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金屬屋面直立鎖縫系統(tǒng)的領(lǐng)導(dǎo)者-LSIII系統(tǒng)

作者:建筑鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)    
時(shí)間:2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    (美聯(lián)鋼構(gòu)建筑系統(tǒng)(上海)有限公司 何鎮(zhèn)光 繆六華)

    [摘 要] 本文系統(tǒng)介紹了第三代直立鎖縫系統(tǒng)LSIII板的材料、原理和構(gòu)造;著重論述了其在屋面防水、抗風(fēng)吸力、適應(yīng)熱脹冷縮變形以及安裝等方面獨(dú)特的技術(shù)解決方案,并和其他直立鎖縫系統(tǒng)做了對比分析。
    [關(guān)鍵詞]
    金屬屋面 直立鎖縫 LSIII板

    1. 引言
    輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑系統(tǒng)在二十世紀(jì)九十年代被廣泛引入中國,隨即得到蓬勃發(fā)展,作為其中重要的組成部分,金屬屋面系統(tǒng)的性能直接關(guān)系到輕型鋼結(jié)構(gòu)房屋建筑系統(tǒng)的質(zhì)量和使用。
    金屬屋面系統(tǒng)自誕生之日起就不斷發(fā)展演化,目前市場上有多種形式。常見的金屬屋面板連接方式有搭接式、暗扣式、扣蓋式和直立鎖縫式。每種連接方式有各自不同的特點(diǎn)。
    具體來說,搭接式連接安裝方便,造價(jià)低廉,但緊固件穿透屋面板,存在漏水的風(fēng)險(xiǎn);另外,緊固件約束了屋面板的熱脹冷縮變形,在溫度應(yīng)力的反復(fù)作用下,屋面板連接處會(huì)產(chǎn)生較大變形,引起漏水;更嚴(yán)重的是,過大的溫度應(yīng)力可能導(dǎo)致緊固件的破壞失效。不僅如此,搭接式連接還存在緊固件松弛、金屬疲勞等問題。暗扣式和扣蓋式連接抗風(fēng)承載力偏低,密封性能欠佳,安裝時(shí)可能出現(xiàn)假扣合情況,帶來安全隱患。而直立鎖縫式連接密封防水性能較好,抗風(fēng)承載力較高,具有較好的熱脹冷縮適應(yīng)能力,因此直立鎖縫板成為當(dāng)今金屬屋面系統(tǒng)的首選。
    2. 一般直立鎖縫屋面系統(tǒng)
    目前市場上直立鎖縫屋面系統(tǒng)有多代產(chǎn)品共存,他們具備直立鎖縫的一些優(yōu)點(diǎn),但是也存在下列問題:
    2.1屋面漏水
    屋面漏水是金屬屋面系統(tǒng)普遍存在的問題。影響屋面系統(tǒng)防水性能的主要因素有:
    1)外力作用(主要是風(fēng)吸力)使連接處變形產(chǎn)生空隙,密封膠松脫,甚至造成屋面板被撕開或解體。
    2)溫度變化引起熱脹冷縮,削弱了板與板、板與次結(jié)構(gòu)之間的連接,在其反復(fù)作用下,密封膠、板和次結(jié)構(gòu)會(huì)損壞。
    3)密封膠不均勻受壓,密封膠與板之間產(chǎn)生空隙。
    2.2 抗強(qiáng)風(fēng)能力不足
    自上世紀(jì)60年代直立鎖縫屋面系統(tǒng)面世以來,直立鎖縫屋面系統(tǒng)技術(shù)上基本沒有進(jìn)行大的升級和提高,在屋面抗強(qiáng)風(fēng)方面的考慮和計(jì)算測試也顯不足。為了抵抗強(qiáng)風(fēng)作用主要采取以下措施:
    1)減小板的寬度或增加板的厚度;
    2)減小檁條間距;
    3)通過夾具進(jìn)行加固。這些措施也帶來了成本增加、安裝復(fù)雜程度提高等負(fù)面影響。
    2.3 熱脹冷縮下的滑移能力不足
    在熱脹冷縮下的滑移范圍較小,大大限制了建筑的單坡長度;另外由于支座設(shè)計(jì)不合理,有時(shí)甚至無法正常移動(dòng),造成屋面系統(tǒng)的損壞。詳細(xì)數(shù)據(jù)參見3.4.3節(jié)。
    2.4 安裝方式的局限性
    雙鎖式直立鎖縫板只有一種鎖縫方式,板就位后必須立即用鎖縫機(jī)鎖縫,影響屋面系統(tǒng)的整體施工進(jìn)度,且易受天氣的影響。
    第三代直立鎖縫屋面系統(tǒng)的誕生--LSIII屋面系統(tǒng)?有自己獨(dú)特而全面的技術(shù)解決方案,繼承了直立鎖縫的優(yōu)點(diǎn),又克服了上述缺點(diǎn),是直立鎖縫中的杰出代表,下面將系統(tǒng)地介紹LSIII直立鎖縫屋面系統(tǒng)。
    3. LSIII直立鎖縫屋面系統(tǒng)介紹
    3.1 LSIII板的材料
    LSIII板厚度不小于0.60mm,屈服強(qiáng)度345MPa。鍍層采用熱浸鍍鋁鋅,符合ASTM A792M AZ165(165g/m2)標(biāo)準(zhǔn)。
    鋅鍍層的保護(hù)作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面:其一是犧牲陽極(鋅)的化學(xué)反應(yīng),保護(hù)鍍層下的基材;其二是鋅氧化后形成氧化保護(hù)膜阻止大氣的侵蝕。鋁鍍層則是通過氧化鋁形成物理上的保護(hù)層。由于鍍鋁鋅雙重防護(hù)作用,熱浸鍍鋁鋅基色板在大多數(shù)地區(qū)都可使用30年而無需大的維修。
    出于美觀或提高耐久性的考慮,LSIII板還提供了兩種涂層方案:耐久性聚酯樹脂(HDP)烤漆和氟碳樹脂(PVDF)烤漆。氟碳樹脂烤漆使用KYNAR500 樹脂,混合比例達(dá)最高含量70%,表面致密、光滑,不吸收導(dǎo)致普通金屬屋面褪色的紫外線,因而不受陽光和鹽霧的影響,能夠達(dá)到20年的使用性能保證。
    3.2 LSIII板的設(shè)計(jì)原理
    LSIII板板寬608mm,肋高達(dá)78mm,承載力高,剛度好,具有較好的可行走性。直立鎖縫板板肋形狀有直立和梯形兩種,防止板的平面產(chǎn)生波浪變形。LSIII板采用了梯形板肋,其優(yōu)點(diǎn)是能更方便地隱藏支座,還可更好地適應(yīng)沿板寬方向的熱脹冷縮變形。LSIII板的橫截面詳見圖1。

    通過工廠預(yù)注密封膠,保證了屋面氣密性功能。LSIII板板寬、流水暢通,波峰高、避免雨水淹沒,解決了低坡度屋面漏水的隱患。通過獨(dú)特的鎖縫系統(tǒng),LSIII板可以承受比其他鎖縫板更大的壓力和拔力。整體屋面板固定于檐口以避免板滑落,在屋脊設(shè)置可伸縮的彈性蓋板, 通過可移動(dòng)支座自由滑動(dòng),消除內(nèi)應(yīng)力,避免長板熱脹冷縮變化的破壞。詳見圖2。

    3.3 LSIII板的構(gòu)造與連接
    3.3.1與眾不同的密封膠
    LSIII板密封膠位于鎖縫的第二道卡鎖處,正是由于這一獨(dú)特的密封膠位置設(shè)計(jì),即使在強(qiáng)風(fēng)作用下密封膠也不會(huì)因屋面板變形而與板縫分離,確保了屋面的防水和整體使用壽命。詳見圖3。

    LSIII板設(shè)有2道密封膠,分別附著在LSIII板母肋和支座上,與同類產(chǎn)品只設(shè)一道密封膠相比具有更好的氣密性能。對比詳見圖4。

    LSIII板的密封膠都是在工廠預(yù)注,這樣就確保了安裝時(shí)密封膠位置的正確,進(jìn)而保證了板與支座連接處的密封完好。注膠位置詳見圖1。
    3.3.2 LSIII板的側(cè)向鎖縫技術(shù)
    LSIII板的側(cè)向鎖縫技術(shù)是第三代直立鎖縫板區(qū)別于早期產(chǎn)品最顯著的特點(diǎn)。LSIII板采用三種不同的鎖縫形式:LSIII-R型、LSIII-T型和LSIII-Q型。不同的鎖縫形式有不同的安裝速度和抗風(fēng)承載能力。詳見圖5之a(chǎn)、b、c。
    LSIII-R型鎖縫在屋面板就位后直接通過鎖縫處3個(gè)卡鎖固定好屋面板,再用手動(dòng)鎖縫夾具在每個(gè)支座處鎖緊板縫即可,與同類產(chǎn)品相比,其安裝時(shí)間節(jié)省50%??癸L(fēng)承載力為1.53KN/m2。需要說明的是直立鎖縫屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)拔力是通過試驗(yàn)而不是計(jì)算來獲得數(shù)據(jù)的,LSIII系統(tǒng)通過權(quán)威機(jī)構(gòu)的試驗(yàn),確??箯?qiáng)風(fēng)能力。詳見表1。
    LSIII-T鎖縫通過電動(dòng)鎖縫機(jī)將LSIII-R型鎖縫的前肢部分向內(nèi)彎折90°,形成360°+90°鎖縫,與同類產(chǎn)品相比,其安裝時(shí)間節(jié)省20%,抗風(fēng)承載力為2.68 KN/m2。
    LSIII-Q型鎖縫在LSIII-T型鎖縫基礎(chǔ)上通過電動(dòng)鎖縫機(jī)將鎖縫再彎折45°,形成360°+135°鎖縫,其抗風(fēng)承載力高達(dá)3.07 KN/m2,適用于沿海等強(qiáng)風(fēng)地區(qū)。這種鎖縫即使在遭遇強(qiáng)風(fēng)時(shí),安放在鎖縫中的密封膠也不會(huì)受到損壞,防水效果極佳,能夠最好地防止板的變形、撕裂。



    眾所周知,在屋面不同區(qū)域,風(fēng)荷載分布也不相同,詳見圖6。角部為高風(fēng)荷載區(qū),邊緣帶為次高風(fēng)荷載區(qū),中間區(qū)為低風(fēng)荷載區(qū)。因此,在屋面不同區(qū)域屋面板可采用具有不同抗風(fēng)承載力的鎖縫形式。正是通過不同鎖縫形式的組合運(yùn)用,使得LSIII屋面系統(tǒng)在性能上更加有效和精確,安裝上也更加快速和簡便,輕鋼結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)得以更充分地發(fā)揮。
    區(qū)域Ⅰ(內(nèi)區(qū)):最低風(fēng)荷載--屋面的主要區(qū)域(大約是屋面的80%)。
    區(qū)域Ⅱ(邊區(qū)):較高風(fēng)荷載--屋面的四周及屋脊(大約是屋面的15%)。
    區(qū)域Ⅲ(角區(qū)):最大風(fēng)荷載--屋面的四角(大約是屋面的5%)。

    3.3.3 LSIII板的連接件(支座)設(shè)計(jì)
    LSIII板與次結(jié)構(gòu)通過支座相連接,支座包括基座和可滑動(dòng)連接片。基座通過結(jié)構(gòu)釘與次結(jié)構(gòu)固定,可滑動(dòng)連接片通過鎖縫與屋面板連接在一起??苫瑒?dòng)連接片與基座之間可沿屋面板長度方向滑動(dòng),以適應(yīng)溫度變化作用下屋面板熱脹冷縮變形,支座上設(shè)有中心定位銷,以保證沿兩個(gè)方向有相同的位移量。
    LSIII支座設(shè)計(jì)獨(dú)特,系唯一獲得注冊專利的屋面支座技術(shù),采用345MPa及420MPa高強(qiáng)度鍍鋅鋼制作,具有很強(qiáng)的耐腐蝕性和較長的使用壽命,配合牢固的鎖縫,可滿足抗強(qiáng)風(fēng)的要求。詳見圖7??苫瑒?dòng)連接片的滑動(dòng)距離為88.9mm,每個(gè)方向各44.45mm。與同類產(chǎn)品最大可滑移量30mm相比,能夠適應(yīng)更大的溫度變形。假定溫度變化△t=40°C,由式△L=α•△t• L=44.45mm,可得L=92.6m,即屋面單坡長度可達(dá)92.6m。同理,其他同類產(chǎn)品的單坡長度只能達(dá)到62.4m。

    3.3.4施工的速度和安全
    LSIII板鋪設(shè)時(shí)通過卡鎖連接,無需立即鎖縫,施工速度快,比其他直立鎖縫的安裝時(shí)間減少50%。屋面板鋪設(shè)后即處于穩(wěn)定狀態(tài),可以作為施工平臺(tái),安全度高。而其他直立鎖縫屋面安裝每一塊板時(shí),必需進(jìn)行鎖縫,如鋪設(shè)板后未及時(shí)鎖縫,會(huì)發(fā)生板邊脫離現(xiàn)象,板的寬度也發(fā)生變化,很不安全。LSIII板的安裝方法見圖8。

    4結(jié)語
    綜上所述,LSIII板具有以下特點(diǎn):
    1) 密封防水性能好;
    2) 抗風(fēng)承載力高;
    3) 具有更強(qiáng)的溫度變化適應(yīng)能力;
    4) 安裝速度快,更安全。
    正是因?yàn)檫@些特點(diǎn),LSIII板成為金屬屋面系統(tǒng)理想的選擇。
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