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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。
    具體來說，搭接式連接安裝方便，造價低廉，但緊固件穿透屋面板，存在漏水的風(fēng)險；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，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，在屋面抗強風(fēng)方面的考慮和計算測試也顯不足。為了抵抗強風(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)計不合理，有時甚至無法正常移動，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)?有自己獨特而全面的技術(shù)解決方案，繼承了直立鎖縫的優(yōu)點，又克服了上述缺點，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, 通過可移動支座自由滑動，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，正是由于這一獨特的密封膠位置設(shè)計，即使在強風(fēng)作用下密封膠也不會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。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個卡鎖固定好屋面板，再用手動鎖縫夾具在每個支座處鎖緊板縫即可，與同類產(chǎn)品相比，其安裝時間節(jié)省50%。抗風(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)拔力是通過試驗而不是計算來獲得數(shù)據(jù)的，LSIII系統(tǒng)通過權(quán)威機(jī)構(gòu)的試驗，確保抗強風(fēng)能力。詳見表1。
    LSIII-T鎖縫通過電動鎖縫機(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，適用于沿海等強風(fēng)地區(qū)。這種鎖縫即使在遭遇強風(fēng)時，安放在鎖縫中的密封膠也不會受到損壞，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
    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連接片。基座通過結(jié)構(gòu)釘與次結(jié)構(gòu)固定，可滑動連接片通過鎖縫與屋面板連接在一起。可滑動連接片與基座之間可沿屋面板長度方向滑動，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，以保證沿兩個方向有相同的位移量。
    LSIII支座設(shè)計獨特，系唯一獲得注冊專利的屋面支座技術(shù)，采用345MPa及420MPa高強度鍍鋅鋼制作，具有很強的耐腐蝕性和較長的使用壽命，配合牢固的鎖縫，可滿足抗強風(fēng)的要求。詳見圖7。可滑動連接片的滑動距離為88.9mm，每個方向各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，安全度高。而其他直立鎖縫屋面安裝每一塊板時，必需進(jìn)行鎖縫，如鋪設(shè)板后未及時鎖縫，會發(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：
    1） 密封防水性能好；
    2） 抗風(fēng)承載力高；
    3） 具有更強的溫度變化適應(yīng)能力；
    4） 安裝速度快，更安全。
    正是因為這些特點，LSIII板成為金屬屋面系統(tǒng)理想的選擇。
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