要求。这种新型屋面系统在欧洲、美洲应用较早。在我国还缺乏与之相应的设计、施工及验收规范和试验手段。所以我国建筑界也开始进行研究。前言随着直立锁边滑动式铝合金屋面系统在我国建筑工程中的大量应用，特别是在重点特大型项目中的应用，如何正确合理地设计以满足各种建筑功能要求显得突出起来。目前，我国还没有相应的设计规范或规程，只有少量的企业内部规范可以借鉴。综上所述，研究和探讨直立锁边滑动式铝合金屋面系统的设计方法显得非常必要。金属屋面实景金属屋面实景金属屋面实景金属屋面实景工法特点、难点屋面工程的标准高、难度大。本项目屋面系统的设计寿命至少为50年。屋面防水等级为I级，属于特别重要或对防水有特殊要求的建筑，即一旦发生渗漏，会造成巨大的政治影响和经济损失。设防要求应设置两道或两道以上防水设防，即除铝合金板材面层的刚性防水层外还应设置一道或一道以上的柔性防水层。工法特点、难点没有可以借鉴的先例由于直立锁边铝合金屋面系统引入到中国只有数年的时间，并且所有的工程案例都只是一道铝合金刚性防水层。如何设置二次防水？二次防水的穿孔处如何防水？二次防水的搭接处如何防水？选用何种适宜的防水层？以及如何在轻型屋面系统实现严格的保温隔热、吸声隔音的功能？以往工程没有先例可循。工法特点、难点功能复杂本屋面工程不仅承担防水、保温隔热等基本功能，而且还组合有吸声、隔声、防潮，除此之外还有二次防水、降噪音层、自控电动防火排烟装置、防雷接地功能。所以在材料选用，如何达到设计要求等方面需要做出大量的研究工作。金属屋面系统典型构造金属屋面施工金属屋面施工技术创新点1）6万㎡金属屋面上层刚性防水层和下层柔性防水层的结合；二次防水层既能满足防水又不妨碍透气的措施。2）屋面系统满足保温、隔声、吸声等物理性能的措施。3）100m单跨通长屋面面板的安装。4）超大空间建筑内部隔声功能的设计。5）自动防火排烟窗及系统的设计。6）屋面虹吸雨水的设计。在国内外检索范围中未见与本查新项目特点,即“金属屋面上层刚性防水层和下层柔性防水层的结合，二次防水层既能满足防水又不妨碍透气的措施”，“多功能直立锁边铝镁锰合金金属屋面系统的保温、隔音、吸音、抗风掀、结构性能、集中荷载、气密性、水密性、热循环等物理性能试验研究”和“100m单跨通长屋面面板的安装”相同的文献报道。本项目具有新颖性。工艺原理通过转接件（即：帽檩）实现屋面系统与主体结构联体。通过各层次材料组合，实现建筑工程要求。通过隔水汽层和二次防水层，保证屋面结构内干燥的满足功能的需要。通过直立锁边机与铝支架扣接，消除了面板螺栓固定和耗工穿孔，实现长度方向的任意变形。通过屋面底板上和屋面板下的低容重玻璃棉，实现室内吸音和屋外降噪的功能。通过设置屋面天沟收集屋面雨水，天沟内装虹吸排水口将雨水收集到雨水池，供消防用水。关键技术研究二次防水及透气层的设置美加系列65/400型直立锁边铝镁锰板特殊的板型保证了屋面在防水性能上的优势，其纵向通长无搭接，一直从屋脊延伸到天沟。为防止在屋面开洞处理时由于施工质量或某些特殊情况，比如说屋面板遭到意外破坏等等原因，而导致局部屋面板失去防水功能，所以本工程设置了二次防水层。二次防水层为柔性材料，铺设在金属屋面板下方。本工程二次防水层选用先进的防水透汽膜材，其材质是采用可回收利用的环保材料，利用蒸法技术制成的高密度纺粘聚乙烯无纺布。防水透汽膜是铺在屋面系统保温隔热层之外的一层功能膜，通过对保温（隔热）层、隔音层的包裹减少水和空气对建筑的渗透，同时又使围护结构及室内潮气得以排出，有效避免霉菌和冷凝水在屋面中的生成，保证保温（隔热）、隔音材料效能的发挥，从而达到节能，提高建筑耐久性的作用。二次防水及透气层的设置保证二次防水层正常工作非常关键的技术要点有二个：1）二次防水层搭接位置的防水处理首先，二次防水层铺设时应沿坡度方向，上下搭接宽度不小于80mm。然后，采用40mm宽双面丁基胶带对搭接带进行连续粘结。丁基胶带的使用寿命大于20年，远远高于目前市场常用的粘接材料使用年限。2）螺钉穿洞等位置的防水处理如下图所示，铝合金支座通过自攻螺钉固定在下面的钢龙骨上，二次防水层位于铝合金支座和龙骨之间，因此不可避免的被自攻螺钉穿洞，而整个屋面约有16万个这样的穿洞。穿洞位置的防水成为重中之重。在没有规范和工程实例的情况下，经过多次试验比较，我们决定采用丁基胶带附着在铝合金支座下面的隔热垫底部，然后再固定。试验证明，一定厚度的丁基胶带对螺丝孔有很好的自愈能力，因此推广使用此方法取得了滴水不漏的预期效果。螺钉穿洞位置防水处理超大空间建筑内部隔声功能的设计1）根据招标文件要求和各区域的使用功能分析，RF3区和RF4区对隔声要求最为严格，故我们对RF3和RF4区屋顶做了特殊的构造处理。现以RF3为例进行声学设计说明。国家会议中心ROOF3屋顶构造及技术指标表3-1序号名称技术指标1屋面外层板0.9mm铝合金板2降噪层50mm厚，容重12kg超细玻璃棉压实3隔音层钢板YX25-205-820型，t=0.4mm4隔音层12mm厚防潮石膏板5保温层50mm厚保温岩棉(上），容重100kg6保温层50mm厚保温玻璃棉(中），容重24kg7保温层50mm厚保温玻璃棉压实（下）容重12kg8内衬板YX35-280-840型，t＝0.5mm超大空间建筑内部隔声功能的设计屋顶总厚度：300mm空腔厚度：160mm由单层板墙的隔声特性知道，单位面积的材料越重，隔声效果就越好。因此我们在材料选择上尽量选取密度较大的材料，同时增加材料的厚度。根据计算，RF3屋顶单位面积的质量约为34kg/㎡因为多层夹芯板材构造比单层板材能取得更好的隔声效果，因此我们设置了四层板。除了最顶层的铝合金屋面板和最下层的内衬板外，还在中间设置了一道支撑钢板，YX25-205-820型，t=0.4mm；一道作隔音用12mm厚石膏板。超大空间建筑内部隔声功能的设计多层板材隔声结构与单层板材一样，同样会产生吻合效应，而且临界频率取决于组成多层板材的单层板的临界频率。当两个完全相同的单层板材组合成的双层隔声结构，因两者的临界频率相同，该频率会有大量的声能透过，从而使隔声吻合谷大大下降，隔声频率曲线的下凹加深。对于同一种材料一般采用厚度不同的单层板来组成双层隔声板材结构，以便两者的吻合频率错开。因此我们所设置的四层板材，每层板材都有不同的面密度。最上层铝合金板的面密度为3.4kg/㎡，中间层钢板为3.83kg/㎡，石膏板面密度约9kg/㎡，下层为4.7kg/㎡。超大空间建筑内部隔声功能的设计两层板之间的空气层中填充多孔性吸声材料，由于材料的阻尼作用，对双层结构因共振和吻合效应产生的剧烈震动能起抑制作用，达到隔声的目的。填充材料应选取轻质疏松富有弹性的高效吸声材料。填充的吸声材料通常是玻璃棉、岩棉等材料。对于玻璃棉体积密度较小，更适合做填充材料。但是考虑到增加屋顶面密度的角度考虑，我们也考虑了设置一层50mm厚100kg容重的岩棉材料，它不仅可以提高屋顶的重量同时还可以提高墙体的耐火极限。超大空间建筑内部隔声功能的设计双层隔声结构中间的空气层因具有弹性能起到减震作用，从而提高墙体的隔声效果。但是两层板之间需要一定的刚性联接，从而形成声桥，降低了构造的隔声性能。考虑到此种情况，我们采取了三种措施。第一是增大构造空腔厚度，RF3区中层板与下层板之间的空腔厚度为160mm。第二，在上层屋面板与中层板之间的铝合金支架底座设置绝热聚酰胺垫，相当于设置了一道柔性阻尼减震材料，有效地降低了吻合效应带来的影响。第三，中层板和下层板之间采用点式连接固定，而不是用通常的龙骨固定，这样减少了两层板之间的接触面积，从而在一定的程度上达到了降低声桥影响的效果。超大空间建筑内部隔声功能的设计由于雨水下落到屋面板上会对屋面板产生撞击声，同时由于风的作用也可能会在屋顶上产生在风鸣声，所以本工程必须考虑固体声隔声措施。因此我们设计了两种措施，第一，通过增加板的阻尼作用，提高吻合频率的隔声量，从而使吻合谷变浅。本工程我们采用在屋面板低铺设30mm厚超细玻璃棉材料，然后通过在设计施工中将玻璃棉压缩至15mm，从而使得板和玻璃棉之间不但贴紧而且还有形成一定的压力，这样就相当于在板底贴了一层阻尼材料，通过试验证明，此种做法能有效的减低固体声噪音。第二，在屋顶构造中设置吸声材料，屋顶产生的固体声噪音最终会通过屋顶层传到市内，因此我们在屋顶构造中设置吸声材料，使屋顶噪音在通过屋顶构造时就得到衰减从而达到隔声的目的，本工程中我们选用的是具有吸音功能的多孔吸声材料，考虑到不同材质不同容重的材料对不同频段的声音有不同的吸声效果，所以我们选取了不同的材料，从上往下依次为：50mm厚超细玻璃棉，容重12kg50mm厚保温岩棉(上），容重100kg50mm厚保温玻璃棉(中），容重24kg50mm厚保温玻璃棉（下）容重12kg超大空间建筑内部隔声功能的设计通过以上措施，我们认为此构造有效的解决了因为屋顶的轻质薄板构造所带来的共振、吻合效应、声桥等隔声缺陷。现在我们对板材的密封措施进行说明，我们共采取了四个措施解决密封问题。第一，选用长宽幅面板材，减少板材的接缝数量，上下板材接缝位置错缝处理。第二，板材接缝位置设置密封胶条，压实，同时在有空隙位置用密封胶密封。第三，将石膏纤维板用带胶圈的自攻螺钉固定在下面的支撑钢板上，石膏纤维板接缝贴紧，不留缝隙，同时用密封胶布封严。第四，选用带胶圈的自攻螺钉，保证底板穿孔位置密封。超大空间建筑内部隔声功能的设计过程和结果见下表。计算结果表明：北京奥林匹克公园（B区）国家会议中心屋顶隔声量为41.5dB，满足隔空气声指标Rw≥40dB的要求。国家会议中心屋顶空气声隔声量计算表表3-2序号名称材料面密度（kg/m2）1屋面外层板铝合金板,3.42隔声板材0.4厚钢板3.83隔声层12mm厚石膏板9.04保温材料保温玻璃棉/岩棉7.55内衬板0.5厚钢板4.76其他次檩条、支撑件等5.6合计（Pm）34查表得：△R=4dB平均隔声量R=12.63lgρm+17.37+△R=40.7dB注：计算考虑了空气间层附加量。注：计算结果与实验结果基本接近，详见隔声试验大会堂屋顶的吸声功能的设计击剑馆屋面吸音系数要求不低于0.85。本工程在屋顶构造最下层内衬板打孔，穿孔率为21%，孔径24mm，穿孔钢底板和无纺布、超细玻璃丝棉共同构成吸音构造。试验检测证明，吸音系数超过0.85，满足建筑对屋顶吸音性能的要求。大会堂（RF4）区屋面新型屋面防潮系统的设计众所周知，玻璃棉或者岩棉因其质量轻，性能好，其已经作为现代建筑广泛应用的屋面/墙面保温材料，但是如果围护系统的防潮处理不好，则室内的水蒸气很容易向围护系统内渗透，使得保温棉发霉、变质，从而大大降低保温性能。因此，本工程屋面系统专门在保温棉下方设置防潮隔汽膜，可阻止室内水蒸汽向维护结构内渗透，从而有效的保证保温棉的热工性能及结构的耐久性。而本工程防潮设计的特点在于，当隔汽层与至于保温层上方的防水透汽膜配套使用时，可令屋面获得绝佳的水汽隔绝效果，并使其内部水汽可以顺畅的排出，从而完美的解决防潮问题。自动防火排烟窗及系统的设计本工程屋顶共设置有五个防火分区，除C区为侧窗外，其他三个区域均为排烟天窗，以往的工程实例证明，天窗与金属屋面的结合部位是金属屋面系统防水的薄弱环节。因