关于“外挂钛复合装饰板的无穿透金属防水屋面体系”的研究

罗 忆 徐 慷 卢 凯（晶艺特种玻璃工程集团 北京 100045）摘要：本文系统介绍了“外挂钛复合装饰板的无穿透金属防水屋面体系”的组成和功能设计，并且列举了根据国家大剧院和杭州大剧院工程进行相关检测的结果，对推广该体系提供了科学依据。关键词：钛复合板、防水板、直立锁边随着我国国民经济迅速的发展，人们对建筑物功能要求的日益提高，近年研发成功了一种新型的“外挂钛复合装饰板的无穿透金属防水屋面体系”，它具有优良的防水、保温、隔热、隔声、吸音、避雷功能及高品质的装饰效果，为建筑师开拓了更广阔的创作空间。在杭州大剧院屋面工程实践的基础上，依托了清华大学等单位的实验技术力量，我们可以举中国国家大剧院为实例，从以下几个方面对该体系进行研究。1．技术性能研究1．1适应复杂的形体我们采用弧形扇状铝镁锰合金直立锁边防水板，板宽沿长度方向渐变，象“桔子皮”那样光滑地在每一榀结构单元里均匀渐变，以适应椭球水平周长的变化。防水板随球面形体自然衔接，作为良好的曲面平台，给上部的钛板布局提供了几何基础。1．2固定方式和步骤1．2．1将铸压铝合金固定座与固定在与主体结构相连接的檩条上。1．2．2再将扇形铝镁锰防水板的直立小肋扣在带有梅花头的铝合金固定座上，并被相邻板的大肋盖住。（见图1）[快车下载]：1．2．3最后，将扣在同一个固定座上的直立大小肋用锁边机锁紧。这就是先进的直立锁边固定方式（见图2）。在结构上按一定的间距布置固定座，便于拟合出光滑流畅的防水曲面(见图3)。与传统方法相比，这种固定方式的巨大优势在于防水板面不被穿透，从构造上杜绝了渗漏的可能性，解决了长期困扰着传统金属屋面易渗漏的难题。[快车下载]：另外，系统中铝板直立弧肋设有通长等压槽可保持与外界等压，并避免发生虹吸现象。直立肋搭接面的缝隙可形成排出保温层水汽的通道，保持内部干燥，避免因保温棉内水汽凝聚而降低保温隔热效果（见图4）。铝合金板具有很好的延性，能调整少量施工误差，可操作性强。1．3抗风性能钛金属复合装饰板系统所承受的荷载通过受力杆件，全部传至防水板系统上。由于其特殊的固定方式，避免了在反复受正负风压作用下，用传统螺钉固定方式，在钉孔处产生应力集中和疲劳破坏。1．4调整温度变形及防腐由于保温层通常设在防水板的内侧，所以大面积金属屋面防水板都存在着严重的温度变形问题，如不合理的释放这部分变形，则易产生噪音，严重时会产生防水板局部折屈、隆起，或因连接处应力集中板面被撕裂。具有小波形的防水板可以调节因温度变化产生的沿板宽方向的变形，而本系统采用的固定座特殊的构造设计能保证防水板沿板长方稍移动，这样，就释放了因温度或装配误差产生的不利初始应力。铝镁锰合金防水板的基材具有极强的抗腐蚀能力，特别是在酸性环境下，其防腐性能大大优于钢板和普通铝合金板。本屋面防水系统从板材到螺钉、檩条均有良好的防腐能力，从而保证了整个屋面系统的使用寿命，不会受某一薄弱环节而受到影响。大量国外工程实践表明，这种防水板在常态下使用寿命不小于40年。1．5外挂钛金属复合装饰板及其连接1．5．1材料的选取钛为轻质高强材料，它具有稳定的力学、化学和物理性能，表面特有的富有质感的金属光泽，被建筑师认定为理想的高品位的外装材料，但由于价格太昂贵，令人望而却步。通过研发成功的钛金属复合板大幅度下降了价格，成为性价比甚优的、可以大面积使用于建筑的优质外装饰板。1．5．2连接体系的功能及构造传统的做法是从主结构伸出构件固定装饰板，但这样必然破坏了防水层，就形成向室内渗漏的可能。因此，设计时除考虑构件能满足强度、刚度和稳定性要求外，还重点考核系统在动载下耐疲劳，不会带动防水板肋较大变形而产生渗漏。在施工和使用的过程中，自重、风、雪、检修和清洗等荷载反复作用于钛金属复合板表面，为此我们特别设计了可调的钛板支承体系。具体连接方式为：首先将套管套入檩条（铝管），再将钛板通过铝角码固定在套管上，最后将檩条与已紧固在直立锁边防水板上的夹桥相连，这样钛板就被牢牢地固定住，并且根据需要，能将钛板装饰面调整拟合成建筑师设计的光滑的椭球曲面。

1．6保温隔热设计钛板面反射了部分热，减少了导入的辐射热量。而钛板又是良好的导热材料，能与大气快速地进行热交换，避免夏季辐射热量的集聚而导致系统表面温度骤然提升。此外，在钛板和防水板间300mm厚的架空层能够沿壳形屋面形成环流，使防水板表面温度保持相对恒定。防水板下满铺100mm厚的容重为16kg/m3的长纤维玻璃棉，（其传热系数U=0.4W/m2K）。固定座下的改性橡胶垫层隔断了金属连接件的传热通路，能有效达到断冷桥的目的，减小室内热量流失，避免内侧产生凝结。1．7防雷设计防雷设计主要是根据闪电理论及防雷的六大因素进行设计，必须考虑到防雷效果，对建筑物内部设备的保护，以及施工实现的问题。传统建筑物的避雷方式是采用富兰克林常规避雷导体或避雷地结合避雷网，但是金属屋

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