360 °无限制热膨胀双立边咬合系统在金属屋面项目上的应用

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毛里求斯综合体育中心项目（MULTISPORTS COMPLEX STADIUM&GYMNASIUM）全称为毛里求斯圣皮埃尔科特多沃综合体育中心，项目包含体育场及附属训练场（足球场、田径场、热身场）、水上运动中心、综合体育馆。业主是MAURITIUS MULTISPORTS INFRASTRUCTURE LTD（毛里求斯多功能体育基础设施有限公司），建筑设计由英国的Mott MacDonald Group.和IOG INFRAWORKS公司完成，中国建筑集团有限公司为总承包，属于EPC项目。毛里求斯综合体育中心是2019年印度洋岛国运动会的主会场。在此，以毛里求斯圣皮埃尔科特多沃综合体育中心金属屋面项目实际工程为例，介绍了新型抗风揭屋面系统——360 °无限制热膨胀双立边咬合系统在金属屋面项目上的应用。

原文刊载于《中国建筑防水》2022年第6期。

毛里求斯综合体育中心金属屋面项目所在地毛里求斯共和国，为非洲东部一岛国，属于亚热带海洋性气候，每年一至三月的雨季多雨，并受热带气旋影响多发龙卷风，因此屋面系统的防水性、耐久性及屋面抗风揭设计对项目成功非常重要。另外，该项目的水上运动中心屋面跨度较大，金属屋面板块较长，最长约66 m，屋面板块受温度影响变形较大；体育场最高点22 m，当地施工机械设备有限，屋面板运输难度较大；体育场和水上运动中心檐口装饰铝板标高较高，游泳馆吊顶装饰铝板施工措施不便、安装困难；屋面所有材料均需在进场前国内采购、加工完成，然后运输到国外需通过海关报关检验，材料及设备组织难度较大。这些都是本项目实施的难点，需要研究解决。

图1   毛里求斯综合体育中心设计效果图

金属屋面系统介绍

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根据毛里求斯当地夏季炎热潮湿、多雨多台风的气候特点，进行科学研究与分析，在满足建筑使用功能及建筑造型前提下，进行系统选择与构造设计。最终，决定采用360 °无限制热膨胀双立边咬合金属屋面系统，其主要组成包括：1）屋面板，采用1.0 mm厚RF-11/300型铝镁锰合金板；2）防水层，采用1.2 mm厚PVC防水卷材；3）保温层，采用双层50 mm厚岩棉，容重150 kg/m³；4）隔汽层，采用0.3 mm PE隔汽膜，铺在岩棉下部；5）支撑层压型钢板，采用0.8 mm厚YX35-125-750型镀铝锌压型钢板；6）龙骨，为镀锌钢矩管。

金属屋面防水设计

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该项目除采用柔性PVC防水卷材作第二道防水外，第一道屋面板防水采用360 °无限制热膨胀双立边咬合系统，能保证屋面在高气压下的较高水密性，即使在暴雨期雨水漫过屋面板肋立边，也能保证屋面系统的防水性能。该系统防水设计区别于传统直立锁边屋面系统的开放半咬合形式，而是采用立边双咬合形式（图2）。

图2   立边双咬合

金属屋面抗风揭设计

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建筑物的风荷载是指空气流动形成的风遇到建筑物时，在建筑物表面产生压力（正风压）或吸力（负风压）。风荷载的大小主要与近地风的性质、风速、风向有关，与建筑物所在地的地貌及周围环境有关，同时也与建筑物本身的高度、形状有关。屋面系统选型时，需重点考虑风荷载对屋面系统的影响。

传统直立锁边采用的是屋面板与固定支座半咬合连接，咬合面比较小，且施工时咬合力度没有全面和可靠的参数依据，实际连接强度难以把控，屋面板在负风压作用下容易变形，当屋面板变形较大时面板会脱离固定支座，造成屋面被风掀开（图3）。

图3   传统直立锁边系统板块连接

采用360 °无限制热膨胀双立边咬合系统可以解决上述问题。该系统采用的板宽300 mm，立边高65 mm，固定方式采用隐含式不锈钢扣件拉住板肋凹槽并固定于支撑结构上，相邻板肋连接处单向360°咬合连接固定形成整体，抗风揭性能较传统直立锁边系统大大提升（图4）。

图4   360 °无限制热膨胀双立边咬合金属屋面系统

采用该系统，当正风压作用于屋面系统时，屋面板为受压区，风荷载沿屋面板传递给屋面系统的支撑体（屋面板→几字型衬檩→次檩条→主檩条→钢结构），结构安全（图5）。

图5   正风压作用时

负风压作用于建筑屋面系统时，屋面板变为受拉区，风荷载沿屋面板侧风面和背风面所受力为吸力。吸力方向是向上影响，不锈钢固定扣件向下拉住屋面板，反向作用于吸力方向；不锈钢扣件向下的作用力大于负风压向上的吸力，结构安全（图6）。

图6   负风压作用时

综合以上分析，360°无限制热膨胀双立边咬合金属屋面系统较传统直立锁边系统在抗风揭性方面优势明显。

金属屋面排水设计

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本工程排水方式采用集中排水，排水天沟设置位于建筑内侧最低点，天沟宽度、高度根据当地雨量和汇水面积计算确定。水沟最小宽度800 mm，深度最小值400 mm，材质为SUS316不锈钢。采用重力排水，排水路线设计简捷，保证排水通畅。

檐口造型

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本工程金属屋面包含檐口及吊顶装饰铝板。建筑师要求本项目铝板全部采用高光亮度5系铝合金板，其加工工艺及制备技术难度较高。高光铝单板外观精致、牢固耐磨，色泽逼真清晰，色彩持久稳定、不易褪色，耐酸碱性能好，能经受恶劣环境的风吹日晒。

体育场檐口造型设计新颖复杂，屋面与檐口造型如何过渡，对本项目设计效果的实现至关重要。根据最初效果图及建筑图纸，结合现场便于施工原则，多次调整檐口弧度，并将二维图纸表达绘制成BIM模型，在模型中反复模拟调试。经过与英方建筑师多番商讨与沟通，最终了确定檐口及南北面造型。图7为体育场剖面图。

图7   体育场剖面图

项目重难点分析

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1）在金属屋面建筑设计中，既要经济、美观，还要安全、适用，因此屋面系统选择是重点。屋面系统要适应项目所在地的环境与背景，满足建筑师的要求与建筑功能性要求，还应保证屋面良好的防水性能与抗风揭性能。

2）本工程所用的屋面板、钢材、铝板及屋面配件等材料规格种类多、用量大，作为海外项目，材料运输到国外，需要通过海关，要报关检验，并且海运路途较远，运输时间较长，散件容易丢失，因此材料组织和保障是关键。

3）大多数海外项目施工环境相对恶劣、条件艰苦，工作压力、思想压力远远大于国内项目。因此，项目管理是难点，现场施工人员与管理人员需克服恶劣工作环境和心理压力两重困难。若项目队伍管理不善，不能克服这些困难，也将影响工程质量及进度。

毛里求斯圣皮埃尔科特多沃综合体育中心项目的完成，标志着在毛里求斯政府和中国建设者的共同努力下，当地拥有了第一座国际标准的体育场和全国最大的体育中心。360 °无限制热胀缩屋面系统在该项目中的成功应用，为海内外金属屋面的设计与施工提供了借鉴。实践证明，360 °无限制热胀缩屋面系统拥有较强的抗风揭性能，用于复杂建筑或大跨度金属屋面系统中，可有效保证屋面的防水性能与抗风揭性能，降低屋面被风掀开的概率。

近期活动

1)关于举办第四届建筑防水科技创新大会的通知