超强台风地区屋面系统设计与选型分析
1 深圳国际会展中心概况
深圳国际会展中心地处粤港澳大湾区湾顶,珠三角广深澳核心发展走廊、东西向发展走廊、狮子洋与内伶仃洋交汇处的空港新城片区,是深圳市委市政府布局深圳空港新城两中心一馆的三大主体建筑之一,规划以会展为核心驱动和战略性节点,结合空港、轨道灯区域性交通枢纽,发展会展商贸、创新研发、国际物流与空港经济紧密相关的功能业态与产业集群,引领空港新城发展。
深圳国际会展中心(一期)项目(见图1)占地面积125万m
2金属屋面设计概况
屋面由标准金属屋面系统、不锈钢天沟系统、竖向导雨百叶系统、铝单板装饰系统、檐口铝板+蜂窝铝板+型材吊顶系统、防坠落系统等构成(见图2)。
大面金属屋面标准构造由上至下依次为:(1)外装饰板3.0mm厚装饰层铝板;(2)装饰支承层铝合金支承檩条及连接夹具;(3)屋面板0.8mm厚92/420型PVDF镀铝锌压型钢板;(4)防水层1.5mm厚TPO防水卷材;(5)找平层1.5mm厚镀锌钢板;(6)保温层50mm+50mm厚保温岩棉,错缝铺设;(7)防潮层0.3mm厚隔汽膜;(8)支承层1.0mm厚镀铝锌压型钢板,屋面次檩条;(9)吸声层100mm厚32K吸声棉,玻璃丝布(兼做防尘层);(10)吸声吊顶支撑层0.8mm厚镀铝锌穿孔压型钢板。金属屋面大面区标准构造节点如图3所示。
金属屋面挑檐区标准构造由上至下依次为:(1)外装饰板3.0mm厚装饰层铝板;(2)装饰支承层铝合金支承檩条及连接夹具;(3)屋面板0.8mm厚92/420型PVDF镀铝锌压型钢板;(4)防水层1.5 mm厚TPO防水卷材;(5)找平层1.5mm厚镀锌钢板;(6)保温层50mm+50mm厚保温岩棉,错缝铺设;(7)防潮层0.3mm厚隔汽膜;(8)支承层1.0mm厚镀铝锌压型钢板,屋面次檩条,槽形钢吊杆,2.5mm厚氟碳喷涂铝型材吊顶。金属屋面挑檐区标准构造节点如图4所示。
3 金属屋面系统设计与性能分析
3.1 屋面风洞荷载试验
直立锁边金属屋面系统面板与固定座的咬合受力性能应通过相关试验验证后,试验方法可参照ASTME1592—2005《均匀静态空气压差法测定薄金属板屋顶及板壁系统结构性能的标准试验方法》(standard test method for structure performance of sheet metal roof and siding system by uniform static air difference),试验荷载应满足风洞试验报告中风荷载不同分区的取值要求。根据金属屋面风荷载大小分区,按不同檩条间距、不同T形支座长度等进行抗风揭试验,以验证直立锁边系统受力性能报告,并按不同分区的受力性能荷载进行金属屋面檩条间距等系统深化设计。展厅不同区域风洞试验荷载值如图5所示。
3.2 屋面板型选择
因项目位于台风多发区,风洞试验数据峰值达11.2kPa。由此选取抗风揭性能好,能解决超长板伸缩与装饰铝板系统相互约束破坏问题,同时满足建筑使用年限的屋面板。板型与面板咬合如图6所示。
对比欧洲、美国及日本的各种金属屋面系统,本项目屋面采用WS-66H直立锁边镀铝锌钢板系统(见图7)。
3.3 WS-66H板型抗风揭性能
固定座与板肋一起参与咬合。采用不滑动固定座,让板的热胀冷缩量在每跨内通过板的轻微变形进行消化。由于板型断面特征,使其具有更大的截面惯性矩、不易变形及更强的抗风揭性能。咬合步骤如图8所示。
固定座为小肋提供支撑,铺设完板且板肋还未锁合的情况下,即使人为踩踏小肋附近面板,也不会造成小肋脱扣,节约施工防护措施。
WS-66H板比传统直立锁边板65/400具有更大的截面惯性矩和抵抗矩。
风荷载下面板变形分析如下:WS-66H板在风吸力作用下,截面发生变形,板头不受影响;传统直立锁边板在风吸力作用下,截面发生变形,板头变形严重(见图10)。
相同荷载,檩条间距1 200mm时,0.8mm厚WS-66H直立锁边镀铝锌钢板系统抗风揭承载力为-9.8kPa。1.0mm厚传统直立锁边铝板系统抗风揭承载力为-2.8kPa。由试验数据可知,WS-66H直立锁边镀铝锌钢板系统抗风揭承载力远大于传统直立锁边铝板系统。
3.4 WS-66H板防渗漏性能
温度变化时传统直立锁边铝板产生的热胀冷缩考虑板面自由伸缩。铝板在温度变化产生板长方向的自由伸缩时(见图11),屋面人孔及采光顶易因金属板伸缩导致泛水应力破坏。
WS-66H直立锁边镀铝锌钢板系统固定座的特殊构造,使屋面板的伸缩量控制在每2个固定座间,屋面板整体伸缩量可忽略不计。
WS-66H板的咬合形式与传统直立锁边板不同,是固定座与板肋一起参与咬合。但WS-66H采用不滑动固定座,让板热胀冷缩量在每个跨内通过板的轻微变形进行消化(板跨1m时,每跨内的热胀冷缩量约0.5mm),如图12所示。且由于板型断面特征,具有更大的截面惯性矩和不易变形等特点,使其具有更强的抗风揭和防渗漏性能。
3.5 WS-66H镀铝锌钢板与装饰板系统相容性
传统直立锁边铝板屋面板伸缩与装饰铝板龙骨直接相互约束,导致变形破坏。可滑动直立锁边屋面板布置铝单板装饰板,支承构件采用铝合金肋夹夹在直立锁边板板肋卷边部位,通过锁紧螺栓固定在屋面上。屋面板因温度伸缩导致铝合金夹具位置发生变化,进而导致装饰板抗风揭能力下降,甚至出现拉裂、挤压破坏。
WS-66H镀铝锌钢板将屋面板的伸缩量消化在每2个檩条间。相对屋面装饰板系统不产生相对滑移,可任意布置装饰板系统或其他系统。
3.6 WS-66H板防腐性能
本工程金属屋面防水板采用直立缝压型钢板,厚0.8mm,肋高92mm,标准板宽420mm。该屋面板为构造防水,现场压型生产。
基板材质采用S300GD,防腐采用55%镀铝锌(参考配合比:铝55%、锌43.5%、硅1.5%),双面镀层含量≥200g/m
表面(朝向室外)处理采用PVDF预辊涂,涂层厚度35μm;背面PE烤漆,漆膜厚度≥10μm。
4 传统铝镁锰屋面与镀铝锌钢板屋面对比
传统铝镁锰和镀铝锌钢板屋面体系对比如表1所示。
1)WS-66H镀铝锌钢板体系在板型截面、支座形式、咬合形式、伸缩变形方面的抗风和抗渗能力均优于传统铝镁锰屋面。
表1 传统铝镁锰屋面与镀铝锌钢板屋面体系对比
Table 1 Comparison of aluminum magnesium manganese and aluminum zinc plate roofing system
2)根据已完成的4组抗风揭试验结果,试件静态承载力极值达-15.82kPa无破坏,动态承载力通过-15.68kPa无破坏,数值远超传统铝镁锰屋面同类试验结果。
3)钢板相比铝镁锰板质量约增加2倍,搬运人工需相应增加。
4)钢板基板比合金板防腐耐久性存在劣势,因此后续施工中要注意面板的成品保护。
5 结语
深圳国际会展中心(一期)项目在屋面系统施工期间经历了2018年超强台风山竹的考验,施工过程中屋面系统完好无损,证明WS-66H镀铝锌钢板屋面系统在抗风揭性能上的优越性。
[2]刘军进,崔忠乾,李建辉.直立锁边金属屋面抗风揭性能研究现状及展望[J].建筑科学,2018,34(5):118-124.
[3]王凤起,杨凯,郑光升,等.直立锁边金属屋面扇形板搭接后加大肋施工技术[J].施工技术,2018,47(3):50-52.
[4]黄镇雄,王海兵,陈韬,等.支承于柔性索网上刚性金属屋面施工工艺研究[J].施工技术,2018,47(2):19-22.