金属屋面

的设计方案说明

本项目的金属屋面屋面系统采用直立锁边铝镁锰合金板。 铝镁锰合金板的化学成分如下表所示：

牌号 Fi Fe Cu 0.25 Mn 1.0～1.5 3004 0.3 0.7 化学成份 Mg 0.8～1.3 Cr / Ni / Zn 0.25 Al 余量 其他 0.15 其主要成分为铝，相对于钢板的优越性如下： 1.抗拉强度265MPa是普通铝板强度的2.5倍； 2.耐腐蚀性能：是普通铝板的3倍，是不锈钢的2倍； 3.降噪音、减震，能承受较大的冲击负荷；

4.维护成本较低；

5.质量轻，施工方便快捷，还可减轻屋面自重荷载。

本工程选用AA3004牌号铝镁锰合金卷材制作屋面板，外表面为氟碳喷涂处理。该板材除具有重量轻(容重2.7吨/m3)、强度高的优点，更具有比普通铝合金更好的防腐性和耐久性。因此能适应各种大气环境，经权威机构BBA认证，采用3004铝镁锰合金制作的屋面板在正常环境下的使用寿命超过50年。

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3004铝合金与普通铝合金25年防腐性能对比

普通的金属屋面系统设计大多采用的镀铝锌钢板，除了耐腐蚀能力较差外，由于钢板硬度较高，相对于铝镁锰合金板的塑性变形能力较差，这样会导致面板与T型支座间的接触面小、咬合力不够，大大降低面板的抗风荷载能力，存在较大的安全隐患，有关的试验已经证明了这一点。本项目的金属屋面采用原色锤纹铝镁锰合金板。

同样，镀铝锌钢板，除了耐腐蚀能力较差外，由于钢板硬度较高，当采用立边咬合工艺施工时，板边的弯折角度较大，会导致面板开裂渗水，也存在安全隐患。而铝镁锰合金板的塑性变形能力较强，可完全满足施工工艺的要求，考虑到装饰性，墙面板采用氟碳喷涂铝镁锰合金板。

由于本项目室内为会议中心，因此底板采用开孔压型板才可以满足吸音的使用要求。另外，为了获得较好的吸音效果及保护吸音层，吸音层室内侧还增加了2mm隔音钢板。

下面简要介绍一下铝镁锰合金板屋面系统。该系统从根本上杜绝了传统螺钉穿透固定方式带来的漏水隐患。直立锁边屋面板的固定，首先是将铝合金固定座用不锈钢螺钉固定于镀锌檩条，再将屋面板扣在铝合金固定座的梅

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花头上，最后用电动锁边机将屋面板的搭接边咬合在一起。由于采用了直立锁边固定方式，屋面没有螺钉外露，整个屋面不但美观、整洁，而且杜绝了成千上万个螺钉孔造成的漏水隐患。另外该屋面系统可配合独有的铝合金或不锈钢配件，使得客户可以方便地在屋面板上设置太阳能收集器、安全走道、防跌落护栏、挡雪装置、广告牌、装饰灯、避雷带、装饰板等多种设施而无需用穿透屋面板，因而不会留下任何漏水隐患。其生产设备仅为一个20英尺集装箱，所以能够非常方便灵活地搬运和移动，并在工地现场根据工程的实际需要生产任意长度的屋面板，不受运输条件限制，使得屋面板在纵向没有搭接，从而减少了漏水的机会，提高屋面的整体性和美观性。

压型机现场生产

铝镁锰合金板屋面系统，板肋直立，使得其排水断面几乎不受板肋影响，所以有效排水截面较普通板型更大，加之板肋较高(达65mm)，更能保证屋面板在坡度平缓情况下的防水性能。

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普通板型排水截面

直立锁边板型排水截面

连接构造设计

铝镁锰合金板屋面板与固定座的连接采用的是直立锁边的固定方式，屋面板不需要螺钉连接，也不需要用打胶的方式来防水。用直立锁边的连接方式就可以防备由于螺钉连接和打胶防水的方式所带来的漏水隐患。

铝合金固定座与屋面次檩条采用不锈钢螺钉进行连接。因为固定座材质为铝合金，如果使用普通的碳钢自攻螺钉连接，容易产生电化学反应。重要的是，屋面板上所受的力都要通过固定座传递给螺钉，螺钉再传递给次檩条，所以螺钉在整个屋面系统中起着很重要的传力作用，需要承受很大的荷载。所以，采用不锈钢螺钉是最好的选择。固定座的固定螺钉选用进口304不锈钢螺钉，可以避免日久天长产生腐蚀导致连接失效，威胁到屋面系统的安全。

铝合金固定座

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进口304不锈钢螺钉

选用与板型相吻合的铝合金密封件与屋面板板肋用防水铆钉连接固定，并在密封件后塞入与板型一致的屋脊泡沫密封条，然后将屋脊盖板与密封件用铆钉在中间固定，这样即使外露的铆钉漏水，雨水也是滴在屋面板上而不是室内，而且密封件及密封条均是工厂预制的定型产品，外观效果及密封效果也远强于现场将泛水剪口下弯的方式。

屋脊安装工艺

檐口

对于任何形状的金属压型板来说，在檐口板肋下不可避免地会出缝隙，本系统在屋面板檐口端部设通长铝合金滴水片，一方面可增强板端波谷的整

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体刚度，另一方面可形成檐口滴水，使屋面雨水顺其滴入天沟，而不会渗入室内。在滴水片与屋面板之间，塞入与屋面板板型一致的泡沫密封条，使板肋形成的缝隙能够被完全密封，防止因风吹灌入雨水。

泡沫密封条

檐口滴水片

对于山墙处板端部收边节点，本系统做法为首先将预制铝合金山墙扣槽用铆钉固定于屋面板板肋，再用山墙扣件扣住扣槽后与固定座固定，这样便将扣槽牢牢固定住，然后将铝单板山墙泛水直接搁在山墙扣槽上，这样既没有钉孔，又不会影响屋面板及泛水板的伸缩。

（备注：1 -- 固定座 2 — 屋面板3 -- 铝合金山墙扣槽4 -- 铝合金山墙扣件 ）

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水在重力作用下总是向下运动的，但是在某些特殊情况下也有例外。在两个物体之间，如果物体表面的空隙较小，则水的表面张力大于重力，水在张力的作用下会向上运动，这就是通常所说的毛细现象。为防止雨水

被风吹入横向搭接缝后在两块板之间形成毛细作用，屋面板的板肋已设计了反毛细凹槽，即在小肋的侧部设置一个凹槽，使大肋与小肋之间存在一个空腔，减小了水的表面张力，从而阻止了毛细水向上运动渗入室内。

我们知道，空气中是含有水份的，水份的含量即湿度在一年四季甚至每天都在变化，有时高有时低，这些水份都是以气态方式存在，但高湿度的热空气在遇到冷的界面时，空气中的水份就会由气态变为液态，形成冷凝水。屋面板上下的空气交换有助于使屋面板上下的空气湿度保持一致，避免一侧的湿度过高在遇温度突变时产生冷凝现象，尤其是要防止屋面板底的湿度太高。有时在翻开一些压型钢板屋面时，会发现板的表面没有被锈蚀，但板底已锈迹斑斑，这就是由于在板底的湿汽太多又排不出去，加速了板的氧化。

本方案采用的板型，其板肋的搭接既可防止雨水和毛细水的浸入，但又不妨碍空气的自然流通，使屋面板底的空气能够流动，屋面系统就如同可以呼吸换气一样，不会将湿气闷在板内。

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抗风性能设计

金属屋面重量较轻，因此对屋面系统的抗风性能也提出了很高要求，本系统从以下几方面采取措施以确保铝合金屋面的安全： 1.固定方式

作为传统的压型金属板屋面来说，其落后的固定方式决定了其抗风性能的不足，比如采用螺钉穿透式固定的屋面板，螺钉帽与屋面板的接触面积很小，在遭遇大风时，由于反复承受正负风压，屋面板在钉孔处产生应力集中导致撕裂，虽然螺钉仍然留在檩条上，但屋面板却已被吹飞。本方案采用的屋面系统在固定方式上有根本的不同，其采用铸压铝合金固定座与檩条固定，再将屋面板卡在固定座的梅花头上，然后用电动锁边机将板肋锁在固定座上，这种固定方式不需穿透板面，因而屋面板没有任何损伤，当然也就不会产生应力集中问题。本方案采用的铝合金屋面系统曾在国内权威检测机构进行过抗风试验，在7.0KPa的反复受荷试验中，试件(包括屋面板、固定座、螺钉)无损坏，证明了这一屋面系统抗风性能的优越。 2.计算参数

压型铝板属于板状受力构件，其破坏状态受多种因素影响，除强度、刚度外，其稳定性和连接可靠性也极为关键，因此其截面参数根本无法用纯理论计算获得。正规生产厂家往往投入大量财力物力，对其生产板型的各种规格进行无数次不同跨度的受荷试验，再将试验数据进行统计分析，从而得出符合实际受力模式的截面参数作为设计计算依据，并且所有试验及数据均呈权威机构认证批准。 3.配件选用

为保证屋面系统的安全性，本方案在配件的选择上特别是受力构件的选择上精益求精。如固定座，本方案严格遵守BBA认证系统，采用6061牌号T6铝合金挤材，能够满足受力计算需要。固定座的固定螺钉选用进口304不锈

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钢螺钉，可以避免日久天长产生腐蚀导致连接失效，威胁到屋面系统的安全。此外系统中使用的自攻螺钉均属同类产品中的优质品牌，具有较高的可靠性。 4.系统变形性能设计

任何材料都会有热涨冷缩的现象，对金属屋面而言普遍存在着如何解决温度变形和温度应力的难题，处理不好必然带来屋面板起拱、漏水等一系列问题，因此必须认真对待。

由于屋面板的热涨冷缩受固定方式影响最大，本方案着重从这方面加以解决。本工程铝合金屋面板由于采用直立锁边固定方式，铝合金固定座仅限制屋面板在板宽方向和上下方向的移动，并不限制屋面板沿板长方向的自由度，因此屋面板在温度变化时能够在固定座上自由滑动伸缩，不会产生温度应力，这样便有效解决了其他板型难以克服的温度变形问题，保证了屋面板各项性能的可靠性。 1) 调整竖向形变

如图所示，金属面板的固定座及钢底板跟随主体结构上下运动，而板面的折边可以吸收大量的形变。在沿板肋的纵向，板更有足够的挠度吸收竖向形变。

2) 调整纵向形变

以下简图则展示出本金属屋面系统利用天沟，固定点和固定座的滑动机

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制调整金属屋面系统纵向位移的机制。

调整纵向位移机制

3) 调整横向位移机制

以下简图则展示出金属屋面系统利用板的折边变形和板肋空隙来制调整金属屋面横向位移的机制。对每块400mm宽的金属屋面板，可调节的量可达3~5mm，总调整量足以吸收该方向的位移。

二、 屋面保温节能方案：

1、支撑底板(穿孔率20%)节能:吸音功能

穿孔底板的作用是为了更好的吸收噪音，从而降低建筑物内部的回音，达到吸音效果。

吸音板吸音原理是亥姆霍兹共振吸声原理：利用穿孔板材料的特殊结构，让入射声波在口小底大的空腔中振荡，声波同板壁及空腔底面碰撞，以及声波间相互碰撞，消耗声能，从而达到吸音的作用。

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2、保温岩棉节能：吸音、保温、降噪功能

将熔融玻璃纤维化，通过添加热固性树脂为主的环保型配方粘结剂固化加工而成的制品。产品导热系数较低，憎水性强，是钢结构建筑保温隔热，吸声降噪的最佳材料。

吸音材是一直哦个由直径只有几微米的玻璃纤维制作而成的有弹性的粘状体，其具有的大量微笑的空气孔隙，使其起到保温隔热、吸音降噪及安全防护等作用，是刚结构建筑保温隔热、吸声降噪的最佳节能材料。

工作原理：通过无数个空气组成的微孔，对到达吸音棉的声波进行缓冲和吸收，使有吸音棉的那个平面不再有声波反射出去（因为反射的声波和主声波的相位不同和时间滞后性而会对原来的主声波产生干扰）。

由于玻璃棉内部的玻璃纤维非常纤细，同事数量很多，因而其总表面积非常巨大（如12公斤平均直径5um的玻璃纤维填充在1立方米的空间内，其总表面积可搭5000平米，而体积只占到0.6%，其余全是空气，对空气流动的阻力很大，空气在其中几乎无法流动，市区了对流传热的能力，而静止的空气保温性能极强，从而使整个制品显示出极好的保温性能。

声音是通过空气的振动传播的，与保温原理相类似，玻璃棉制品表面的开孔结构使大部分声音可以进入玻璃棉内部，但巨大的空气流动阻力使空气振动快速衰减，声能由机械能转化为热能被吸收，玻璃棉制品也就因而表现出良好的吸音性能。

众所周知，海绵、棉花、塑料等均有吸音作用，而相对于专业钢建筑的保温、隔热、吸音、降噪的最佳材料离心玻璃而言，其效果只能用很一般形容。

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R-热阻值：（在摄氏24度时）

R-热阻值=厚度/导热系数（单位：平方米.℃/瓦） 英制热阻是换算公式：1h·ft2·℉/Btu=5.678m2·℃/w 数据来源：国家玻璃纤维产品质量监督检验中心检测报告 以上数据可以看出，厚度越厚，容重越大，热阻值越高。

所谓热阻值（thermal resistance）：

即反映阻止热量传递的能力的综合参量。在传热学的工程应用中，为了满足生产工艺的要求，有时通过减小热阻以加强传热；而有时则通过增大热阻以抑制热量的传递。

热阻值越高，阻止热量传递能力越强。

以上分析可知：50㎜厚容重24KG/立方米玻璃吸音棉热阻值为1.47平方米.℃/瓦。

150㎜厚容重24KG/立方米玻璃吸音棉热阻值问4.41平方米.℃/瓦。 吸音棉+保温棉热阻值为1.47+4.41=5.88平方米.℃/瓦。

以30KW/H空调为例计算，每小时热阻量问5.88*30000=176400平方米.℃

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/H

本工程金属屋面面积为2800㎡，以30KW/H空调为例计算，本工程每小时热阻量为

176400/2800=63℃/H，以空调运转每天运转8小时工作时间计算，每天热阻量为63℃/H*8H=504℃/天。 节能效果明显。

标准规格

导热系数是指在稳定传热条件下，1m厚的材料，两侧表面的温差为1度（M,℃），在1小时内，通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米•度。 导热系数越小，传递热量越少。

本工程使用的吸音棉和保温棉容重均为24KG/立方米，二者导热系数均为0.034W/ M,℃），为上标准规格中最小，应此导热性能也最低。 通过以上分析，节能效果明显。

3、铝镁锰直立锁边金属屋面系统的特点：

A、优越的环保材料：符合DIN1725标准所规定的3004合金，其具有质

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轻、结构强度适中、耐候、耐渍，易于焊接加工，正常使用下，原材料寿命长达50年，寿命终结时可以回收利用。 B、完善的屋面系统：

成熟的结构传力屋面系统，历史悠久，应用广泛。

排水性能优异，防渗性能强，消除热胀冷缩或其他原因产生的应力。 可视许需要设计，支座铺设用于间隔冷、热、声音等中间层，在寒冷地区，可内置电动融雪（或冰）系统。 C、有效的消除“冷桥”：

“冷桥”指建筑维护结构的某些部位没有被保温材料覆盖，或者

覆盖的数量、质量不能满足热工要求，造成“短路”，知识该部位低于露点温度而产生的缺陷。冷桥的直接后果是造成该部位热损失，导致建筑物整体保温性能下降。

在连接屋面板于支撑檩条间的固定支座下，加入隔热垫填补了金

属屋面冷桥产生的缺陷。

综上述所列，不难看出，本工程节能方面的吸音、隔热、降噪具有优异的能力。

建筑物本身外观美观、无污染，排水性能优异，防渗性能强，、防风抗压性能强，

铝镁锰合金直立锁边屋面系统与普通彩钢夹心板的对比

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1 使用寿命

铝镁锰合金 50年以上

普通彩钢夹心板 如果采用镀铝锌150k氟碳钢板可以到15年，普通彩钢5～8年 2 防水性能

直立锁边系统立边高度65mm 夹心板立边高度 25mm 3 保温性能（由保温层决定）

直立锁边屋面系统如果采用75厚24k玻璃保温棉，其热阻值为2.21 夹心板采用75厚聚苯乙烯泡沫板，其热阻值为1.98

两者相差不大，如果需要，可以将保温层厚度加大，以提高保温节能效果 4 铝镁锰直立锁边屋面系统是高档金属屋面系统之一，其大量在体育馆、机场、会展等永久性建筑屋面中使用。

彩钢夹心板属于低档屋面板，主要在工业厂房、临时建筑等场所使用

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