鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、<p>　　鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面的設(shè)計(jì)與應(yīng)用</p><p>　　【摘要】：早在二十世紀(jì)之初，人類便開(kāi)始將鋁質(zhì)屋面材料應(yīng)用在建筑上，并發(fā)現(xiàn)鋁質(zhì)屋面材料具有十分優(yōu)異的耐久性能。在現(xiàn)代建筑行業(yè)中，金屬鋁已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的材料，并被廣泛地應(yīng)用于人們的生產(chǎn)、生活中。在金屬鋁的熔煉過(guò)程中根據(jù)不同的比例添加其他金屬可以形成合金，從而大幅度地改善鋁合金的物理、化學(xué)和機(jī)械性能，不僅能夠增強(qiáng)材料性能，而且優(yōu)化了材料結(jié)

2、構(gòu)。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】：鎂鋁錳板；直立鎖邊；金屬屋面；設(shè)計(jì)；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A </p><p><b>　　0、引言 </b></p><p>　　近幾年，我國(guó)很多地方以?shī)W運(yùn)舉辦為契機(jī)興建了一批大型標(biāo)志性公共建筑。這些建筑造型新穎、獨(dú)特，屋蓋大多采用空間曲

3、而鋼結(jié)構(gòu)體系。傳統(tǒng)屋而施工工藝己經(jīng)難以滿足防水及保溫等使用功能需要。直立鎖邊金屬屋蓋體系具備良好的防水、保溫、防雷及抗腐蝕功能。本文將通過(guò)簡(jiǎn)述鎂鋁錳合金的概念和特點(diǎn)，探討鎂鋁錳合金屋面在現(xiàn)代建筑行業(yè)中的應(yīng)用，并通過(guò)比較鎂鋁錳合金與鋼質(zhì)材料在結(jié)構(gòu)性能方面的差異，具體總結(jié)鎂錳合金屋面的材料優(yōu)勢(shì)和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。 </p><p>　　1.鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面設(shè)計(jì)方法分析 </p><p>　　根

4、據(jù)國(guó)外的設(shè)計(jì)規(guī)范和現(xiàn)有的冷彎薄壁設(shè)計(jì)理論,直立鎖邊點(diǎn)支承鎂鋁錳合金屋面板設(shè)計(jì)重點(diǎn)是以下幾個(gè)部分:1)鋁合金屋面板的強(qiáng)度計(jì)算;2)鋁合金屋面板腹板的組合受力計(jì)算;3)鋁合金屋面板的變形計(jì)算。 </p><p>　　1.1鋁合金屋面板的強(qiáng)度計(jì)算 </p><p>　　按目前通行的屋面板或墻面板簡(jiǎn)化理論,鋁合金屋面板的強(qiáng)度計(jì)算取一個(gè)波距或整塊屋面板的有效截面,按受彎構(gòu)件計(jì)算。以三跨屋面板為例,計(jì)

5、算簡(jiǎn)圖如圖所示。 </p><p>　　圖1：強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖 </p><p>　　強(qiáng)度計(jì)算的核心環(huán)節(jié)是有效截面的計(jì)算,目前通行的有效截面計(jì)算理論和公式ρc=α1*1/λ-α2*0.22/λ&sup2;（ρc為受壓板件達(dá)到極限承載力時(shí)的平均縱向應(yīng)力折算系數(shù); α1, α2為計(jì)算系數(shù),取決于受壓板件的邊界條件、合金材料的應(yīng)變硬化性能以及是否受焊接軟化效應(yīng)的影響,具體取值可參見(jiàn)歐洲鋁合金

6、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范）是G Winter和Pekoz建立的。然而考慮到擠壓型材截面的復(fù)雜性,現(xiàn)行歐洲鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范和英國(guó)的鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范放棄了“有效寬度”法,而采用“有效厚度”的概念來(lái)計(jì)算受壓板件的有效截面,以槽型構(gòu)件為例,兩者簡(jiǎn)化模型的比較見(jiàn)圖2“簡(jiǎn)化模型”。盡管在“有效厚度”法中折減厚度的提法缺乏明確的物理意義,但其避免了計(jì)算受壓板件有效寬度分布的問(wèn)題,簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程;對(duì)于鋁合金型材這種可能有復(fù)雜加勁肋的構(gòu)件來(lái)說(shuō),這樣的處理方法還是

7、相當(dāng)實(shí)用的。表1反映強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖截面1處計(jì)算的有效截面屬性的比較。其中第一行是根據(jù)試驗(yàn)測(cè)得的截面1應(yīng)變推算出相應(yīng)的應(yīng)力和試驗(yàn)測(cè)得的中性軸位置推算有效截面屬性。從表中反映,根據(jù)歐洲規(guī)范計(jì)算的有效截面屬性和試驗(yàn)結(jié)果比較接近,而套用冷彎薄壁規(guī)范的計(jì)算將會(huì)給有效截面</p><p><b>　　圖2：簡(jiǎn)化模型 </b></p><p>　　有效截面屬性的比較 </p&g

8、t;<p><b>　　表1 </b></p><p>　　1.2鋁合金屋面板腹板的組合受力計(jì)算 </p><p>　　鋁合金面板中的腹板承受大剪力和大彎矩共同作用時(shí),腹板將破壞于較低的應(yīng)力狀態(tài)。文中正向加載試驗(yàn)最終破壞就是彎、剪組合作用的結(jié)果。彎、剪組合作用的理論分析早在鐵摩辛柯的彈性穩(wěn)定理論中已有論述,現(xiàn)今大多鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范均使用其計(jì)算公式,形式如下:

9、</p><p>　　[M/Mu]&sup2;+[V/Vu]&sup2;≤1 </p><p>　　圖3為分別按歐洲鋁合金規(guī)范方法和中國(guó)冷彎薄壁方法的彎剪組合計(jì)算值隨荷載的變化曲線。圖4為試驗(yàn)測(cè)得的截面1處vonMises曲線。從圖中可以清楚地看到試驗(yàn)值和歐洲鋁合金規(guī)范計(jì)算值均反映荷載加到10kN/mm2附近,腹板將會(huì)產(chǎn)生破壞。而套用冷彎型鋼規(guī)范對(duì)鋁合金進(jìn)行設(shè)計(jì)將有50%以

10、上的誤差。 </p><p>　　圖3：組合計(jì)算值-荷載曲線 圖4：試驗(yàn)的vonMises曲線 </p><p>　　1.3鋁合金屋面板的變形計(jì)算 </p><p>　　目前國(guó)內(nèi)外規(guī)范對(duì)屋面板的撓度計(jì)算均采用圖5的簡(jiǎn)化計(jì)算模型,按連續(xù)梁進(jìn)行計(jì)算。圖5是邊跨、中跨位置撓度的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和按規(guī)范計(jì)算數(shù)值的比較。圖中反映在邊跨,計(jì)算撓度和試驗(yàn)值比較接近,而在中跨,計(jì)算撓度和試

11、驗(yàn)值有40%的誤差。因此,對(duì)于點(diǎn)支承的屋面系統(tǒng),將固定支座簡(jiǎn)化成理想鉸支座的力學(xué)模型并不能完全反映實(shí)際的變形情況。 </p><p>　　圖5：撓度-荷載曲線比較 </p><p>　　2.鎂鋁錳合金屋面的系統(tǒng)和應(yīng)用 </p><p>　　鎂鋁錳合金屋面系統(tǒng)是指直立鎖邊系統(tǒng)，這也是一個(gè)較為傳統(tǒng)的鎂鋁錳板安裝系統(tǒng)。由于這種系統(tǒng)吸收了鋁金屬的優(yōu)點(diǎn)，因此被應(yīng)用于各種建筑屋

12、面和墻面系統(tǒng)，成為現(xiàn)代建筑中不可或缺的部分。 </p><p>　　2.1 鎂鋁錳合金屋面的系統(tǒng) </p><p>　　基于直立鎖邊咬合設(shè)計(jì)的特殊板形的金屬板塊，是直立鎖邊鎂鋁錳合金金屬屋面系統(tǒng)的核心構(gòu)成，這種設(shè)計(jì)主要是針對(duì)大跨度自支承式密合安裝體系，即使用專業(yè)的立邊咬合設(shè)備，沿著板條長(zhǎng)度方向?qū)蓧K板的立邊進(jìn)行咬合，從而使屋面或墻面連接成為一個(gè)整體。這個(gè)系統(tǒng)可以節(jié)省較多的安裝時(shí)間，特別是對(duì)

13、于較大的屋面或墻面來(lái)說(shuō)，直立鎖邊鎂鋁錳合金金屬屋面系統(tǒng)無(wú)疑為其提供了一個(gè)有效降低成本的方法。同時(shí)，直立鎖邊鎂鋁錳合金金屬屋面系統(tǒng)能夠使現(xiàn)代建筑呈現(xiàn)出一種韻律感，看上去更加美觀。 </p><p>　　2.2 鎂鋁錳合金屋面的應(yīng)用 </p><p>　　鎂鋁錳合金金屬屋面系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于各種建筑屋面和墻面系統(tǒng)，例如：民用住宅、商業(yè)設(shè)施、大型購(gòu)物中心、公共服務(wù)設(shè)施、大型娛樂(lè)建筑、會(huì)展廳、體育館

14、所、會(huì)議中心建筑、車站及其他大型交通樞紐、機(jī)場(chǎng)航站樓等。 </p><p>　　3.直立鎖邊金屬屋蓋體系的優(yōu)越性能 </p><p><b>　　3.1適用性強(qiáng) </b></p><p>　　合金屋面板的底板及面板采用現(xiàn)場(chǎng)壓制成型，生產(chǎn)方便快捷，不受運(yùn)輸條件的限制，可以現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要生產(chǎn)各種長(zhǎng)度的屋面板，屋面板在長(zhǎng)度方向上不需搭接縫，金屋面板能壓

15、成各種形狀，不僅能壓成直線、折線、弧線，還能壓成各種扇形板，故可實(shí)現(xiàn)平屋面、坡屋面到球形屋面、雙曲屋面等形式，從而滿足建筑師的設(shè)計(jì)要求。 </p><p>　　3.2抗變形能力好 </p><p>　　采用直立鎖邊固定方式，合金固定座固定座只限制屋面板在上下方向的移動(dòng)，并不限制屋面板沿板長(zhǎng)方向的移動(dòng)，因此屋面板在溫度變化時(shí)能夠在固定座上自由伸縮，不會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力；在寬度方向板可以支座為軸，

16、自由轉(zhuǎn)動(dòng)，從而消除板在寬度方向的溫度應(yīng)力，有效解決了其他板型難以克服的溫度變形問(wèn)題，保證了屋面性能的可靠性。 </p><p>　　3.3抗腐蝕耐久性好 </p><p>　　直立鎖邊金屬屋蓋體系采用的鎂鋁錳合金面板自身具有良好的防腐能力。與之相比，普通壓型鋼板屋蓋的基材本身沒(méi)有任何防腐能力，必須依靠鍍鋅或增加涂層提供防腐保護(hù)，但即便采取上述措施，板材切口處、螺釘孔處及因施工造成的鍍層破壞

17、處難免產(chǎn)生局部銹蝕，且這種局部腐蝕會(huì)不斷擴(kuò)散，導(dǎo)致穿透性銹蝕而產(chǎn)生屋面漏水，因此造成普通壓型鋼板屋面使用壽命很短。實(shí)踐證明直立鎖邊金屬屋蓋的抗腐蝕性遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通壓型鋼板屋蓋，耐久性良好。 </p><p>　　3.4本身具有防雷功能 </p><p>　　該金屬屋蓋系統(tǒng)將金屬面板可作為閃接器，只要將部分ST固定座的固定螺絲的膠墊除去，即可大大提高屋面的防雷性能，提高導(dǎo)電性，這種防雷設(shè)計(jì)不需

18、要在屋面上再設(shè)置避雷帶或避雷針，對(duì)建筑物外觀造型及屋面防水都非常有利，既簡(jiǎn)便又經(jīng)濟(jì)，驗(yàn)收時(shí)檢測(cè)接地電阻可達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。 </p><p><b>　　3.5保溫性能好 </b></p><p>　　保溫材料采用100mm厚玻璃纖維保溫棉（16kg/m3），屬A級(jí)不燃性材料，防火、防潮、防霉變性能好。 </p><p><b>　　3.

19、6防水性能好 </b></p><p>　　首先，直立鎖邊固定合金屋面板板肋在經(jīng)過(guò)機(jī)械鎖邊后緊扣合金固定座的梅花頭，板面完整無(wú)破損，無(wú)穿透式螺釘外露，消除了采用傳統(tǒng)屋蓋施工工藝時(shí)出現(xiàn)的漏水隱患；其次，鎂鋁錳合金板先用現(xiàn)場(chǎng)壓制成型，可以現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要生產(chǎn)各種長(zhǎng)度的屋面板，從而消除屋面板在長(zhǎng)度方向上的搭接縫，減少了漏水的機(jī)會(huì)；再者，鎂鋁錳合金屋面板的板肋直立，高達(dá)65mm，有效排水高度大，且整個(gè)板寬均能有效

20、排水，與其他金屬板相比，在相同寬度下直立鎖邊鎂鋁錳合金板的排水截面最大；而且由于板肋設(shè)有反毛細(xì)凹槽，使大肋與小肋之間存在一個(gè)空腔，減小了水的表面張力，從而阻止了毛細(xì)水向上運(yùn)動(dòng)滲入室內(nèi)。 </p><p><b>　　4.結(jié)語(yǔ) </b></p><p>　　鎂鋁錳合金屋面充分利用了鎂鋁錳合金的優(yōu)點(diǎn)，與彩鋼相比更加輕盈、強(qiáng)度適中、耐腐美觀、防火防潮、安全環(huán)保，具有較高性價(jià)

21、比，因而被應(yīng)用于各種建筑屋面和墻面系統(tǒng)，成為現(xiàn)代建筑中的重要材料。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn) </b></p><p>　　[1] 張曉冬.直立邊鎖扣式鎂鋁錳合金金屬屋面施工技術(shù)[J].今日科苑.2008（07）. </p><p>　　[2] 趙磊，唐際宇，黃貴，唐峰.昆明新機(jī)場(chǎng)航站樓雙曲面金屬屋面安裝施工技術(shù)[J].施工技術(shù).