鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面的設(shè)計與應(yīng)用

1、<p>　　鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面的設(shè)計與應(yīng)用</p><p>　　【摘要】：早在二十世紀(jì)之初，人類便開始將鋁質(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；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　0、引言 </b></p><p>　　近幾年，我國很多地方以奧運(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。本文將通過簡述鎂鋁錳合金的概念和特點，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)勢和結(jié)構(gòu)優(yōu)勢。 </p><p>　　1.鎂鋁錳板直立鎖邊金屬屋面設(shè)計方法分析 </p><p>　　根

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

5、算簡圖如圖所示。 </p><p>　　圖1：強(qiáng)度計算簡圖 </p><p>　　強(qiáng)度計算的核心環(huán)節(jié)是有效截面的計算,目前通行的有效截面計算理論和公式ρc=α1*1/λ-α2*0.22/λ&sup2;（ρc為受壓板件達(dá)到極限承載力時的平均縱向應(yīng)力折算系數(shù); α1, α2為計算系數(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,具體取值可參見歐洲鋁合金

6、結(jié)構(gòu)設(shè)計規(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)計規(guī)范和英國的鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范放棄了“有效寬度”法,而采用“有效厚度”的概念來計算受壓板件的有效截面,以槽型構(gòu)件為例,兩者簡化模型的比較見圖2“簡化模型”。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,但其避免了計算受壓板件有效寬度分布的問題,簡化了設(shè)計過程;對于鋁合金型材這種可能有復(fù)雜加勁肋的構(gòu)件來說,這樣的處理方法還是

7、相當(dāng)實用的。表1反映強(qiáng)度計算簡圖截面1處計算的有效截面屬性的比較。其中第一行是根據(jù)試驗測得的截面1應(yīng)變推算出相應(yīng)的應(yīng)力和試驗測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)范計算的有效截面屬性和試驗結(jié)果比較接近,而套用冷彎薄壁規(guī)范的計算將會給有效截面</p><p><b>　　圖2：簡化模型 </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,腹板將破壞于較低的應(yīng)力狀態(tài)。文中正向加載試驗最終破壞就是彎、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)范方法和中國冷彎薄壁方法的彎剪組合計算值隨荷載的變化曲線。圖4為試驗測得的截面1處vonMises曲線。從圖中可以清楚地看到試驗值和歐洲鋁合金規(guī)范計算值均反映荷載加到10kN/mm2附近,腹板將會產(chǎn)生破壞。而套用冷彎型鋼規(guī)范對鋁合金進(jìn)行設(shè)計將有50%以

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

11、驗值有40%的誤差。因此,對于點支承的屋面系統(tǒng),將固定支座簡化成理想鉸支座的力學(xué)模型并不能完全反映實際的變形情況。 </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，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)計主要是針對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整體。這個系統(tǒng)可以節(jié)省較多的安裝時間，特別是對

13、于較大的屋面或墻面來說，直立鎖邊鎂鋁錳合金金屬屋面系統(tǒng)無疑為其提供了一個有效降低成本的方法。同時，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、大型購物中心、公共服務(wù)設(shè)施、大型娛樂建筑、會展廳、體育館

14、所、會議中心建筑、車站及其他大型交通樞紐、機(jī)場航站樓等。 </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)場根據(jù)需要生產(chǎn)各種長度的屋面板，屋面板在長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，并不限制屋面板沿板長方向的移動，因此屋面板在溫度變化時能夠在固定座上自由伸縮，不會產(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，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)計不需

18、要在屋面上再設(shè)置避雷帶或避雷針，對建筑物外觀造型及屋面防水都非常有利，既簡便又經(jīng)濟(jì)，驗收時檢測接地電阻可達(dá)到國標(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)過機(jī)械鎖邊后緊扣合金固定座的梅花頭，板面完整無破損，無穿透式螺釘外露，消除了采用傳統(tǒng)屋蓋施工工藝時出現(xiàn)的漏水隱患；其次，鎂鋁錳合金板先用現(xiàn)場壓制成型，可以現(xiàn)場根據(jù)需要生產(chǎn)各種長度的屋面板，從而消除屋面板在長度方向上的搭接縫，減少了漏水的機(jī)會；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)動滲入室內(nèi)。 </p><p><b>　　4.結(jié)語 </b></p><p>　　鎂鋁錳合金屋面充分利用了鎂鋁錳合金的優(yōu)點，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

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)場航站樓雙曲面金屬屋面安裝施工技術(shù)[J].施工技術(shù).