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金屬屋面直立鎖縫系統的領(lǐng)導者－LSIII系統

作者：建筑鋼結構網(wǎng)    
時(shí)間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （美聯(lián)鋼構建筑系統（上海）有限公司 何鎮光 繆六華）

    [摘 要] 本文系統介紹了第三代直立鎖縫系統LSIII板的材料、原理和構造；著(zhù)重論述了其在屋面防水、抗風(fēng)吸力、適應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
    輕型鋼結構房屋建筑系統在二十世紀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，金屬屋面系統的性能直接關(guān)系到輕型鋼結構房屋建筑系統的質(zhì)量和使用。
    金屬屋面系統自誕生之日起就不斷發(fā)展演化，目前市場(chǎng)上有多種形式。常見(jiàn)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(lái)說(shuō)，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；另外，緊固件約束了屋面板的熱脹冷縮變形，在溫度應力的反復作用下，屋面板連接處會(huì )產(chǎn)生較大變形，引起漏水；更嚴重的是，過(guò)大的溫度應力可能導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(wèn)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)可能出現假扣合情況，帶來(lái)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能力，因此直立鎖縫板成為當今金屬屋面系統的首選。
    2. 一般直立鎖縫屋面系統
    目前市場(chǎng)上直立鎖縫屋面系統有多代產(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(wèn)題：
    2.1屋面漏水
    屋面漏水是金屬屋面系統普遍存在的問(wèn)題。影響屋面系統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(kāi)或解體。
    2）溫度變化引起熱脹冷縮，削弱了板與板、板與次結構之間的連接，在其反復作用下，密封膠、板和次結構會(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 抗強風(fēng)能力不足
    自上世紀60年代直立鎖縫屋面系統面世以來(lái)，直立鎖縫屋面系統技術(shù)上基本沒(méi)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(guò)夾具進(jìn)行加固。這些措施也帶來(lái)了成本增加、安裝復雜程度提高等負面影響。
    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(cháng)度；另外由于支座設計不合理，有時(shí)甚至無(wú)法正常移動(dòng)，造成屋面系統的損壞。詳細數據參見(jiàn)3.4.3節。
    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鎖縫，影響屋面系統的整體施工進(jìn)度，且易受天氣的影響。
    第三代直立鎖縫屋面系統的誕生--LSIII屋面系統?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(diǎn)，又克服了上述缺點(diǎn)，是直立鎖縫中的杰出代表，下面將系統地介紹LSIII直立鎖縫屋面系統。
    3. LSIII直立鎖縫屋面系統介紹
    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）標準。
    鋅鍍層的保護作用體現在兩個(gè)方面：其一是犧牲陽(yáng)極（鋅）的化學(xué)反應，保護鍍層下的基材；其二是鋅氧化后形成氧化保護膜阻止大氣的侵蝕。鋁鍍層則是通過(guò)氧化鋁形成物理上的保護層。由于鍍鋁鋅雙重防護作用，熱浸鍍鋁鋅基色板在大多數地區都可使用30年而無(wú)需大的維修。
    出于美觀(guān)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(shù)脂（HDP）烤漆和氟碳樹(shù)脂（PVDF）烤漆。氟碳樹(shù)脂烤漆使用KYNAR500 樹(shù)脂，混合比例達最高含量70%，表面致密、光滑，不吸收導致普通金屬屋面褪色的紫外線(xiàn)，因而不受陽(yáng)光和鹽霧的影響，能夠達到20年的使用性能保證。
    3.2 LSIII板的設計原理
    LSIII板板寬608mm，肋高達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，還可更好地適應沿板寬方向的熱脹冷縮變形。LSIII板的橫截面詳見(jiàn)圖1。

    通過(guò)工廠(chǎng)預注密封膠,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(méi)，解決了低坡度屋面漏水的隱患。通過(guò)獨特的鎖縫系統，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，在屋脊設置可伸縮的彈性蓋板, 通過(guò)可移動(dòng)支座自由滑動(dòng)，消除內應力，避免長(cháng)板熱脹冷縮變化的破壞。詳見(jiàn)圖2。

    3.3 LSIII板的構造與連接
    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計，即使在強風(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(jiàn)圖3。

    LSIII板設有2道密封膠，分別附著(zhù)在LSIII板母肋和支座上，與同類(lèi)產(chǎn)品只設一道密封膠相比具有更好的氣密性能。對比詳見(jiàn)圖4。

    LSIII板的密封膠都是在工廠(chǎng)預注，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(jiàn)圖1。
    3.3.2 LSIII板的側向鎖縫技術(shù)
    LSIII板的側向鎖縫技術(shù)是第三代直立鎖縫板區別于早期產(chǎn)品最顯著(zhù)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(jiàn)圖5之a(chǎn)、b、c。
    LSIII-R型鎖縫在屋面板就位后直接通過(guò)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(lèi)產(chǎn)品相比，其安裝時(shí)間節省50%?？癸L(fēng)承載力為1.53KN/m2。需要說(shuō)明的是直立鎖縫屋面系統的抗風(fēng)拔力是通過(guò)試驗而不是計算來(lái)獲得數據的，LSIII系統通過(guò)權威機構的試驗，確?？箯婏L(fēng)能力。詳見(jiàn)表1。
    LSIII-T鎖縫通過(guò)電動(dòng)鎖縫機將LSIII-R型鎖縫的前肢部分向內彎折90°，形成360°+90°鎖縫，與同類(lèi)產(chǎn)品相比，其安裝時(shí)間節省20%，抗風(fēng)承載力為2.68 KN/m2。
    LSIII-Q型鎖縫在LSIII-T型鎖縫基礎上通過(guò)電動(dòng)鎖縫機將鎖縫再彎折45°，形成360°+135°鎖縫，其抗風(fēng)承載力高達3.07 KN/m2，適用于沿海等強風(fēng)地區。這種鎖縫即使在遭遇強風(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，在屋面不同區域，風(fēng)荷載分布也不相同，詳見(jiàn)圖6。角部為高風(fēng)荷載區，邊緣帶為次高風(fēng)荷載區，中間區為低風(fēng)荷載區。因此，在屋面不同區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(guò)不同鎖縫形式的組合運用，使得LSIII屋面系統在性能上更加有效和精確，安裝上也更加快速和簡(jiǎn)便，輕鋼結構的特點(diǎn)得以更充分地發(fā)揮。
    區域Ⅰ（內區）：最低風(fēng)荷載--屋面的主要區域（大約是屋面的80％）。
    區域Ⅱ（邊區）：較高風(fēng)荷載--屋面的四周及屋脊（大約是屋面的15％）。
    區域Ⅲ（角區）：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）設計
    LSIII板與次結構通過(guò)支座相連接，支座包括基座和可滑動(dòng)連接片?；ㄟ^(guò)結構釘與次結構固定，可滑動(dòng)連接片通過(guò)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(cháng)度方向滑動(dòng)，以適應溫度變化作用下屋面板熱脹冷縮變形，支座上設有中心定位銷(xiāo)，以保證沿兩個(gè)方向有相同的位移量。
    LSIII支座設計獨特，系唯一獲得注冊專(zhuān)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(cháng)的使用壽命，配合牢固的鎖縫，可滿(mǎn)足抗強風(fēng)的要求。詳見(jiàn)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(lèi)產(chǎn)品最大可滑移量30mm相比，能夠適應更大的溫度變形。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(cháng)度可達92.6m。同理，其他同類(lèi)產(chǎn)品的單坡長(cháng)度只能達到62.4m。

    3.3.4施工的速度和安全
    LSIII板鋪設時(shí)通過(guò)卡鎖連接，無(wú)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％。屋面板鋪設后即處于穩定狀態(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(shí)，必需進(jìn)行鎖縫，如鋪設板后未及時(shí)鎖縫，會(huì )發(fā)生板邊脫離現象，板的寬度也發(fā)生變化，很不安全。LSIII板的安裝方法見(jiàn)圖8。

    4結語(yǔ)
    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） 具有更強的溫度變化適應能力；
    4） 安裝速度快，更安全。
    正是因為這些特點(diǎn)，LSIII板成為金屬屋面系統理想的選擇。
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