天长市全民健身中心体育馆金属屋面体系选型与设计

2022-05-05刘毛方孟磊安徽省金田建筑设计咨询有限责任公司安徽合肥230001

安徽建筑 2022年4期

刘毛方，孟磊（安徽省金田建筑设计咨询有限责任公司，安徽合肥 230001）

1 引言

二十世纪九十年代以来，在经济高速发展和人民生活水平日益提高的背景下，各种体育馆、会展中心、高铁站如雨后春笋般遍地开花。这些大跨空间结构一般选用金属屋面板体系。前些年，铝镁锰直立锁边金属屋面板系统由于其造型灵活、耐久性、防水性能好等优点，在体育馆、会展中心等项目屋面及维护结构中得到了广泛应用。国内对于这种屋面系统的防水、保温以及抗风揭受力性能等[1]均已做过很全面地研究。

近年来，由于建筑师追求造型的复杂和美观，传统的铝镁锰屋面板由于其外观存在一定的金属纹理，且颜色的局限性，故在一些大型项目中需要在传统的屋面板构造上增加一层金属装饰板。比较常用的体系为TPO防水卷材加装饰板屋面构造体系，TPO防水卷材即热塑性聚烯烃类防水卷材，该产品具有抗老化、拉伸强度高，伸长率大、潮湿屋面可施工、外露无须保护层、施工方便、无污染等综合特点，十分适用于作为大型金属的防水层。但是TPO卷材屋面体系存在构造复杂，施工期间漏水隐患点多，施工质量要求高等缺点，故如何扬长避短，充分发挥TPO卷材屋面防水体系的优点是亟待解决的问题。

2 常用金属屋面体系的分类与对比

2.1 铝镁锰直立锁边金属屋面体系

铝镁锰直立锁边金属屋面板系统[1]经特别设计后，由形成相互咬合的金属件组成核心部分的直立锁边板型构造（图1a）,直立锁边金属屋面系统相邻的屋面板通过铝合金支座来连接和固定，板块间通过直立锁边的构造相互咬合，形成可靠、紧密的连接(图1b)。板型的弯折槽构造能使屋面板块纵向滑动，不仅能释放板材热胀冷缩带来的温度应力，又兼具防水效果。铝镁锰金属屋面板系统的构造及安装后效果如图1c、1d所示。

图1 铝镁锰金属屋面示意

2.2 TPO柔性防水卷材屋面体系

TPO柔性防水卷材一般铺贴在屋面的保温板材上，卷材之间搭接采用热风焊接。屋面装饰板一般为铝板，铝板龙骨由下部升上来的小圆柱支撑，由于小圆柱要穿过TPO防水卷材，故需在小圆柱四周附加TPO成品套筒来补强防水。

图2 TPO柔性防水卷材屋面示意

图3 不可滑动钢板体系示意

2.3 不可滑动钢板体系

不可滑动钢板体系在日本公共建筑已经应用20余年。近年来引进到国内，相比于直立锁边系统，其屋面板不可滑动，不存在累计滑动量。故其强度高、抗风揭能力强，结构安全性高。

3 工程实例

天长市全民健身中心体育馆总建筑面积37926m2，地下一层,地上局部三层，屋盖整体呈钻石切割状，屋盖完成面最高点28m，最低点21m。建筑效果图见图4所示。屋面装饰板分割为三角形的铝板和玻璃幕墙相结合。建筑屋面防水等级为一级。根据《建筑金属维护系统工程技术标准》（JGJ/T473-2019）规定，屋面防水等级为一级时，防水构造为金属板+防水层，但采用全焊接金属屋面时，在有技术保证的情况下，可直接作为一级防水，本工程由于建筑外形需要，铝镁锰屋面体系已不适用，可选的只有单层防水卷材屋面体系[2]，但是由于屋面鼓起的8个三角锥体坡度很大，适合的防水体系只有TPO柔性防水卷材。由于业主对屋面防水要求很高，原设计方案决定采用铺贴2道1.5mm厚的TPO卷材构成一级防水体系。但是经过仔细分析后发现，支撑上部装饰板的TPO套筒有上万个，此处会形成漏水隐患，同时屋面鼓起的三角锥体面积很大，在施工该部分龙骨时，如保护措施不当，很容易对下面铺设的TPO造成破坏，成为漏水隐患点，一旦竣工后漏水，将无法修补，造成不可挽回的后果。

图4 天长市全民健身中心体育馆

图5 体育馆屋面平面图

在仔细分析了本项目特点以及参考其他项目的基础上，本工程设计了一种不可滑动钢板与TPO相结合的屋面板防水体系。即在传统的TPO卷材上部铺设一层直立锁边的镀锌钢板，此部分钢板即可作为TPO卷材的保护层，也相当于增加了一道刚性防水。同时，直立锁边的咬合处通过专用的配套夹具作为装饰铝板的龙骨支撑，不用破坏TPO防水体系，可谓一举三得。图6为该体系的构造详图。

图6 不可滑动钢板加TPO防水卷材屋面体系剖面图

但是实际施工中，由于屋面鼓起的三角锥体为三个斜面，如何实现钢板锁边的连续以达到预期的效果是个难点，在设计过程中，经过与专业厂家的不断讨论，最终确定的斜屋面的钢板锁边过程如图7所示。

图7 不可滑动钢板加TPO防水卷材屋面体系三维解析图

由图7可以看出，直立锁边钢板均垂直屋脊方向锁边，三个斜面的锁边均在屋脊处相交。同时，在屋脊处设置堵头，上盖防水板，由于屋脊最高点为三角锥体的顶，故最尖顶处防水板为一个异形的三维立体盖板，此盖板须工厂预制，三维放线确定。锁边的钢板与装饰铝板龙骨通过H66锁夹固定。从图7构造可以看出，该体系直立锁边咬合密切。屋脊处增设的防水板构造合理，可以完好地保护TPO防水卷材，并为屋面增加了一道刚性防水。理论上可以达到二道防水的效果，同时增加这层锁边钢板造价低，使用效果好。