金属屋面系统设计应注意的问题

｜　金属屋面　金属屋面系统设计应注意的问题　刘世林，盖力，徐廷波　（山东万事达建筑钢品股份有限公司，山东博兴２５６５００）　摘要：建筑屋面系统依所使用的材料分为金属面和非金属面的两类。本文就目前金属屋面系统发展现状，结合工程中发　生的质量问题，从设计角度分析了产生问题的原因，指出此类屋面设计时应着重考虑其安全性、功能性、建筑形象以及　绿色环保等方面的要求，供设计和施工方参考。　关键词：金属屋面系统；设计；安全性；功能性；建筑形象；环保　文章编号：１００７—４９７Ｘ（２０１４）一２３—００２０—０９　‘　中图分类号：ＴＵ２３　１　文献标识码：Ｂ’　Ｓｏｍｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ａｂｏｕｔ　Ｍｅｔａｌ　Ｒｏｏｆｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｌｉｕ　Ｓｈｉｌｉｎ，Ｇａｉ　Ｌｉ，Ｘｕ　Ｔｉｎｇｂｏ　（Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｗｉｓｋｉｎｄ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｏｘｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　２５６５００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｒｏｏｆｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｎ　ｂｅ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　ｔｗｏ　ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｌｉｃａｎｄ　ｎｏｎ—ｍｅｔａｌｌｉｃ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　、ｕｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｒｏｏｆｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｅｄ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｖｉｅｗ　ｏｆ　ｄｅｓｉｇｎ，ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｒｏｏｆ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ　ｅｍｐｈａｔｉｃａｌｌｙ　ｉｔｓ　ｓｅｃｕｒｉｔｙ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ，ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｍａｇｅ　ａｎｄ　ｇｒｅｅｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｗｈｉｃｈ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ　ｆｏｒ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔａｌｌｉｃ　ｒｏｏｆｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｄｅｓｉｇｎ；ｓｅｃｕｒｉｔｙ；ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ；ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｉｍａｇｅ；ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　目前，钢结构建筑的发展，由于大多注重结构，相　对忽略了围护部分的重要程度，加之国内在围护部分　的设计、施工、加工质量上参差不齐，极易造成设计不　１．１功能要求　建筑包含的要素除应兼备实用、坚固、美观的特　点外，还应考虑绿色节能环保的要求。所以，建筑或　合理或不经济，导致围护系统被风掀、坍塌、漏水、保　温效果难以达到设计要求等问题，影响了建筑物的正　常使用。现在这些问题已引起行业的高度重视，研究　已逐步步人了正规。　１建筑围护系统　围护系统应涵盖下述４个要素：建筑功能、建筑技术、　建筑形象和绿色环保。　１．２系统分类　根据使用位置分：屋面系统（含吊顶）、墙面系统　（含隔墙、门、窗）、楼面系统、地面系统、屋墙一体化系　统等。　围护系统对建筑物而言是其核心组成部分，而建　筑物的结构部分则是为了围护系统的建立而设置的，　即结构部分是围护系统的骨架。　收稿日期：２０１４—０９—１０　１－３系统设计考虑的因素　围护系统设计时要考虑的因素有：安全性（结构　及其承载力、构造，防火、防水、防雷、热胀冷缩、细节　设计、附属装置等）；功能性（热工性能、声学性能、冷　凝水控制——防结露等）；建筑形象（外观装饰性、耐　久性、自洁性、板材成型性等）；绿色环保（经济性、回　作者简介：刘世林，男，１９８０年生，山东万事达建筑钢品股份有　限公司经理，工程师。联系地址：２５６５００山东省滨州市博兴经　济技术开发区兴博五路８００号。Ｅ—ｍａｉ１：８６９２７９０＠１６３．ｃｏｎ。　金属屋面　■　置的，通过它来增强屋面系统　等。　的抗风能力。防风装置一般靠　３．１屋面系统热辐射反射能力　夹具配合刚性组合杆件进行　其大小主要取决于面材漆层的颜色和种类。　加强（图１１）。　漆层颜色：在漆层种类相同的前提下，深色系的　２．４．４　防雷装置　表面较浅色表面更易吸收辐射热，故在屋面面层选择　金属屋面防雷装置系统　图１１防风装置　上宜尽量选择浅色系的。在浅色系表面中以银色类、　是依据ＧＢ　５００５７－－２０１０《建　镀铝锌光板和镀锌板防辐射效果最好，太阳辐射吸收　筑物防雷设计规范》５．２．７条有关规定设置的。对于　系数约为０．２－－０．２５左右，深色系的则为０．８８～０．９２左　金属屋面来讲，它既可作为接闪器使用，亦可通过与　右。但是在选择浅色系时，应解决光污染问题。　钢结构可靠连接，进行接地处理。　面材种类：随着工程对保温要求的提高，在维持　２．４．５检修装置　原有建筑颜色效果不变的前提下不能采用浅色系表　在屋面使用过程中，为屋面保养、检修、其他项目　面时，宜选用具有防辐射热功能的漆层板材。　施工等作业时提供安全性保障。它可解决在冬季或　３．２保温材料　雨雪天气人员在屋面行走存在的重大安全隐患，并可　现在屋面系统应用的高效保温材料：有ＥＰＳ、　避免屋面作业时所造成的屋面破坏。　ＸＰＳ、ＰＵ、ＰＩＲ、岩棉、玻璃棉等多种，不同材料保温隔　３功能性因素　热性能亦有所不同（表１）。在选择保温材料时，应尽　功能性因素主要控制项是系统的保温隔热性能　量选用防火等级高的材料。　和防冷凝水现象（或称防结露现象）。　表１不同保温材料性能对照　系统的保温隔热性能受热量传递的影响。影响　名称　ＰＵ／ＰＩＲ　ＸＰＳ　ＥＰＳ　玻璃棉　岩棉　热量传递主要有３个因素：辐射热传导、传导热传　导热系数／［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］　０．０２２　０．０２８　０．０３９　０．０４１　０．０４４　导、对流热传导。这三者在热量传递过程中相辅相成　热阻／［（ｍ　・Ｋ）／Ｗ］　１．８２　１．８２　１．８２　１　２　１．８２　共同存在，其中辐射热传导占总热量传递的７５％，传　传热系￣／［Ｗ／（ｍ　－Ｋ）］　０．４４　０．４４　０．４４　０．４４　０．４４　厚度／ｍｍ　５０　６４　８９　９３　ｌｏｏ　导热与对流热占２５％。对于金属屋面而言，最先接触　容重／（ｋｇ／ｍ　）　４０－５０　１０－２５　１０－２５　１０￣９６　７０￣１５Ｏ　热量的是屋面外板。屋面外板或装饰层在太阳或其　他热源作用下，通过热辐射、热传导和空气对流吸收　３．３保温构造措施　热量，吸收的热量将传递至保温层，因此屋面面层的　主要在以下几个方面提出要求：保温材料间的连　热量接收能力将直接影响屋面的保温性能，属于屋面　接方式、隔汽层的连接方式、保温层空间厚度等。　的第一道防护屏障；通过第一道屏障后屋面板具有一　３．３．１保温材料间的连接方式　定的热能从而成为二次热源，此热源再次依据前述３　受加工制造、运输等因素影响，保温材料一般做　个途径穿透保温层向屋面内侧传递热量。由于保温　成带形或板形，在施工时保温材料相互之间不可避免　层采用了高效的保温材料，因此在此过程中由于热　的存在交接。交接接缝的处理方式，将直接影响系统　阻值最大，传递热量较少；通过保温层传递的热能虽　的保温性能。如果缝隙过大、过多，就会在缝隙处造成　然已受到很大的损失，但是它还会继续向屋面内部　屋面较大的热量损失，所以必须采取措施，以减少热　传导，并通过内层屋面进而影响室内使用空间的温　桥现象的影响。对此，目前做法主要有３种：一是采用　度。　直接对接的方式铺设（图ｌ２左上），此方式热桥最多、　因此，影响屋面系统保温隔热性能的主要因素　最大；二是采用搭接的方式铺设，一般棉毡长度方向　为：系统热辐射反射能力、保温材料及保温构造措施　较易形成搭接，而宽度方向极少做搭接，此方式对屋　２０１４．２３中国建筑防水・屋面工程　２５．１　｜　金属屋面　面保温的贡献不大，除非宽度方向也做搭接（图１２右　上）；三是将保温材料做成两层，错缝铺设（图１２下），　３．３．３保温层空间厚度　保温层空间厚度是保证保温效果的充分必要条　件。一方面若保温层厚度较保温层空间厚度小（图　１４），这就会形成一部分空气层，保温棉在内部很难做　此方式在实际工程中应用最多，对于弱化热桥现象有　较大的作用。在屋面应用中应当注意：保温材料的铺　设一般能够很好地起到保温隔热作用，但若保温层下　到搭接密封或保证错缝搭接质量，其两侧空气在内部　方悬空，因而在保温材料接缝处很难不留缝隙，尤其　是棉毡类保温材料，在玻璃丝棉两边缘交接处会形成　较大空隙（图ｌ２左上），空气较易产生对流从而导致　保温效果降低。因此，对于保温隔热要求较高的建筑，　建议采用复合类板材。　图１２保温材料间的连接方式　３－３．２隔汽层连接方式　保温棉贴面主要有两个作用，一是防止室内水蒸　气进入保温棉，二是增加保温层的气密性，提高保温　效果。因贴面宽度有限，在应用时需注意宽度方向和　长度方向的搭接密封。若直接将贴面翻起采用订书　钉固定，保温棉被隔开（图１３上），接缝处将存在热桥　现象，且气密性不好，易聚集灰尘，严重影响装饰性。　适合的做法为：单独铺设隔汽层，隔汽层直接采用粘　接密封固定（图１３　下），搭接量不宜少　于１５０　ｍｍ；在隔汽　层上方连续铺设保　温层（保温棉接缝　避开隔汽层接缝至　少１５０　ｍｍ，且不低　于保温层厚度的　１．５倍）。　图１３隔汽层的连接方式　２６．Ｉ　ＣＢＷ－Ｒｏｏｉｆｎｇ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１４．２３　很容易形成对流，从而对保温隔热不利，并且由于屋　面外层与保温层问具有一定空间，在潮湿空气进入内　部时较易形成结露现象；另一方面若保温层厚度较保　温层空间厚度大，这就使保温层受到空问约束而被压　缩，保温效果亦将显著降低。合理的设计应根据保温　层厚度，合理地设计保温层空间厚度，通过设计衬檩　的方式来解决厚度匹配问题，并在檩条上方保温棉被　压缩位置设置高性能的隔热垫（图１５），隔热垫位置　热阻要求与周边相同，以解决热桥现象。　图１４保温层厚度较其空间厚度小　；ｉ／／　霪　０１　：０＿：ｌＩ　：０：ｊ：　≥　：≥　图１５高性能隔热垫　３－３．４实例计算　已知：某项目设计采用１００　Ｈｌｍ厚１６　ｋｇ／ｍ　玻璃　丝棉，玻璃丝棉纤维直径为６　ｍ，保温层空间厚度为　５０　ｍｍ，计算压缩前后保温棉的传热系数。　解：依据玻璃丝棉密度与导热系数曲线（图１６）　查得１６　ｋｇ／ｍ　玻璃丝棉的导热系数为Ｏ．０４２　２；压缩　■　金属屋面　表３不同板材的性能及其应用　名　称　性能描述　使用年限／年　（一般环境）　应用领域　表面美观，使用可能性多样　不锈　化，耐腐蚀，强度高，耐高　５Ｏ以上　内外墙装饰板　钢板　温，抗火灾，维护简单，清　洁，光洁度高，焊接性能好　镀铝　耐热锌板　的附着力好、耐腐蚀，镀层与漆膜　ｌ０屋面、墙壁、车　～加工性能良好　１５　库、组合式房屋　，等　彩涂　无污染墙面、屋面、排水　板　于施工　，经济，加工方便，便　７Ｎ２５　沟、落水管、车库　等　铝镁　质量轻、强度高、耐腐蚀、可　５０以上　屋面及外墙材料　锰板　塑性好，易加工　钛锌　划伤后自动愈合，使用寿命　０．７　ｍｍ屋面、　公共建筑、高级　板　长，无需涂层保护；延伸率　３。：８０～１００；垂　住宅、屋面、幕墙　良好、抗拉，可塑性好　直排水：２００　等　镀金　表面耐腐属板　、呈相应金属本色　３０－８０　表４板材涂层的特点及其应用　种类　特点　局限性　使用年限／年　（一般环境）　ＰＥ　附着性好，易加工；价格较　不适于工业　ｔ　聚酯树脂　低；对色泽和光泽性选择　环境或污染　７－８　性大　严重地区　硅改性聚酯　化性能更高，价格比ＰＥ贵　不如ＰＥ　ＳＭＰ　耐侯性、热稳定性及耐老　在附着性上　１Ｏ～１２　高耐候聚酯　色、粉化　ＨＤＰ　抗紫外线能力强，不易褪　１５　不适于严重　钢板表面不发生软化，尘　污染的重工　自洁净聚酯　ＨＰＣ　埃分子不会黏附或进入涂　业区、腐蚀　ｌ５　层内，亲水性能优异　严重的海岸　地区　耐侯性、耐溶剂性、防蚀　性、耐磨损性、耐紫外线优　ＰＶＤＦ　秀，加工性及抗沾污性良　氟碳树脂　好，价格较高。面漆使用　价格昂贵　２０Ｎ２５　７０％以上Ｋｙｎａｒ　５００或　ｙｌａｒ￣５　０００氟碳树脂的彩　板性能最优　低，利于节能。在保温隔热性能上相对单一的材料较　易达到要求，但对建筑而言主要体现在细节处理方　面，若细节处理不当，在屋脊、檐口、山墙、转角、板底、　门窗洞口甚至地面等处都会出现较多热桥，降低整体　屋面系统的热工性能。目前，一般工业建筑对保温隔　Ｉ．２８．Ｉ　ＣＢＷ－ＲｏｏｉｆｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２０１４．２３　热的要求相对较低；而对于保温隔热要求严格的工业　建筑、公共设施及民用建筑，在设计和施工时尤其要　注意上述细节。　５．２维护保养费　主要是指使用过程中的建筑维修、日常保养等方　面的费用。建筑维修主要是建设完成后，因部分位置　不能够达到原设计寿命周期或部分位置因设计、施工　等不合理而导致的返修费用。　５．３环境价值　在环境价值方面，要考虑对屋面系统进行资源开　发利用，例如安装太阳能、雨水回收设施等；另外，还　要尽量选用强度高、质量轻的材料，从而实现资源最　大化利用的目的。在材料选择上，还应该选用对人体　无害、对环境无污染的材料。　５．４材料的回收利用　在这方面，应尽量选用回收利用率较高的产品。　例如：彩色涂层钢板由于厚度较薄，一旦受到腐蚀，回　收利用率较低且回收成本较高；而耐腐蚀性能较好的　铝镁锰合金材料、钛锌板、铜板、不锈钢板，由于在使　用过程中板材较少受腐蚀，因此具有较高的资源回收　利用率。　６结语　屋面系统是一个系统工程，在考虑目前国内金属　面屋面系统设计、加工、施工水平的前提下，要成功实　施优质项目必须把握系统中每一个细节，优质项目系　统的性能将取决于其组合或构造中最薄弱的环节。　设计、加工、施工、验收时，尤其要考虑细节，细节处理　的优劣将是金属面屋面系统合理使用的关键。　参考文献：　［１】　宝山钢铁股份有限公司．ＧＢ／Ｔ　１２７５４－－２００６彩色涂层钢　板及钢带【ｓ】＿匕京：中国标准出版社，２００６．　［２］尹敏达．围护系统与绿色建　ｃ］，／中国建筑围护系统行业　发展研讨会论文集．北京：中国建筑金属结构协会，２０１２．　【３］蔡昭昀．金属屋面及钢结构围护系统技．术现状与发展［ｃ］／／　钢结构围护系统专业委员会技术研讨会．上海：中国建筑　防水协会金属屋面分会，２０１３．