依附在支撐結(jié)構(gòu)上，能起到各項(xiàng)功能作用的板材、膜材共有七層：最外層為面板裝飾層、鋁鎂錳金屬面板層、防水透氣膜層、保溫棉層、硅酸鈣板隔聲層，聚乙烯防潮層、底層為鍍鋅鋼板硬防水層。每一層都有著相應(yīng)的功能，同時每一層也都有它特殊的工藝特點(diǎn)，這就需要整體設(shè)計(jì)中全面綜合的考慮每一部分設(shè)計(jì)方案。
2.2檁條與主體鋼結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)
實(shí)際工程的主體支撐鋼結(jié)構(gòu)，一般是一個由異型鋼管網(wǎng)殼和異型鋼管桁架共同組成的空間網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，或由各種斷面的型鋼構(gòu)成的曲面空間鋼結(jié)構(gòu)(如圖2.2.1—2.2.4)。其外形及為復(fù)雜，這就容易造成在空間結(jié)構(gòu)的施工中很難控制其安裝精度，常出現(xiàn)外形尺寸偏差較大的現(xiàn)象。在某項(xiàng)目的施工中，主體支撐空間鋼結(jié)構(gòu)的外形尺寸誤差達(dá)到了加減800mm。給屋面層的施工造成了極大的困難。所以對主體空間鋼結(jié)構(gòu)的外形尺寸精度的控制是保證項(xiàng)目主體質(zhì)量的一個極其重要的環(huán)節(jié)。
為能保證屋面安裝后的外形尺寸，必須在安裝次檁條時將主體結(jié)構(gòu)偏差調(diào)整到外形尺寸允許的范圍之內(nèi)。在設(shè)計(jì)時我們應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況采取按實(shí)際尺寸調(diào)整檁托、母座的長度，使檁條在安裝后的空間位置保持在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，必須對現(xiàn)場的多個(最好是全部)檁托支點(diǎn)位置，采用全站儀或其它高精度測量儀器進(jìn)行空間位置測量。要準(zhǔn)確的得到檁托支點(diǎn)的三維空間數(shù)據(jù)。用這些數(shù)據(jù)重新建立了三維模型，并與原三維模型進(jìn)行對照、合模。用此辦法來精確定位并確定每一個檁托母座的長度。使得在安裝次檁條時能保證其外形尺寸。
在異形鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)殼支撐的金屬屋面系統(tǒng)中，最好采用可調(diào)節(jié)檁托。這種可調(diào)節(jié)檁托，由鋼材機(jī)械加工制成，在主體鋼結(jié)構(gòu)上焊接母座后，檁托旋入母座。檁托的高低尺寸可以通過旋入母座的多少進(jìn)行適量調(diào)節(jié)，這可以吸收由于主體鋼結(jié)構(gòu)引起的部分偏差。檁托安裝(如圖2.2.6)
圖中的檁條為Φ121×5的鋼管，安裝在檁托上，并且通過U型抱箍緊固件連接固定。在檁條接口位置，檁托上兩個U型抱箍分別固定兩支檁條。檁條的安裝示意(如圖2.2.5-2.2.6)
在雙曲面異形項(xiàng)目中，每一根檁條都是弧形的，而且弧形半徑常常是無規(guī)律的變化，半徑的大小是根據(jù)空間模型的尺寸確定的。弧形檁條必須在工廠加工成形后運(yùn)入現(xiàn)場進(jìn)行安裝。由于在安裝過程中如果按焊接節(jié)點(diǎn)將會出現(xiàn)很大焊接應(yīng)力，使檁條的形狀改變，無法順滑的擬合外形，為避免上述的問題應(yīng)采取無焊接的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，用機(jī)械聯(lián)接的辦法解決實(shí)際問題。
在這里強(qiáng)調(diào)，近年來異形幕墻技術(shù)的發(fā)展也逐漸趨于成熟，BIM技術(shù)也廣泛的應(yīng)用在幕墻和金屬屋面的設(shè)計(jì)和施工中。利用BIM技術(shù)，采用模型控制施工精度、指導(dǎo)下料，已經(jīng)被許多幕墻設(shè)計(jì)人員所掌握。它將會為異形金屬屋面的設(shè)計(jì)施工提供得心應(yīng)手的工具。
2.3 底層硬質(zhì)防水板、防潮、隔聲、保溫層的設(shè)計(jì)：
2.3.1 屋面底板（詞條“底板”由行業(yè)大百科提供）的做法有很多，可以用軟防水、用壓型鋼板以及聚安脂硬泡等。但由于異形金屬屋面大多為不規(guī)則的雙曲面，這些做法都無法解決雙曲扇形面伸縮變形的問題。采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板不但解決了扇形排版問題，同時也為安裝過程中施工人員提供了可靠的安全踏板，避免在施工時損壞下層底板。
為了能保證防水性能，根據(jù)多年生產(chǎn)異型雙曲金屬屋面的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合項(xiàng)目的特點(diǎn)，在金屬屋面系統(tǒng)的外層，選用高直立鎖邊鋁鎂錳金屬面層防水板，在中層采用防水透氣膜，在底層采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板做底層的防水層，用雙層防水的方案來確保屋面系統(tǒng)的防水性能。
為了保證二次防水和提高鋼板的平面外剛度，在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)時確定了在左右兩塊鋼板之間折直角邊，并加蓋“Ω”型鋼槽(如圖2.3.1)。上下兩塊鋼板在安裝時上板壓下板邊180mm，來保證其防水性能。(如圖2.3.2)
2.3.2、防潮層：在金屬屋面的使用過程中，為防止室內(nèi)潮氣進(jìn)入保溫層，在玻璃（詞條“玻璃”由行業(yè)大百科提供）保溫棉的下側(cè)加貼隔氣、隔潮、反射熱輻射的鋁箔隔氣層，和聚乙烯防潮隔氣層。為防止室外潮氣進(jìn)入玻璃棉，在玻璃棉的外側(cè)加貼防水透氣膜，起隔潮、防潮防水的作用。
2.3.3、玻璃棉保溫層：
在屋面的保溫隔熱性能進(jìn)行計(jì)算后，確定保溫層的厚度，一般為100mm厚左右，這要根據(jù)保溫性能的要求通過計(jì)算來定。可用超細(xì)玻璃棉，容重為24kg/m3，玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)為0.036K(W/m°C)。為保證工程質(zhì)量，達(dá)到節(jié)能的目標(biāo)及其它物理性能，最好選擇采用的玻璃棉制品是經(jīng)高溫熔融，由高速離心設(shè)備制成無機(jī)纖維后，再加入特制粘結(jié)劑和防塵油經(jīng)擺動帶鋪氈并通過特殊設(shè)備改變纖維排列結(jié)構(gòu)，最后經(jīng)固化定型而成的新型輕質(zhì)保溫材料。這種輕質(zhì)保溫材料具有如下特點(diǎn)：
1)、耐腐蝕性能：此種玻璃纖維棉性能穩(wěn)定持久，且對鋼材腐蝕有抑制作用，不會與鋼板間發(fā)生任何電化學(xué)反應(yīng)，據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定測定，保溫棉等PH值為7.1。
2)、防火性能：根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn) GB50016及中國國家防火建筑材料監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心的檢測判定，保溫棉不燃性(A級)合格。
3)、環(huán)保性能：玻璃纖維較細(xì)，不含渣球(0%--GB/T5480.5)，使玻璃棉的導(dǎo)熱系數(shù)較低，對人體皮膚刺激較小。
4)、抗潮濕性能：保溫棉在溫度49°C，相對濕度90%，常壓下通過ASTME84測試，吸濕量低于2%,如該產(chǎn)品被漬濕，干燥后保溫性能完全恢復(fù)。
2.3.4、隔聲吸音層
我們大多接觸的異形金屬屋面項(xiàng)目是博物館、體育館、大劇院等公共場館一般對性能要求都較高。我們常規(guī)的建筑幕墻和金屬屋面的綜合隔聲量約為30dB左右。往往達(dá)不到隔聲性能的要求。這就要求我們在設(shè)計(jì)過程中就要對隔聲性能加以重視。
我們簡單分析一下金屬屋面聲音傳遞的途徑和提高隔聲性能的辦法：雨滴撞擊金屬屋面所引起振動，將有兩種形式的聲音傳向室內(nèi)。一是屋面振動輻射出的空氣聲;一是通過結(jié)構(gòu)傳遞的固體聲。如果屋面的構(gòu)造具有良好的空氣聲隔絕能力及良好的撞擊聲隔絕能力，可降低雨噪聲。增加屋面質(zhì)量是解決雨噪聲最為有效的途徑，但是對于金屬屋面等輕質(zhì)屋面而言，通過增加屋面質(zhì)量來解決問題的可行性不大，因此只能通過改變屋面的結(jié)構(gòu)做法降低雨噪聲對室內(nèi)的影響。一般來說，分層越多，層與層之間的界面越多。雨噪聲是屬于在結(jié)構(gòu)中傳遞的彈性波，聲波通過界面時會因反射等因素而降低繼續(xù)行進(jìn)的聲能。因此界面有利于降低聲能。
采用一層12mm厚紙面石膏板、8mm厚GRC板、1-2mm鋼板等形成隔聲層，通過降低層與層間傳遞的空氣聲可降低雨噪聲。但需要注意的是，必須進(jìn)行縫隙處理，尤其是弧形屋蓋，隔聲層一定不能出現(xiàn)漏聲，否則隔聲性能將大打折扣。采用巖棉（詞條“巖棉”由行業(yè)大百科提供）、離心玻璃棉等吸聲材料作層間填充，可提高隔聲層的空氣聲隔聲性能。同時，這些吸聲材料還具有提高保溫性能的效果。但還應(yīng)該注意，有些材料如聚苯、聚氨酯等，雖具有保溫特性，但不具有不吸聲性能，對于雨噪聲的隔絕效果甚微。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室測試數(shù)據(jù)證明，在輕質(zhì)屋面板內(nèi)，采用紙面石膏板、GRC板做隔聲層，可起到較好的隔聲效果。隔聲層一方面起到分層的作用，一方面也增加了部分重量，從兩方面提高了隔聲量。通過增加GRC板材后維護(hù)幕墻和金屬屋面的綜合隔聲量能夠增加10dB左右，達(dá)到40dB。
金屬屋面中各層板材材料是由鋼龍骨固定的，受聲一側(cè)板的振動會通過龍骨傳到另一側(cè)板，這種象橋一樣傳遞聲能的現(xiàn)象被稱為聲橋。聲橋越多、接觸面積越大、剛性連接越強(qiáng)，聲橋現(xiàn)象越嚴(yán)重，隔聲效果越差。在板材和龍骨之間加彈性墊，如彈性材料墊對隔聲有一定的改善，最多可以提高5dB以上。
因此綜合以上各項(xiàng)因素，通過對屋面層構(gòu)造的改造，在屋面層內(nèi)增加GRC板材和聚乙烯交聯(lián)減振墊層，綜合隔聲量能夠提高12~15dB。能夠有效的解決建筑內(nèi)聲音外傳和金屬屋面雨噪聲隔聲問題。
2.4 鋁鎂錳金屬屋面板的設(shè)計(jì)：
防水是屋面系統(tǒng)最基本也是最重要的功能，它的好壞直接影響著工程的形象和聲譽(yù)。正因如此，屋面系統(tǒng)的防水性能是金屬屋面最為值得關(guān)注的方面。
普通壓型金屬板采用的是螺釘（詞條“螺釘”由行業(yè)大百科提供）穿透式固定，釘孔處僅靠螺釘下的橡膠墊片密封。隨著墊片的老化及屋面板受風(fēng)壓反復(fù)作用，墊片的密封性能將大打折扣，并導(dǎo)致漏水。而且由于屋面存在成千上萬個釘孔，其施工質(zhì)量也受工人素質(zhì)及技術(shù)水平的制約而難以保障。一旦出現(xiàn)問題，漏水點(diǎn)的查找也十分困難，不易補(bǔ)救。
異形金屬屋面系統(tǒng)的外層，選用高直立鎖邊鋁鎂錳金屬面層防水板，(如圖2.4.1)在中層采用防水透氣膜，在底層采用1.5mm厚的鍍鋅鋼板做底層的防水層，用雙層防水的方案來確保屋面系統(tǒng)的防水性能。
2.4.1防水性能分析
直立鎖邊屋面板型，板肋直立，使得其排水斷面幾乎不受板肋影響，所以有效排水截面較普通板型更大，加之板肋較高65mm，更能保證屋面板在坡度平緩情況下的防水性能，同時鋁合金的彈性模量小，對雙向彎曲的屋面適應(yīng)性更強(qiáng)。
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