曲面屋顶之金属屋面形式研究

蔡怡文 钟杨君

摘要：随着社会经济的迅速发展，人们物质文化水平的不断提高，建筑工程行业也发展地越发成熟，不管对建筑的形式还是功能，都有了更高的需求。金属屋面作为一种新的屋面形式，与现代建筑高度融合，成为常用选项之一。本项目为钢结构飞碟形办公楼，曲面屋顶成为建筑的第五立面，美观度要求较高。本文针对可供选择的金属屋面优劣势进行研究，探讨最合适本项目的金属屋面形式，为行业内同类型项目建设提供参考与借鉴，希望能对建造适用、经济、绿色、美观的新时期建筑起到促进作用。

关键词：金属屋面;光伏屋面;曲面屋顶

1.金属屋面的市场需求

随着奥运会、亚运会、世博会等国际赛事和国际会议的举行，我国体育场馆建筑和会议会展建筑大量兴建，其建筑往往选择球状或弧形屋面以显示标志性;随着地区经济的蓬勃发展，作为区域经济连通的高铁站、飞机场等重要交通枢纽建筑成为必选项，其建筑也往往选择流畅的曲线线条来突出速度感;随着企业逐渐做大做强，龙头企业不断显现，往往需要建造更符合企业精神的高端办公总部，其建筑也越来越多选择曲面屋顶来彰显企业的高追求。

以上这些建筑往往造型新奇、结构复杂、规模庞大，大部分都是标志性建筑，外形更具有创新性。屋面工程作为建筑中非常重要的分部工程，除了满足建筑结构设计和使用功能的要求，开始作为第五立面，承担更多的美观度要求。传统的屋面如瓦屋面和混凝土屋面，以远远不能满足现在的建筑形式需求。21世纪以来，随着新材料、新产品、新技术的研究开发和推广应用，金属屋面系统技术越来越成熟，在与体育场馆、文化会展、交通枢纽、商业建筑等曲面屋顶项目上结合得非常好。

此次研究以某高端企业总部的飞碟形办公楼为例，探究金属屋面在曲面屋顶项目上的应用情况，为广大建筑设计从业者提供参考，促进交流，一起为响应发改委提出的严禁建设丑陋建筑，建造适用、经济、绿色、美观的新时期建筑而努力，让城市更美好。

2.项目介绍

项目为悬挑展开的飞碟形办公楼，屋面为流畅的曲面屋顶，面积达1万多平方米。建筑整体采用钢结构，以达到其接近极限的悬挑长度。为保证结构的稳定和功能的需要，屋面放弃采用传统的混凝土屋面板，选择金属屋面。此项目关于金属屋面的选择，有3个主要的方向：1.单层金属屋面、2.双层金属屋面、3.光伏金属屋面。关于屋面高度，总体需要550-750mm的高度，其中自下到上，分别为200mm檩条、35mm底板、100mm岩棉保温层、25mm面层、65mm肋高、200mm装饰层（如外装饰阳极铝板）。

3.金属屋面的种类

3.1单层金属屋面

单层金属屋面材料市面上主要有2种选择，镀铝锌钢板和铝镁锰合金板。其中镀铝锌钢板的底材是冷轧钢板，基材不防腐，靠油漆涂层和镀铝锌镀层防腐保护;且不容许涂层在施工和运输过程中有任何損伤，否则钢板极易被腐蚀;在普通环境下使用寿命为10-20年。市面上几乎所有采用镀铝锌钢板的屋面都有或多或少的生锈情况，特别在切边、折弯、打钉处。后期维修保护，一般会在板扣合处和打钉处贴柔性材料用于防水。

铝镁锰合金板的主要优势为基材防腐，耐海洋盐雾环境，耐久性强，寿命可达50年。在曲面的转折处，就算弯弧半径过小，也能做到光滑成弧，这是钢板屋面所达不到的。但纯材料上的造价，比镀铝锌钢板贵10%左右。

此项目飞碟形金属屋面由扇形板拼成，宽度尺寸有300mm、400mm、500mm。如500mm扇形板，最宽一端是500mm，最窄一端可以做到200mm。

3.2双层金属屋面

双层金属屋面，比单层金属屋面多了一个装饰层。双层金属屋面系统可以满足在几何形状建筑面上使用各各类装饰板的需求，如金属板、百叶、石材等。装饰板的连接固定，无需在防水板上打孔。它能够满足隔声或保温性能的要求。此项目拟采用3mm厚氟碳喷涂装饰铝单板，底部加龙骨，龙骨高出屋面板150—200mm。

3.3光伏金属屋面

光伏金属屋面，即金属屋面与光伏系统结合，屋面厚度一般控制在1000-1200mm。运行模式为：在有太阳辐射的条件下，太阳能组件将太阳能转换为电能输出、经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由逆变器逆变成交流电供给负载，多余或不足电力通过连接电网调节。其安装方式可选择分开式独立安装，也可选择与建筑物同时设计安装。分开式独立安装方式，美观性较差，一般用于厂房屋顶。此项目拟选择同时设计安装的方式，也称为建材型太阳能光伏建筑，能保证屋面的平整度，美观性更高;防渗漏性和抗风性能更加优越，保证耐久年限。选择光伏金属屋面的优点，主要便是经济节能：1.业主自行投资建设，后期用于自身建筑用电，节能减排;2.可与厂家合作，由厂家来投资建设，所产生的电量打折出售给业主使用，减缓前期投资压力。

缺点主要有：1.光伏金属屋面需要定期清理。清洗频率由表面污染程度和发电效率决定;2.光伏板颜色为深蓝色，接近黑色，无其他颜色选择，若屋面本身选择较浅颜色，则对比过于明显;2.形状为宽约1米，长约2米的矩形，无法做成扇形、三角形等其他形状，特别是在异性屋面和曲面屋面上，只能一块块拼接摆放，与屋面边角无法高度契合，降低美观度。

4.结语

在此飞碟形办公楼项目中，业主在追求造型美观的同时，也极力控制造价，故最先放弃了影响效果的光伏金属屋面;最终结合地面150米人视角度，在外沿可见范围内，局部采用了造价较高的双层金属屋面，内沿选择了造价较低的单层金属屋面。

如今越来越多的建筑采用金属屋面，技术成熟，可选择性较多。作为建筑设计阶段，建筑师应结合各种金属屋面的构造层次先确认好需要的尺寸，再进行设计。设计过程中，也应及时与厂家沟通，了解其局部构造节点，如天沟和天窗处理，保证建筑的可实施性;更应结合业主需求，在保证建筑效果的同时，寻求性价比最高的最佳解决方案。

参考文献

[1]陈林堂. 广州万达茂组合金属屋面体系应用[J].中国建筑金属结构，2021.

[2]洪宙飞，孙继刚，黄唯.北京理工大学体育馆双曲金属屋面体系[J].工业建筑，2007.