滑动金属屋面,金属屋面板受温度变化产生的热胀冷缩现象不被紧固件阻止的屋面系统。自从有了这个滑动的“设计”,再也不用担心金属屋面板的热胀冷缩了。

压型钢板作为建筑物的屋面已进行了三次迭代。最初,工程应用中将一些屋墙面通用板型用在屋面上,例如YX24-210-840板。这时的屋面,自攻钉穿透钢板固定在檩条上,可谓是千疮百孔。后来,经过一次迭代,出现了专用于屋面的板型,例如角驰760和180°锁边的760板型。这些板型采用180°锁边,利用支架与屋面板的咬合或者扣合实现了自攻钉不穿透屋面的目的。随着工业生产技术及厂房防水要求的提高,屋面板型进行了第三次迭代,出现了以YX65-470为代表的一批360°锁边屋面板。这些板型在抗风揭能力方面明显高于之前的180°锁边屋面板。现在,部分板型已经拥有了540°的锁边,在气密性方面也做了进一步的提升。

轻钢屋面系统的板型发展历程

滑动屋面可以滑移的原因除了板材本身的咬口方式外,节点滑移设计是系统可以实现滑动的关键。本文以YX65-470为例,着重讨论当下市场中应用最多的360°锁边“滑动屋面系统”的节点设计

檐口压条

YX65-470滑动屋面(以下简称“滑动屋面”)在檐口位置的设计从两个方面来考虑:

原理:建筑构造方面考虑,屋面在檐口位置为了防水应设置挑檐。由《建筑结构荷载规范》8.3.3条可知,建筑屋面的风荷载在檐口位置比其他部位的取值要大很多,属于需特殊加固位置。

做法:在檐口不能只使用单个自攻钉进行固定,必须设置檐口压条。檐口压条起到的主要作用是将在单个自攻钉处的点荷载转变成在压条面积内的面荷载,防止彩钢板在自攻钉处撕裂、脱钉而被风揭。

原理:规定滑动屋面热胀冷缩的方向,一端固定一端可动。当屋面滑移量属于无限值时,例如铝镁锰屋面,建议固定屋脊位置,将滑移方向引导向可以无限外探的檐口位置;当屋面的滑移量为有限值时,建议固定檐口,在屋脊处预留滑移空间。固定檐口时,檐口压条起到了挡雪(冰)的作用,当雪(冰)融化时,紧固件的穿孔将成为漏水隐患,解决钉孔渗水问题将会是此节点设计是否成功的关键。

考虑到既要提高檐口抗风能力,又要保证良好的防水性能,使用镀锌板材折件将檐口打钉位置设置在天沟内侧,若出现渗水可以直接排入天沟而不进入室内是最好的解决方案。

做法:在檐口处设置镀锌材质的“Z型支撑件”,由压条和檐口Z型支撑件将彩钢屋面板夹在中间,可以极大程度的提高防水性能;同时又可以配合屋面坡度,将渗入的雪水导入室外天沟,解决了融雪(冰)渗水的问题。节点示意图见图一。

图一  檐口节点

对比分析:因为天沟形状存在不同的样式,檐口的“Z型支撑件”是否使用需要根据实际情况确定。但是节点的设计思路确实相同的。例如《压型钢板、夹芯板屋面及墙体建筑构造》(二)》(图集号06J925-2)第55页节点6“女儿墙内檐沟”中天沟材质为3.0mm镀锌钢板,材料本身强度足够且向内翻折,此时就无需使用“Z型支撑件”,可直接将屋面板与天沟铆接。

滑动屋面在屋脊位置的设计主要考虑解决一个问题:既要能够释放滑移量又要保证防水性能。两个问题分别处理都不难,但是要并列一起解决就很困难。节点示意图,见图二。

图二  屋脊节点示意图

原理:屋脊是滑动屋面释放滑移量的位置,根据单根板材长度的不同、工程项目所处地区的最大温差不同、施工季节的不同,需要设计的预留滑移空间也不尽相同。但有一点是必须遵守的:提供足够释放屋面板滑移量的空间。

为了避免在滑移时屋面板材变形导致堵头与屋面外板之间的缝隙变大,需要在屋面外板的屋脊处设置镀锌背板来提高强度。

屋脊节点示意图

做法:结合屋脊第一根檩条的位置,确定屋脊钢堵头的位置与使用的紧固件类型。若使用拉铆钉,只要不将钢堵头与屋脊檩条相连接即可;若使用自攻钉,则需考虑施工季节温度处于当地温度范围的位置,如果位于偏低温度区域,则需考虑板材在高温时的“热胀”现象;如果位于偏高温度区域,则需考虑板材在高温时的“冷缩”现象。

镀锌背板设置在屋脊檩条与屋面外板之间,在安装屋脊钢堵头时,通过紧固件(拉铆钉或者自攻钉)将钢堵头、屋面外板、加强背板连接成一个刚性单元。从而同时满足滑移、防水两项要求。

屋脊盖板在安装时直接与钢堵头用铆钉铆接,不再由工人在现场剪切、弯折,减少了现场加工的人为因素,可以更好的保证设计意图的实现。“Z”型的屋脊钢堵头,设计思路与檐口“Z型支撑件”相同,可以防止钉孔渗水进入室内。

滑动屋面的山墙节点是整个屋面设计的核心,是屋面实现滑移效果的关键位置,也是最难且容易被设计人员忽略的位置。

原理:山墙处多工作面相交、多材料相交、多作用力相交的情况,决定了山墙节点在设计上不但要满足抗风、防水等一般性要求,还要能够满足屋面板在长度方向上的整体滑移要求。有别于滑移方向与屋脊走向相互垂直的情况,在山墙位置,滑移方向与山墙走向平行;有别于檐口位置只需考虑屋面防水问题,山墙处不但要考虑屋面防水,还需要考虑墙面防水做法,同时又需要考虑板材因热胀冷缩而产生的滑移。

做法:屋面外板要采用可以满足板材滑移量的柔性连接或者滑动连接,例如使用板材支架或者滑动组件。屋面外板不能够与墙面檩条等固定的结构直接连接,否则将损坏系统的滑移性能。节点示意图,见图三。

图三  山墙节点示意图

对比分析:山墙位置使用板材支架与使用滑动组件有什么区别呢?从表面的经济性来分析,使用板材的滑移支架作为山墙的滑动支撑是经济性最高的方案,但为什么更多的推荐使用滑动组件呢?首先,一般情况下滑移支架处使用锁边机咬合固定,若用在山墙位置,机械无法操作,只能通过自攻钉固定。在钉孔处,应力集中,容易撕裂板材。其次,不同建筑物屋面尺寸不尽相同,在板材铺设方向上的最后一块屋面板材不能够保证是带咬口的完整板材。最后,从结构受力方面,山墙与檐口位置相同,都属于结构需要特殊加强的位置。所以,在实际工程中使用滑动组件的山墙节点被广泛使用。