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金屬屋面直立鎖縫系統的領導者－LSIII系統

作者：建筑鋼結構網    
時間：2009-12-22 20:25:58 [收藏]

    （美聯鋼構建筑系統（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；著重論述了其在屋面防水、抗風吸力、適應熱脹冷縮變形以及安裝等方面獨特的技術解決方案，并和其他直立鎖縫系統做了對比分析。
    [關鍵詞]
    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，隨即得到蓬勃發展，作為其中重要的組成部分，金屬屋面系統的性能直接關系到輕型鋼結構房屋建筑系統的質量和使用。
    金屬屋面系統自誕生之日起就不斷發展演化，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，屋面板連接處會產生較大變形，引起漏水；更嚴重的是，過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、金屬疲勞等問題。暗扣式和扣蓋式連接抗風承載力偏低，密封性能欠佳，安裝時可能出現假扣合情況，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
    目前市場上直立鎖縫屋面系統有多代產品共存，他們具備直立鎖縫的一些優點，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普遍存在的問題。影響屋面系統防水性能的主要因素有：
    1）外力作用（主要是風吸力）使連接處變形產生空隙，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、板與次結構之間的連接，在其反復作用下，密封膠、板和次結構會損壞。
    3）密封膠不均勻受壓，密封膠與板之間產生空隙。
    2.2 抗強風能力不足
    自上世紀60年代直立鎖縫屋面系統面世以來，直立鎖縫屋面系統技術上基本沒有進行大的升級和提高，在屋面抗強風方面的考慮和計算測試也顯不足。為了抵抗強風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）通過夾具進行加固。這些措施也帶來了成本增加、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度；另外由于支座設計不合理，有時甚至無法正常移動，造成屋面系統的損壞。詳細數據參見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解決方案，繼承了直立鎖縫的優點，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方面：其一是犧牲陽極（鋅）的化學反應，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，因而不受陽光和鹽霧的影響，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，防止板的平面產生波浪變形。LSIII板采用了梯形板肋，其優點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板的橫截面詳見圖1。

    通過工廠預注密封膠,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，解決了低坡度屋面漏水的隱患。通過獨特的鎖縫系統，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, 通過可移動支座自由滑動，消除內應力，避免長板熱脹冷縮變化的破壞。詳見圖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板設有2道密封膠，分別附著在LSIII板母肋和支座上，與同類產品只設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注，這樣就確保了安裝時密封膠位置的正確，進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板的側向鎖縫技術
    LSIII板的側向鎖縫技術是第三代直立鎖縫板區別于早期產品最顯著的特點。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承載能力。詳見圖5之a、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，與同類產品相比，其安裝時間節省50%?？癸L承載力為1.53KN/m2。需要說明的是直立鎖縫屋面系統的抗風拔力是通過試驗而不是計算來獲得數據的，LSIII系統通過權威機構的試驗，確?？箯婏L能力。詳見表1。
    LSIII-T鎖縫通過電動鎖縫機將LSIII-R型鎖縫的前肢部分向內彎折90°，形成360°+90°鎖縫，與同類產品相比，其安裝時間節省20%，抗風承載力為2.68 KN/m2。
    LSIII-Q型鎖縫在LSIII-T型鎖縫基礎上通過電動鎖縫機將鎖縫再彎折45°，形成360°+135°鎖縫，其抗風承載力高達3.07 KN/m2，適用于沿海等強風地區。這種鎖縫即使在遭遇強風時，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，在屋面不同區域，風荷載分布也不相同，詳見圖6。角部為高風荷載區，邊緣帶為次高風荷載區，中間區為低風荷載區。因此，在屋面不同區域屋面板可采用具有不同抗風承載力的鎖縫形式。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，輕鋼結構的特點得以更充分地發揮。
    區域Ⅰ（內區）：最低風荷載--屋面的主要區域（大約是屋面的80％）。
    區域Ⅱ（邊區）：較高風荷載--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板與次結構通過支座相連接，支座包括基座和可滑動連接片?；ㄟ^結構釘與次結構固定，可滑動連接片通過鎖縫與屋面板連接在一起?？苫瑒舆B接片與基座之間可沿屋面板長度方向滑動，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，以保證沿兩個方向有相同的位移量。
    LSIII支座設計獨特，系唯一獲得注冊專利的屋面支座技術，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，即屋面單坡長度可達92.6m。同理，其他同類產品的單坡長度只能達到62.4m。

    3.3.4施工的速度和安全
    LSIII板鋪設時通過卡鎖連接，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％。屋面板鋪設后即處于穩定狀態，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，必需進行鎖縫，如鋪設板后未及時鎖縫，會發生板邊脫離現象，板的寬度也發生變化，很不安全。LSIII板的安裝方法見圖8。

    4結語
    綜上所述，LSIII板具有以下特點：
    1） 密封防水性能好；
    2） 抗風承載力高；
    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，LSIII板成為金屬屋面系統理想的選擇。
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