曲面屋頂之金屬屋面形式研究

蔡怡文 鐘楊君

摘要：隨著社會經濟的迅速發展，人們物質文化水平的不斷提高，建筑工程行業也發展地越發成熟，不管對建筑的形式還是功能，都有了更高的需求。金屬屋面作為一種新的屋面形式，與現代建筑高度融合，成為常用選項之一。本項目為鋼結構飛碟形辦公樓，曲面屋頂成為建筑的第五立面，美觀度要求較高。本文針對可供選擇的金屬屋面優劣勢進行研究，探討最合適本項目的金屬屋面形式，為行業內同類型項目建設提供參考與借鑒，希望能對建造適用、經濟、綠色、美觀的新時期建筑起到促進作用。

關鍵詞：金屬屋面;光伏屋面;曲面屋頂

1.金屬屋面的市場需求

隨著奧運會、亞運會、世博會等國際賽事和國際會議的舉行，我國體育場館建筑和會議會展建筑大量興建，其建筑往往選擇球狀或弧形屋面以顯示標志性;隨著地區經濟的蓬勃發展，作為區域經濟連通的高鐵站、飛機場等重要交通樞紐建筑成為必選項，其建筑也往往選擇流暢的曲線線條來突出速度感;隨著企業逐漸做大做強，龍頭企業不斷顯現，往往需要建造更符合企業精神的高端辦公總部，其建筑也越來越多選擇曲面屋頂來彰顯企業的高追求。

以上這些建筑往往造型新奇、結構復雜、規模龐大，大部分都是標志性建筑，外形更具有創新性。屋面工程作為建筑中非常重要的分部工程，除了滿足建筑結構設計和使用功能的要求，開始作為第五立面，承擔更多的美觀度要求。傳統的屋面如瓦屋面和混凝土屋面，以遠遠不能滿足現在的建筑形式需求。21世紀以來，隨著新材料、新產品、新技術的研究開發和推廣應用，金屬屋面系統技術越來越成熟，在與體育場館、文化會展、交通樞紐、商業建筑等曲面屋頂項目上結合得非常好。

此次研究以某高端企業總部的飛碟形辦公樓為例，探究金屬屋面在曲面屋頂項目上的應用情況，為廣大建筑設計從業者提供參考，促進交流，一起為響應發改委提出的嚴禁建設丑陋建筑，建造適用、經濟、綠色、美觀的新時期建筑而努力，讓城市更美好。

2.項目介紹

項目為懸挑展開的飛碟形辦公樓，屋面為流暢的曲面屋頂，面積達1萬多平方米。建筑整體采用鋼結構，以達到其接近極限的懸挑長度。為保證結構的穩定和功能的需要，屋面放棄采用傳統的混凝土屋面板，選擇金屬屋面。此項目關于金屬屋面的選擇，有3個主要的方向：1.單層金屬屋面、2.雙層金屬屋面、3.光伏金屬屋面。關于屋面高度，總體需要550-750mm的高度，其中自下到上，分別為200mm檁條、35mm底板、100mm巖棉保溫層、25mm面層、65mm肋高、200mm裝飾層（如外裝飾陽極鋁板）。

3.金屬屋面的種類

3.1單層金屬屋面

單層金屬屋面材料市面上主要有2種選擇，鍍鋁鋅鋼板和鋁鎂錳合金板。其中鍍鋁鋅鋼板的底材是冷軋鋼板，基材不防腐，靠油漆涂層和鍍鋁鋅鍍層防腐保護;且不容許涂層在施工和運輸過程中有任何損傷，否則鋼板極易被腐蝕;在普通環境下使用壽命為10-20年。市面上幾乎所有采用鍍鋁鋅鋼板的屋面都有或多或少的生銹情況，特別在切邊、折彎、打釘處。后期維修保護，一般會在板扣合處和打釘處貼柔性材料用于防水。

鋁鎂錳合金板的主要優勢為基材防腐，耐海洋鹽霧環境，耐久性強，壽命可達50年。在曲面的轉折處，就算彎弧半徑過小，也能做到光滑成弧，這是鋼板屋面所達不到的。但純材料上的造價，比鍍鋁鋅鋼板貴10%左右。

此項目飛碟形金屬屋面由扇形板拼成，寬度尺寸有300mm、400mm、500mm。如500mm扇形板，最寬一端是500mm，最窄一端可以做到200mm。

3.2雙層金屬屋面

雙層金屬屋面，比單層金屬屋面多了一個裝飾層。雙層金屬屋面系統可以滿足在幾何形狀建筑面上使用各各類裝飾板的需求，如金屬板、百葉、石材等。裝飾板的連接固定，無需在防水板上打孔。它能夠滿足隔聲或保溫性能的要求。此項目擬采用3mm厚氟碳噴涂裝飾鋁單板，底部加龍骨，龍骨高出屋面板150—200mm。

3.3光伏金屬屋面

光伏金屬屋面，即金屬屋面與光伏系統結合，屋面厚度一般控制在1000-1200mm。運行模式為：在有太陽輻射的條件下，太陽能組件將太陽能轉換為電能輸出、經過直流匯流箱集中送入直流配電柜，由逆變器逆變成交流電供給負載，多余或不足電力通過連接電網調節。其安裝方式可選擇分開式獨立安裝，也可選擇與建筑物同時設計安裝。分開式獨立安裝方式，美觀性較差，一般用于廠房屋頂。此項目擬選擇同時設計安裝的方式，也稱為建材型太陽能光伏建筑，能保證屋面的平整度，美觀性更高;防滲漏性和抗風性能更加優越，保證耐久年限。選擇光伏金屬屋面的優點，主要便是經濟節能：1.業主自行投資建設，后期用于自身建筑用電，節能減排;2.可與廠家合作，由廠家來投資建設，所產生的電量打折出售給業主使用，減緩前期投資壓力。

缺點主要有：1.光伏金屬屋面需要定期清理。清洗頻率由表面污染程度和發電效率決定;2.光伏板顏色為深藍色，接近黑色，無其他顏色選擇，若屋面本身選擇較淺顏色，則對比過于明顯;2.形狀為寬約1米，長約2米的矩形，無法做成扇形、三角形等其他形狀，特別是在異性屋面和曲面屋面上，只能一塊塊拼接擺放，與屋面邊角無法高度契合，降低美觀度。

4.結語

在此飛碟形辦公樓項目中，業主在追求造型美觀的同時，也極力控制造價，故最先放棄了影響效果的光伏金屬屋面;最終結合地面150米人視角度，在外沿可見范圍內，局部采用了造價較高的雙層金屬屋面，內沿選擇了造價較低的單層金屬屋面。

如今越來越多的建筑采用金屬屋面，技術成熟，可選擇性較多。作為建筑設計階段，建筑師應結合各種金屬屋面的構造層次先確認好需要的尺寸，再進行設計。設計過程中，也應及時與廠家溝通，了解其局部構造節點，如天溝和天窗處理，保證建筑的可實施性;更應結合業主需求，在保證建筑效果的同時，尋求性價比最高的最佳解決方案。

參考文獻

[1]陳林堂. 廣州萬達茂組合金屬屋面體系應用[J].中國建筑金屬結構，2021.

[2]洪宙飛，孫繼剛，黃唯.北京理工大學體育館雙曲金屬屋面體系[J].工業建筑，2007.