近年来，因台风、暴雨等引发的机场、体育馆等大型公共建筑屋面工程安全问题，引发广大门窗幕墙从业者的深思……金属屋面作为建筑表皮重要组成部分——共同着眼于建筑顶部空间利用、设计、施工，以及安全应用迫在眉睫！

　　到底这“顶”建筑的“帽子”应该如何选呢？是让他成建筑之“冠”，还是错配成张“冠”李戴，今天中国幕墙网请专家为您分析解读！

　　金属屋面系统是指采用金属板材作为屋盖材料，结合结构支撑、防水、保温等功能层为一体的屋盖形式。根据《采光顶与金属屋面技术规程(JGJ255-2012)》定义：金属屋面是由金属面板与支撑体系组成，不分担主体结构所受作用且与水平方向夹角小于75°的建筑围护结构。

　　在建筑功能性要求的前提下，能够较好的实现排水、保温隔热、透气、隔音等所有要求。

　　现对于混凝土屋面体系，金属屋面系统具有构造层薄、支撑结构轻巧、跨度大，并能够适应复杂的建筑造型。

　　在施工中，金属屋面系统基本能够达到全装配式安装方法，绝大部分工作都能够在工厂或现场的加工车间完成。现场施工受季节及天气影响较小。相对于传统屋盖，安装效率极高，能够较大的缩短安装周期。

　　目前，工程中通常根据金属屋面板的固定方式，将各种金属屋面进行了区别和分类。现在工程中常用的几种基本做法如下：

　　此种屋面系统在应用较早也相对普遍。本系统屋面板材靠螺钉固定在支撑龙骨上。连接螺钉直接穿透屋面板。为了防止穿透点渗漏，连接螺钉一般配有特制的压紧垫片和防水垫圈，也有用带胶垫的封闭型抽芯铆钉固定面板的做法。基本节点构造图，如图2.1.1：

　　此种屋面系统最早出现在澳洲，所以也叫澳式暗扣板。特定的板型配有对应的安装支架。安装时，首先将安装支架固定于支撑龙骨或基材上，屋面板与屋面板、屋面板与支架采用暗扣卡接固定。基本节点构造图，如图2.2.1：

　　此种屋面系统通常上也称矮立边直立锁边金属屋面系统，本文为了区分，称之为直立咬合边金属屋面系统。其按咬合程度分为单锁边和双锁边两种形式。屋面板采用机械加工成型。安装时，首先将专用扣件固定在支撑龙骨上，相邻屋面板及连接扣件相互咬合，然后通过机械或手工的方式进行锁死、定型、固定。基本构造及节点如图2.3.1、2.3.2：

　　此种屋面系统通常被称作高立边直立锁边金属屋面系统，也叫直立锁缝lok板。金属面板通过机械辊压形成双边行成公母扣。安装时，首先将专用铝合金T型码与支撑龙骨连接。然后将屋面板及T型码相互咬合，最后通过机械或手工的方式进行锁紧、定型。

　　此种金属板块一般通过机械冲压或手工裁剪成型。安装时首先将专用锁扣件固定在基材上，然后板块的四周通过折边与锁扣件相互咬合成型固定。基本构造节点如图2.5.1：

　　a、主要金属屋面系统面材均采用金属薄板，受机械加工影响及材料物理性能制约，厚度大多在1.0mm以下，所以在进行面材选择时，材料本身的防腐性能就成为首先的考虑指标。

　　金属屋面面材都是采用卷材原材加工，理论上，面板长度可以无限长。但是收到运输条件、节点构造、安装工艺、气候条件等因素影响，实际工程中最大板长并不一致。无可否认的是，板接缝越多，屋面系统产生渗漏的风险越大。而板型越多，其适应性就越强。

　　a、对于防雨性能：暗扣式、矮立边、高立边金属屋面均具有很好的防雨性能，其系统本身具有接近100%的防雨性。工程中的渗漏多出现在屋脊、山墙、檐口等地方的做法处理不当或屋面板损坏破坏。

　　适应性主要是表述各种金属屋面系统对于建筑外形、外观、特殊部位及双层屋面的应用性能。下表主要结合上述屋面板的基本性能和屋面系统的基本性能对各种屋面系统的适应性进行对比。

　　以上各种屋面系统的适用侧重点各不相同，其中穿钉式金属屋面系统技术相对落后，美观程度较低，但由于其特有的经济性，仍被广泛使用。直立锁边金属屋面系统、直立咬合边金属屋面系统适应性较强，应用也最为广泛。当然，各种屋面系统的细节也对其适应性有一定影响，比如檐口的做法，直立咬合边金属屋面系统采用的流线型自咬合方式，不需要相关配件，美观性就较其他几种屋面形式要好。

　　结合上述分析，在选择适用与建筑的金属屋面系统时，不仅要在考虑设计年限、当地气候条件、系统的使用性能，同时也与建筑本身造型及外观效果要求有关。其实在现实工程中，金属屋面系统的外观往往占据主导地位。所以在施工单位在进行屋面方案建议或者方案设计时，首先需要了解建筑师或业主对于建筑外观的具体要求，其后再考虑建筑具体的使用性能。

　　其中，如果建筑屋面外观需要呈现不同材质时，比如：石材、各种造型的金属板、彩釉玻璃等，即需要双层屋面形式时，最优先考虑直立锁边金属屋面系统。而将金属屋面板直接作为面层使用或者体量较小形态复杂，而且对外观要求又比较高的时候，优先选用直立咬合边金属屋面体系。而平锁扣屋面系统的应用一般建筑师或业主会直接提出要求，但须注意的是其必须依附于内层的防水体系，且使用面积不宜太大，板块自身的规格也相对较小。

　　近年来，国务院办公厅发布了《关于大力发展装配式建筑的指导意见》 ，国内建筑形态必然会出现大幅度的更新。同时伴随着国内市场对于绿色建筑、低能耗建筑的日渐青睐，金属屋面系统以其优越的使用性能、良好安装性能、适应了相关政策与市场的契机，必然在未来的建筑市场上大有作为。

　　采光顶的主要面板材料为玻璃、聚碳酸酯板等。面板支承方式也多种多样，主要包括框架支承和点支承，其中框架支承包括三边、四边、多边支承，与玻璃幕墙类似，框架支承还可分为明框、半隐框和隐框方式；点支承包括三点、四点、六点等支承方式，通过钢爪或夹板固定玻璃。聚碳酸酯板可采用平板、多层中空板等，其中U 型中空板结构设计合理，防水性能好。采光顶的支承结构也千变万化，通常采用钢结构、铝合金结构或玻璃结构等，钢结构包括：刚性结构（梁、拱、树状支柱、桁架和网架、单层和双层网壳等）、柔性结构（张拉索杆体系、自平衡索杆体系、索网和整体张拉索穹顶等）和混合结构（同时采用刚性结构和柔性结构的支承体系）等。

　　金属屋面是六、七十年代开始使用，近几年才大量应用的屋面系统。从发展阶段上看，由开始的金属平板类建筑幕墙系统发展到专业压型板（连续板材）类系统，在技术方面实现很大的飞跃。采用建筑幕墙构造的金属屋面可以参考幕墙类规范执行，技术方面相对成熟。采用压型板的金属屋面构造设计方面比较成熟，但在计算理论方面尚需进一步研究。通常压型板金属屋面可以分为四类：直立锁边屋面系统、直立卷边屋面系统、转角立边双咬合屋面系统和古典式扣盖屋面系统。

　　直立锁边点支承屋面系统是该规程的重点，该系统通过专用设备或手工咬合工艺，将直立锁边板和T 形支座咬合并连接到屋面支承结构的金属屋面系统，主要用于大跨度建筑屋面。其特点是：T 形支座通过咬合方式连接，屋面板不设置穿孔，防水性能好；U 型直立锁边板自身形成相互独立的排水槽，使屋面能够有效地进行排水，排水性能高；在面板和支座之间能够实现滑动，有效吸收屋面板因热胀冷缩等产生的温差变形，使得该系统在纵向超长尺寸面板的应用中有明显优势。

　　太阳能光伏系统一种新型的绿色的能源技术。光伏建筑一体化是光伏系统在建筑上应用的重要形式，是国家重点支持的新能源领域。为配合财建[2009]128号“关于加快推进太阳能光电建筑应用的实施意见”，为了更好地获得太阳能资源，通常将光伏系统与采光顶和金属屋面结合设计，为确保工程质量，该规程编制组在大量工程实例调查分析基础上，编制了光伏系统应用方面的内容。

　　2.1 采光顶、金属屋面性能确定与建筑幕墙相近，采光顶与金属屋面的物理性能包括承载力（荷载组合）、水密性能、气密性能、热工性能、空气声隔声性能、光学性能和光伏系统各项性能。该规程对采光顶与金属屋面的性能指标的确定方法作出了具体的规定。但需要注意以下几个方面：

　　2.2.1金属屋面“三性”试验在JGJ255《采光顶与金属屋面技术规程》中，采用抗风压性能模拟荷载组合，试验样品按实际安装角度进行试验，其设备应具有以下组成部分：压力箱体、风压提供装置、淋水装置、压力测量装置、空气流量测量装置和位移测量装置，这些设备和装置能够满足面板、檩条安装、位移测量等需要，测试精度达到现行国家标准《建筑幕墙气密、水密、抗风压性能检测方法》GB/T15227 的要求。

　　2.2.2金属屋面抗风掀试验方法抗风掀性能是金属屋面抵抗由于风荷载产生的向上作用的能力。该规程等效采用美国标准UL580《Tests for Uplift Resistance of Roof Assemblies》。测试设备由两部分组成：上部压力箱和底部压力箱，中间部位安装金属屋面试件，其中上部压力箱采用波动加压，下部箱体为正压腔体。金属屋面性能分级与UL580 基本相同。

　　1）荷载先进行组合，然后进行应力计算，还是先计算各类荷载的应力，然后进行应力组合，这个问题在现行国家标准GB50009《建筑结构荷载规范》中没有明确，当作用和作用效应为线性关系时，二者的计算结果相同，但考虑材料非线性和几何非线性后，其计算结果将有所不同。该规程采用GB50009 的方法，不出统一的组合公式，由使用者根据工程的实际情况和经验自行决定。

　　2）关于采光顶与金属屋面的排水坡度，JGJ255《采光顶与金属屋面技术规程》规定：排水坡度应根据工程实际情况确定，采光顶、金属平板屋面和直立锁边金属屋面坡度不应小于3%。这条规定与2011年颁布执行的国家标准GB50693《坡屋面工程技术规范》规定的5%不同。主要原因是该规程所涉及的金属平板屋面和压型板金属屋面具有较强的排水能力，排水坡度3% 能够保证顺利排水。

　　任意三角形薄板、点支承矩形板、等腰梯形板的经典数值解法具有局限性，目前仅能就比较规则的板进行求解，不能满足工程设计的需要。采用近似方法依目前的计算手段其精度完全能够满足工程要求。大量有限元计算结果表明：挠度系数、弯矩系数与板的实际尺寸、厚度、荷载集度等没有关系. 因此三角形面板可以通过宽高比ar(0.5～2.0)、顶点偏移比r(0～0.5) 等与形状有关的参数进行建模，通过有限元计算得到精度很高的近似解，完全可以满足一般采光顶工程的需要，并可归纳为统一的计算表格。计算表中所给数值满足要求时可以进行内插和外插，计算精度能够满足工程应用要求。大挠度理论边界条件要求较高，玻璃安装无法形成其要求的薄膜应力场，但近些年的工程实践和幕墙检测经验证明，可以采用适当折减的方法进行修正，避免造成材料的浪费。该规程挠度系数和弯矩系数采用相同的折减数值。