江苏大剧院金属屋面及天沟设计

钛金属板幕墙重量轻、强度高，防水、防污、防火、防蚀，与玻璃幕墙等组合成不同的外观形体，赋予建筑物高贵典雅的气质。此外，可在工厂预制成型，使现场安装施工方便快捷，较环保。因此，钛金属板金属幕墙成为江苏大剧院异形外表皮的第一选择。

1.1　屋面系统耐候性

南京属温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，夏季降雨集中。项目所在长江漫滩区域，常年受到海洋性环境的影响，屋面设计寿命不低于50年，故在屋面系统设计上采用耐候性能高的PVDF预辊涂AA3004铝镁锰直立锁边屋面板。板材名称为直立锁边铝镁锰合金屋面板，宽度400mm，肋高65mm，合金状态为H46，合金成分为AA5754，镁含量达2.6%～3.6%。采用与钛金属板组成双层构造，整个系统所用螺钉均为奥氏体不锈钢螺钉，天沟系统采用316L级不锈钢，同时对有可能与外部环境接触的支撑构件采用镀锌及不锈钢材质，以保证整个系统的耐候性能。

1.2　双层金属屋面构造设计

图5-1是江苏大剧院双层金属屋面构造节点图，从上到下依次构造为：

①4mm厚钛金属板；

②装饰板铝骨架；

③1.0mm厚铝镁锰直立锁边屋面板；

④1.5mm厚PVC防水卷材；

图5-1　金属屋面构造节点

⑤镀锌“几”字檩条规格30mm×150mm×60mm×150mm×30mm×2.5mm；

⑥150mm厚保温岩棉(容重180kg/m3)，分三层错缝铺设；

⑦0.8mm厚自粘SBS改性沥青隔气卷材；

⑧2mm厚镀锌钢板(带加劲肋Z350)；

⑨50mm厚玻璃纤维吸音棉(容重24kg/m3)，下衬无纺布；

⑩0.5mm厚镀铝锌压型钢板(AZ100，冲孔率20%)；

屋面主檩条口200mm×100mm×5mm镀锌方管(Z350，Q345)；

檩托板(Z350，Q345)。

1.3　铝镁锰直立锁边设计

根据项目所在地理环境及气候条件，暴雨及大风使屋面刚性防水层屋面板需要考虑具有较高防水性能的板型，同时建筑屋面体型较大，在选择屋面板型时考虑排水能力较高且有较强线条感，并需要具备较好的抗风性能。根据以上要求，选择ALL-ZiP S65型AA3004铝镁锰屋面板，此板型采用270°直立锁边咬合设计，安装后无螺钉外露，消除了因自攻螺钉穿透屋面所可能造成的漏水隐患。同时，65mm的肋高具有高效排水切面，适合于类似大跨度大面积的建筑。

1.4　屋面系统结构性能及防火设计(www.xing528.com)

金属屋面系统作为建筑的外围护结构是建筑的一部分，因此其构成材料及构件自身应具备一定的耐火性能，江苏大剧院屋面系统组成材料全部为难燃或不燃材料，有效地保证了屋面系统的防火性能。

(1)屋面及幕墙所采用的材料除T码隔热支座垫、尼龙垫片、PVB防潮吸音膜、开启部位三元乙丙密封材料和自粘防水卷材以外，屋面挤塑保温板要求为B1级材料，其余均为不燃材料，材料符合防火A级标准。

(2)幕墙除按建筑设计的采用防火玻璃幕墙外，在水平方向以每个自然楼层作为防火分区进行防火处理。采用双层不小于1.5mm厚镀锌钢板将主体结构和幕墙框架之间的缝隙铺满，再在其中填满防火岩棉或矿棉，确保在发生火灾的情况下楼层之间不会发生蹿火现象。同时避免烟囱现象产生，耐火极限不低于2h。

(3)同一玻璃幕墙单元不跨越建筑物的两个防火分区。若同一楼层幕墙跨越两个相邻的防火分区时，在防火分区的两侧各2m范围内采取措施，满足防火2h的要求。

(4)室内位于防火分区或有防火要求的门窗幕墙采用防火构造，将上下左右周边封闭。如有管道穿过，按规定做好接缝处理，对宽度大于3mm的缝隙打防火胶。有防火要求的幕墙均按防火要求选用材料，受力构件不采用铝合金等低熔点材料。

1.5　保温隔热设计

采用铝镁锰板可反射部分热量，减少夏季屋面系统导入的辐射热量。铝镁锰板是良好的导热材料，能与大气快速地进行热交换，避免夏季辐射热量集聚而导致系统表面温度骤然提升。

防水板下满铺150mm厚容重为180kg/m3的保温岩棉，传热系数0.4W/(m2·K)。ST固定座下的改性橡胶垫隔断了金属连接件的传热通路，能有效地达到隔断冷桥的目的，减小室内热量流失，避免内侧产生结露。

1.6　安全设计

铝镁锰板在设计荷载作用下呈线弹性关系，板面最大位移不大于9mm。在多次荷载作用下，荷载-位移曲线有很好的重复性。若考虑摩擦力及整个系统相互连为一个整体等因素共同工作，整个系统有较高的承载能力。

屋面系统荷载为恒荷载与活荷载，恒荷载主要为系统自重，而活荷载为风荷载及维护荷载。抗风性能通过静态荷载与动态风荷载检测确定。风荷载取值参考钢结构设计规范，考虑屋面高度、体型、地理位置等因素，其最大荷载分布于屋面的边缘区域。

1.7　隔声设计

(1)底层0.5mm厚镀铝锌压型钢板，中间为50mm厚24kg/m3长纤维玻璃棉，上层为防水铝板。在钢板下喷涂25mm厚100kg/m3的K13纤维喷涂材料。按技术说明要求，屋面板空气隔声指标Rw不小于42dB，撞击声(主要是雨噪声)隔声指标不小于42dB。

(2)K13可起到一定的声阻尼作用，改善了钢板本身的振动模式，提高钢板中低频隔声性能，从而提高隔声能力。喷涂K13材料后100Hz的隔声量由14.5dB提高到20.5dB，500Hz的隔声量由37.0dB提高到42.5dB。K13为密实颗粒状黏稠材料，在喷涂过程中起到了良好的密封效果。

(3)K13材料具有良好的吸声性能，25mm厚K13的降噪系数NRC达到0.75(即可以吸收75%的入射声音)，可降低室内噪声，起到改善环境的作用。

1.8　防雷设计

防雷设计主要根据闪电理论及防雷的六大因素进行设计。传统的避雷采用富兰克林常规避雷导体或避雷接地结合避雷网，但金属屋面的金属板较薄，无法安装高大沉重的传统避雷针。设计中利用了每隔2.2m环状铝合金导轨作为避雷网接闪器，经1.0mm厚铝镁锰合金防水板接入的雷电电流，通过增加导电接触点的方法导入钢结构接地并形成可靠的下引通路。

1.9　屋面天沟设计

屋面最高点至最低点的落差较大，天沟的合理布置显得尤为重要。通过精确的排水计算，确定了各条不锈钢天沟的宽度及深度尺寸，在屋面分段设置了各道天沟，结合虹吸排水系统，使整个屋面形成了较为合理的排水导向布置。

通过计算，屋面板的排水量满足设计要求。在天窗迎水面设置铝镁锰合金引水槽，将天窗上部的屋面雨水引入天窗侧面的第一块屋面板，再导入天沟。铝镁锰合金引水槽与屋面板采用铝焊连接；铝镁锰合金引水槽与天窗骨架采用可伸缩的节点连接形式。此节点设计既满足天窗处的防水，又保证了在温差影响下屋面板的自由伸缩(屋面板的最大伸缩量约为±50mm)，故铝镁锰合金引水槽与天窗骨架的间隙至少为50mm。