【金属屋面分会】相关知识|建筑师,你该了解的金属屋面应用系统!
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现代建筑的坡屋面一般包括传统的瓦屋面系统、金属屋面系统。相较于传统的瓦屋面，金属屋面系统具有如下特点：
（1）金属一般都具有良好的可塑性，因此金属板材可适应各种复杂形状的屋面形式。金属屋面形式自由，板材的色彩及肌理选择性多，可根据不同的建筑风格及创作需要选用不同的金属材料及构造做法，最大限度地满足建筑创作的需要。
（2）金属材料整体结构性好，适应变形的能力强，与传统的混凝土等材料相比，金属板材更容易适应屋顶表面温度的变化，只要构造设计得当，防水及排水性能好。
（3）由于屋面是受自然风、雨、雪等影响最大的地方，因此屋顶用金属材料一般选择耐久性较好的铜板、锌板、不锈钢板、铝镁锰合金板、涂层钢板等，这些材料的耐久年限、防水性能都明显超过传统的柔性及刚性防水系统，因此金属屋面系统一般都具有维护周期相对较长、维修简便、长期计算费用低的特点。
（4）金属板均为良好的导体，其构成的屋面系统与有效的接地相连，可避免雷电的破坏。
（5）与传统的钢筋混凝土等屋顶相比，重量较轻，减少了建筑物载荷，降低主体结构造价，有利于材料的运输及施工。
（6）无湿作业施工，通过系统化设计、工厂化加工和系统的施工组织，安装简便快捷，易于保证施工质量。
（7）废弃金属材料回收利用率高，从长期来看有利于环境保护。
金属屋面系统在大家的印象里常是代价高昂的选择，实际上这种观点不尽正确。从1995年英国DLE（Davis Langdon & Everest）咨询公司的分析数据我们可以看出：考虑到各种因素，金属屋面的一次性综合造价与传统瓦屋面相比并未高出许多，甚至较一些瓦屋面还便宜；从60年的周期看，金属屋面更是显出无与伦比的优势，其综合费用仅约为传统瓦屋面的1/2。当然，我国的具体状况与欧洲也有许多差别，这主要体现在传统建筑方式材料价格、劳动力成本更低，而新材料、新工法成本偏高，或许金属屋面造价不似其数据乐观，但考虑到长期的运营成本，相信金属屋面还是有其优势的。
对于建筑师来说金属屋面最大的优势在于它能够适应各种复杂形式的造型。对于各种难以把握的自由体型传统建筑材料是较难胜任的，金属屋面的这个显著优势使其在建筑设计越来越依靠计算机三维模型求新求异的年代里得到了发扬光大。
金属屋面材料众多、形式多样。目前较多采用的金属屋面构造系统主要有长条形压型金属板系统、平薄板咬接系统、模仿传统瓦屋面的小块金属瓦系统。
常见的压型金属板屋面系统主要有两种构造形式——搭接式螺栓固定构造及高立边锁扣式系统。
作为屋面材料使用的压型金属板基材常根据建筑的重要性等级选用镀铝锌钢板、彩色涂层板、铝合金板、不锈钢板等。
压型金属板屋面系统——搭接式
早期的压型金属板屋面常见于低成本的工业厂房、市场、展馆等，其形式及构造均较为简单，一般采用低成本的单层彩钢板、彩钢保温复合板等，常采用波峰互相搭接、自攻螺栓与檩条固定（非檩条处采用拉铆钉）的搭接式构造。
由于板面穿孔，因此对于螺钉穿透处的密封可靠性要求较高。
典型的波峰搭接+螺栓固定的构造形式
常见的以功能为首要目的的搭接式构造压型金属板屋面效果
弗兰克·欧·盖里设计的美国麻省理工学院瑞和玛丽亚史塔特中心（The Ray and Maria Stata Center）
采用搭接式构造的波形金属板小面积屋面
采用搭接式构造的其它断面形式的压型金属板
搭接式构造的金属屋面由于螺栓穿透金属板、同时波峰一般高度较小，常适用于坡度相对较大（常规坡度在5%以上）、防水要求不高的常规建筑。
压型金属板——高立边锁扣式系统
为了达到更可靠的防水效果，许多厂商发展出高立边锁扣式系统，从根本上杜绝了穿透金属板的渗水隐患，同时更高的立边也让防水效果更为保险。
这种更为可靠的金属屋面系统更适合于大跨度、高要求的建筑，如机场航站楼、体育场馆、展览馆等，其面板常采用耐腐蚀性能较好的1.0-1.2厚铝合金压型板。国内许多大型的重点工程均采用了这种系统，如北京首都国际机场航站楼、国家大剧院（双层屋面的下层）、深圳会展中心等。
屋面构造作为防水要求更低的墙面构造一般都是可行的，这也为墙屋面一体化提供了可能性。
最为常见的一种压型金属板高立边锁扣式构造
为建筑师熟悉的采用高立边锁扣式成套屋面技术的厂商有：以贝姆（Bemo）屋面系统闻名的德国贝姆公司、以Kalzip®铝合金断面板闻名的霍高文（Corus）建筑系统有限公司、以彩涂钢板、镀铝锌钢板及LYSAGHT®建筑系统闻名的博思格钢铁公司（BlueScopeSTEEL）等。
（如：Kalzip®铝合金断面板常用宽度规格有300mm、305 mm、333mm、400 mm、500 mm、600 mm，立边高度为65mm，厚度常为0.8mm~1.2mm。）
几种常见的采用扣接构造的压型金属板断面形式
（不同国家、厂商的产品形式及规格有些许差异，但基本原理都是类似的）
最为常见的、成熟的扣接式压型金属板屋面构造示意图
荷兰阿姆斯特丹ARCAM建筑中心
建筑师: René van Zuuk
采用高立边锁扣式构造的长条形压型铝合金板墙屋面一体化构造。
弗兰克·欧·盖里设计的美国普林斯顿大学LEVIS图书馆
墙、屋面构造、形式相同。
采用高立边锁扣式构造的北京中国国家大剧院的屋面下层（防水层）
（中国国家大剧院采用了双层复合金属屋面系统，详见过往文章“各司其职的双层复合屋面”）
采用高立边锁扣式构造构造的北京工业大学体育馆（奥运羽毛球馆）金属屋面部分
除了上述锁扣形式的构造，其他厂家还有其它形式的立边锁扣式构造方式。虽然形式有所差异，但基本原理都是类似的——采用高立边、暗藏式不穿透面板的固定构造。
另两种扣接式构造（左侧的扣接式构造+扣盖）
常见的低成本拱形自承重压型彩钢板屋面，接缝采用其他形式的高立边锁扣式构造。
由于长条型压型金属板长度较长，甚至采用卷板在施工现场加工，根据屋面长度沿排水方向采用通长板材（在考虑伸缩变形控制的合理范围内），因此这种屋面系统沿排水方向接头很少甚至完全没有，有利于建筑屋面的防水。
由于金属屋面的防水关键主要在于接缝处，因此采用这种方法的金属屋面即便在相对平坦的屋面形式上，防水、排水的性能依然优越。较多型号的产品系统允许的屋面坡度为1.5°（2.6%）以上。霍高文（Corus）集团下属的建筑系统有限公司生产的Kalzip®屋面扣接系统甚至允许在屋面上作绿化系统而能保证屋面的防水。
长条型断面板通过专用的滚弯机械等可以加工出不同弧度甚至变截面的板材，它能够适应大部分形式相对规则的屋面。
（压型金属板除了用于屋面外，同样可以用于墙面，只不过断面形式有较大差异，欲了解墙面压型金属板的应用，可以参阅“”）
金属薄平板屋顶
金属薄平板系统是小型建筑金属屋面做法中最为常见的，适用的屋面形式繁多，如常规坡屋面、圆弧形屋面、双曲面形屋面、异型屋面等。它一般以厚度0.6~1.0mm的金属薄平板如铜板、锌板、钛（合金）板等为主要材料，通过相互间的咬合构造形成整体的屋面系统。
常见的金属薄平板屋面形式
金属薄平板构造系统按其基本原理可以分为立边咬合系统、平咬合系统、古典檩条式系统、立边扣接系统、立边扣盖系统等，其中前三种构造系统与金属墙面是类似的。根据类似的基本原理，不同的生产厂商及安装单位又相继开发了多种自成体系的系统。
典型的金属薄平板屋面构造示意图
常用金属薄板屋面构造示意图
本图表达了常规的金属薄板的构造方式，根据不同的金属板材、不同的生产厂商、不同的建筑设计要求，构造形式会有细微的变化，但构造的原理应是是类似的。
屋面金属薄板构造方式一般同样适合于防水要求相对较低的墙面。
常见的板材铺设方向（指板材的长向）有沿雨水排放方向（纵向）及垂直于雨水排放方向（横向），其中以纵向居多。
条型薄板板间交接顺着排水方向常采用立边咬合、扣盖及檩条系统；垂直于排水方向常采用平咬合系统，平咬合根据折边次数又分为单咬口、双咬口等模式。
条型薄板沿屋顶斜坡方向（顺着排水方向）安装，立边咬接口与排水方向相同，易于解决防水问题。由于大部分金属薄板通过成卷板材加工，除受成品的运输长度、施工现场场地条件、伸缩变形幅度等因素限制外，其长度理论上不受限制，甚至从屋脊至挑檐可以只用一张面板完成。减少面板横向搭接的数量可以最大限度地减少雨水渗漏的可能性。传统檩条式金属屋面系统条型薄板同样沿屋顶斜坡方向安装，只不过以加宽的檩条替代了宽度较小的立边。
条型薄板沿屋脊方向（垂直于排水方向）铺设则需有相对较大的排水坡度，四边交接一般均采用平咬口模式，这种做法形成的肌理与上一种方法是截然不同的。
跌级式金属屋面也是沿屋脊方向安装的，由于采用了高低差的跌级处理，较易保证防水效果。这种模式形成了另一种特殊的的屋面肌理。
跌级式金属屋面效果
立边扣盖系统直接采用工厂生产的扣接帽扣于以金属卡具固定的立边上，现场施工更为简便，维修方便。
金属薄板的构造方法均为从屋面最基本的防水要求出发的产物。不同的搭接形式适合于不同的金属材料及不同的屋顶坡度。当然，除了上述几种形式外，还可根据类似的原理结合建筑设计变换搭接的形式。
条形金属薄板屋顶的施工较为便利，通过剪床、折床、辊压成型机等将金属薄板现场加工成标准单元，通过便携的成型加工机、手动剪、折工具将不易工厂化加工的异型金属薄板现场加工成型，通过咬合机等将板与板咬合在一起。
建筑大师埃罗·沙里宁设计的美国麻省理工学院体育馆礼堂
采用立边咬接+平咬接的铜板屋面（排水沟采用焊接形式）
扎哈.哈迪德设计的英国格拉斯哥河畔（交通）博物馆
采用立边咬接+平咬接的锌板墙屋面一体化建筑
BDP建筑师事务所的英国格拉斯哥科技馆
采用少见的钛合金板材，典型的金属薄板平咬接构造，采用了长方形、瓦片式方块形两种比例的板材形成两种不同的表面肌理。
金属瓦
金属瓦是按传统瓦屋面的思路加工，通过金属剪板、压型方式生产出传统瓦形的小块金属屋顶材料。它既有传统瓦的形式特征，又有金属的优点。根据瓦片断面形式主要构造方式有咬口式（最为常见）、搭接式。
金属瓦形式同样可以应用于防水要求更低的墙面，形成特殊的墙面肌理。
由于单元面积小，金属瓦屋面构造形式的一个显著特点是较其他单元面积大的金属板材更为适合于不规则的异形体块建筑。欧洲常见的金属瓦形式多为各种形式类似的咬接构造鱼鳞瓦。国内现应用较多的则是仿照传统黏土烧结瓦形式的彩色钢板压型瓦，常用于小型建筑、简易建筑，在一些特殊的仿古建筑中也有采用铜质压型瓦的。
常见的咬接构造金属瓦形式——咬接构造与金属薄板的咬接构造完全相同
弗兰克·欧·盖里设计的西班牙毕尔巴鄂博物馆
采用钛金属板鱼鳞瓦形式的墙屋面一体化构造
英国格拉斯哥科技馆中的钛合金板材方块形瓦片式肌理。
北京中关村首创拓展大厦墙屋面一体化的铝板表皮
采用小块板材平咬接构造形成的类似于瓦片效果
（较常规瓦片尺度更大，也可以理解为全部为平咬接的金属薄平板墙屋面）
除了上述常见的压型金属板屋面、金属薄平板屋面外，偶尔还有一些其他形式的金属屋面，如金属平板屋面。金属平板屋面与薄平板屋面的区别之处在于构成屋面的金属板材的厚度以及由此产生的构造差别。用作屋面的金属平板厚度常在2mm以上，采用的材料常为价格相对不高的铝板、镀层钢板等。构造的方法根据板材的尺寸大小分别有类似于薄平板的立边扣盖系统（长条形板材）、类似于开缝金属墙板的板块系统（块型板材）等。
安藤忠雄设计的FUKUOKA照相机博物馆的屋面构造
采用特殊的2.3厚镀锌钢板屋面，构造形式类似于金属薄板的扣盖式。
福斯特设计的德国柏林自由大学图书馆
板块式金属复合板与玻璃组合成的屋面系统
金属屋面的整体构造方式随着不同的金属板材、不同的生产安装厂商、不同的地域有所差异，但是其基本原理都是类似的。不同的生产厂商一般都有较为完善的配套产品及相应的构造技术体系。
屋面金属板系统对于建筑师来说首要考虑的问题是金属板的种类选择、基本的构造形式、板块大小、构造的整体性能要求等，其他一些特殊的细节构造处理如管道出屋面的防水、檐沟、伸缩缝、雪挡等则可交由专业厂商深化设计。对于建筑师来说，只有了解了不同的金属品种、表面处理方式、基本构造原理，才能做到心中有数、保证方案和现实的吻合。
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