4．9 金属板屋面设计
4．9．1 近几年，大量公共建筑的涌现使得金属板屋面迅猛发展，大量新材料应用及细部构造和施工工艺的创新，对金属板屋面设计提出了更高的要求。
金属板屋面是由金属面板与支承结构组成，金属板屋面的耐久年限与金属板的材质有密切的关系，按现行国家标准《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB 50018的规定，屋面压型钢板厚度不宜小于0．5mm。参照奥运工程金属板屋面防水工程质量控制技术指导意见中对金属板的技术要求，本条规定当防水等级为Ⅰ级时，压型铝合金板基板厚度不应小于0．9mm；压型钢板基板厚度不应小于0．6mm，同时压型金属板应采用360°咬口锁边连接方式。
尽管金属板屋面所使用的金属板材料具有良好的防腐蚀性，但由于金属板的伸缩变形受板型连接构造、施工安装工艺和冬夏季温差等因素影响，使得金属板屋面渗漏水情况比较普遍。根据本规范规定屋面Ⅰ级防水需两道防水设防的原则，同时考虑金属板屋面有一定的坡度和泄水能力好的特点，本条规定Ⅰ级金属板屋面应采用压型金属板＋防水垫层的防水做法；Ⅱ级金属板屋面应采用紧固件连接或咬口锁边连接的压型金属板以及金属面绝热夹芯板的防水做法。
4．9．2 金属板材可按建筑设计要求选用，目前较常用的面板材料为彩色涂层钢板、镀层钢板、不锈钢板、铝合金板、钛合金板和铜合金板。选用金属面板材料时，产品应符合现行国家或行业标准，也可参照国外同类产品标准的性能、指标及要求。彩色涂层钢板应符合现行《彩色涂层钢板及钢带》GB／T 12754的要求；镀层钢板应符合现行国家标准《连续热镀锌钢板及钢带》GB／T 2518和《连续热镀铝锌合金镀层钢板及钢带》GB／T 14978的要求；不锈钢板应符合现行国家标准《不锈钢冷轧钢板和钢带》GB／T 3280和《不锈钢热轧钢板和钢带》GB／T 4237的要求；铝合金板应符合现行国家标准《铝及铝合金轧制板材》GB／T 3880的要求；钛合金板应符合现行国家标准《钛及钛合金板材》GB／T 3621的要求；铜合金板应符合现行国家标准《铜及铜合金板》GB／T 2040的要求；金属板材配套使用的紧固件应符合现行国家标准《紧固件机械性能》GB／T 3098的要求；防水密封胶带应符合现行行业标准《丁基橡胶防水密封胶粘带》JC／T 942的要求；防水密封胶垫宜采用三元乙丙橡胶、氯丁橡胶、硅橡胶，其性能应符合现行行业标准《硫化橡胶和热塑性橡胶 建筑用预成型密封垫的分类、要求和试验方法》HG／T 3100和国家标准《工业用橡胶板》CB／T 5574的要求；硅酮耐候密封胶应符合现行国家标准《硅酮建筑密封胶》GB／T 14683的要求。
4．9．3 金属板屋面是建筑物的外围护结构，主要承受屋面自重、活荷载、风荷载、积灰荷载、雪荷载以及地震作用和温度作用。金属面板与支承结构之间、支承结构与主体结构之间，须有相应的变形能力，以适应主体结构的变形；当主体结构在外荷载作用下产生位移时，一般不应使构件产生过大的内力和不能承受的变形。
4．9．4 压型金属板板型主要包括：有效宽度、展开宽度、板厚、截面惯性矩、截面模量和最大允许檩距等内容，均应由生产厂家负责提供。
压型金属板构造系统可分为单层金属板屋面、单层金属板复合保温屋面、檩条露明型双层金属板复合保温屋面、檩条暗藏型双层金属板复合保温屋面。
1 单层金属板屋面：厚度不应小于0．6mm压型金属板；冷弯型钢檩条。
2 单层金属板复合保温屋面：厚度不应小于0．6mm压型金属板；玻璃棉毡保温层；隔汽层；热镀锌或不锈钢丝网；冷弯型钢檩条。
3 檩条露明型双层金属板复合保温屋面：厚度不应小于0．6mm上层压型金属板；玻璃棉毡保温层；隔汽层；冷弯型钢附加檩条；厚度不应小于0．5mm底层压型金属板；冷弯型钢主檩条。
4 檩条暗藏型双层金属板复合保温屋面：厚度不应小于0．6mm上层压型金属板；玻璃棉毡保温层；隔汽层；冷弯型钢附加檩条；厚度不应小于0．5mm底层压型金属板。
4．9．5 在空气湿度相对较大的环境中，保温层靠向室内一侧应增设隔汽层；在严寒及寒冷地区或室内外温差较大的环境中，隔汽层设置需通过热工计算。防水透汽膜是具有防风和防水透汽功能的膜状材料，包括纺粘聚乙烯和聚丙烯膜；防水透汽膜应铺设在屋面保温层外侧，可将外界水域空气气流阻挡在建筑外部，阻止冷风渗透，同时能将室内的潮气排到室外。防水透汽膜性能应符合本规范附录B．1．15的规定，该指标摘自《建筑外墙防水工程技术规程》JGJ／T 235-2011第4．2．6条的规定。
4．9．6 建筑室内表面发生结露会给室内环境带来负面影响，如果长时间的结露则会滋生霉潮，对人体健康造成有害的影响，也是不允许的。室内表面出现结露最直接的原因是内表面温度低于室内空气的露点温度。一般说来，在金属板屋面结构内表面大面积结露的可能性不大，结露往往都出现在热桥的位置附近。当然要彻底杜绝金属板屋面结构内表面结露现象有时也是非常困难的，只是要求在室内空气温、湿度设计条件下不应出现结露。根据国内外有关热工计算资料，室内温度和相对湿度下的露点温度可按表6选用。
本条明确金属板屋面防结露设计应符合现行国家标准《民用建筑热工设计规范》GB 50176的有关规定。通过有关围护结构内表面以及内部温度的计算和围护结构内部冷凝受潮的验算，才能真正解决防结露问题。
4．9．7 由于金属板屋面的泄水能力较好，原规范规定金屑板材屋面坡度宜大于或等于10％，但在规范的执行中带来不少争议，故本条对屋面坡度取值经综合考虑作了修订。当屋面金属板采用紧固件连接时，屋面坡度不宜小于10％，维持原规范的规定；当屋面金属板采用咬口锁边连接时，屋面坡度不宜小于5％。杜绝了因传统采用螺栓固定而造成屋面渗漏。
4．9．8 本条对金属板屋面的檐沟、天沟设计给予规定。考虑到金属板材的热胀冷缩，金属檐沟、天沟的长度不宜太长。如果板材材质为不锈钢板，热胀系数为17．3×10-6／℃。冬夏最大温差为60℃，板长为30m，则伸缩量为△L＝30×103×60×17．3×10-6=31．14mm。檐沟、天沟的纵向伸缩量控制在30mm左右是可行的，本条规定檐沟、天沟的伸缩缝间距不宜大于30m。
按国家标准《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003中第4．9．8条的规定，建筑屋面雨水排水工程应设置溢流口、溢流堰、溢流管系统等溢流设施。溢流排水不得危害建筑设施和行人安全。由于金属板屋面清理不及时，内檐沟及内天沟落水口堵塞引起的渗漏水比较普遍，而且屋面板与内檐沟及内天沟的细部构造防水难度较大，本条规定内檐沟及内天沟应设置溢流口或溢流系统，沟内宜按0．5％找坡。
4．9．9 金属板屋面的热胀冷缩主要是在横向和纵向。由于压型金属板是将镀层钢板或铝合金板经辊压冷弯，沿板宽方向形成连续波形截面的成型板，一方面大大提高屋面板的刚度，另一方面波肋的存在允许屋面板在横向有一定的伸缩。由于在工厂轧制的压型金属板受运输条件的限制，一般板长宜在12m之内；在施工现场轧制的压型金属板应根据吊装条件尽量采用较长尺寸的板材，以减少板的纵向搭接，防止渗漏。
压型金属板采用紧固件连接时，由于板的纵向伸缩受到紧固件的约束，使得屋面板的钉孔处和螺钉均存在温度应力，故金属板的单坡长度不宜超过12m。压型金属板采用咬口锁边时，由于固定支座仅限制屋面板在板宽方向和上下方向的移动，屋面板沿板块长度方向可有一定的移动量，使得屋面板不产生温度应力，这样金属板的单坡最小长度可以大大提高。根据本规范第4．9．15条第2款的规定，由于金属板单坡长度过大，板的伸缩量超过金属板铺装的有关尺寸，会影响檐沟及天沟的使用，故本条提出金属板最大伸缩变形量不宜超过100mm的要求。有关压型金属板的单坡最大长度可参见本规范第5．9．5条的条文说明。
4．9．10 主体结构考虑到温度变化和混凝土收缩对结构产生不利影响，以及地基不均匀沉降或抗震设防要求，必须设置伸缩缝、沉降缝、防震缝，统称变形缝。金属板屋面外围护结构，应能适应主体结构的变形要求，本条规定金属板在主体结构的变形缝处宜断开，不宜直接跨越主体结构变形缝，变形缝上部应加扣带伸缩的金属盖板。
4．9．11 金属板屋面的细部构造设计比较复杂，不同供应商的金属屋面板构造做法也不尽相同，很难统一标准，一般均应对细部构造进行深化设计。金属板屋面细部构造，是指金属板变形大、应力与变形集中、用材多样、施工条件苛刻、最易出现质量问题和发生渗漏的部位，细部构造是保证金属板屋面整体质量的关键。
4．9．12 本条对压型金属板采用咬口锁边连接的构造设计提出具体要求。
暗扣直立锁边屋面系统固定方式：首先将T形铝质固定支座固定在檩条上，再将压型金属板扣在固定支座的梅花头上，最后用电动锁边机将金属板材的搭接边咬合在一起。由于固定方法先进，温度变形自由伸缩，抗风性能好，现场施工方便，保证屋面防水功能，在国内许多大型公共建筑得到推广应用。
金属板屋面由于保温层设在金属板的下面，所以大面积金属屋面板都存在严重的温度变形问题，如不合理释放这部分变形，容易导致金属屋面板局部折屈、隆起和磨损，故本条规定单坡尺寸过长或环境温差过大的建筑屋面，压型金属板宜采用滑动式支座的360°咬口锁边连接。滑动式支座分为座顶或座体两部分，座体开有一长圆孔，座顶卡在长圆孔内，沿长圆孔可以左右滑动。长圆孔的长度可以根据金属板伸缩量的大小由中间向两端逐渐加大。同时还需考虑在静荷载作用下，座顶和座体之间的相对滑动必须克服相互间的摩擦力。
4．9．13 本条是对压型金属板采用紧固件连接的构造设计提出了具体要求。对于压型金属板连接件主要选用自攻螺钉，连接件必须带有较好的防水密封胶垫材料，以防止连接点渗漏。对于压型金属板上下排板的搭接长度，应根据板型和屋面坡度确定；压型金属板的纵向搭接和横向连接部位，均应设置通长防水密封胶带，以防搭接缝渗漏。
4．9．14 金属面绝热夹芯板是将彩色涂层钢板面板及底板与硬质聚氨酯、聚苯乙烯、岩棉、矿渣棉、玻璃棉芯材，通过粘结剂或发泡复合而成的保温复合板材。本条对夹芯板采用紧固件连接的构造作了具体的规定，为了减少屋面的接缝，防止渗漏和提高保温性能，应尽量采用长尺寸的夹芯板。
4．9．15 金属板屋面的檐口、檐沟、天沟、屋脊以及金属泛水板与女儿墙、山墙等交接处，均是屋面渗漏的薄弱部位，本条规定了金属板铺装的最小尺寸要求。
4．9．16 硅酮耐候密封胶是一种多用途、单组分、无污染、中性固化、性能优异的硅酮密封胶，具有良好的粘结性、延伸性、水密性、气密性，固化后形成耐用、高性能及其弹性和耐气候性能。本条规定了压型金属板和金属面绝热夹芯板的自攻螺钉、拉铆钉外露处，均应采用硅酮耐候密封胶密封。
硅酮耐候密封胶在使用前，应进行粘结材料的相容性和粘结性试验，确认合格后才能使用。
4．9．17 当铝合金材料与除不锈钢以外的其他金属材料接触、紧固时，容易产生电化学腐蚀，应在铝合金材料及其他金属材料之间采用橡胶或聚四氟乙烯等隔离材料。
4．9．18 在金属板屋面中，一般采用采光带来弥补大跨度建筑中部的光线不足问题。透光屋面材料常用聚碳酸酯类板，其构造特点及技术数据应参见专业厂家样本，板材性能应满足国家相关规定。
聚碳酸酯类板包括实心板和中空板，适用于各种曲面造型的要求。在实体工程中，若将采光板做成与配套使用的压型金属板相同的板型，采光板与压型金属板的横向连接采用咬合或扣合的方式，两板之间因空隙较小而形成毛细作用；同时由于采光板与金属板的热胀系数差别很大，当接缝密封胶的位移不能满足接缝位移量要求时，即在板缝部位很容易发生渗漏。大量工程实践也证明，若采光顶与金属板采用平面交接，由于变形差异，防水细部构造很难处理，故采光带必须高出屋面一定的距离，将两种不同材料的建筑构造完全分开，并应在采光带的四周与金属板屋面的交接处做好泛水处理。
本条对采光带设置宜高出金属板屋面250mm的要求，符合本规范第4．9．15条有关泛水板与突出屋面墙体搭接高度不应小于250mm的规定。
4．9．19 金属板屋面应按设计要求提供抗风揭试验验证报告。由于金属板屋面抗风揭能力的不足，对建筑的安全性能影响重大，产生破坏造成的损失也非常严重，因此，无论国内和国外对建筑的风荷载安全都很重视。
我国对建筑物的风荷载设计，主要是按现行国家标准《建筑结构荷载规范》GB 50009的规定。由于现行规范对风荷载的设计要求与国外相比偏低，并且更重要的是只有设计要求，没有相关的标准测试方法对设计要求进行验证，无法确定建筑物的安全性。为此，中国建筑材料科学研究院苏州防水研究院所属的国家建材工业建筑防水材料产品质量监督检验测试中心与国际上屋面系统检测最权威的机构美国FM认证公司合作，引进了FM成熟的屋面抗风揭测试技术，并于2010年8月建成了我国首个屋面系统抗风揭实验室，开展金属板屋面系统的抗风揭检测业务。实验室通过了与FM认证检测机构的对比试验，测试结果一致可靠，能够有效评价通过设计的屋面系统所能达到的抗风揭能力，保证建筑物的安全。通过该方法，能够检验屋面系统的设计、屋面系统所用的表面材料、基层材料、保温材料、固定件以及整个屋面系统的可靠性和可行性。
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