摘要：针对建筑不锈钢屋面系统在澳门某项目中的设计做详细的介绍，包括对金属屋 面系统设计的考虑因素介绍以及对金属屋面系统抗风性能的试验原理及具体方法介 绍，并提出有效评价金属屋面抗风性能的合理的检测方法。 关键词：金属屋面 不锈钢 设计考虑 抗风性能 检测
用合适性及对质量的保证意义， 在澳门地区第一个大面积的锈钢金属屋面系统及不锈 钢复合板的应用，亦是对 MCIS《建筑金属行业标准》的理论实践。而本文所采用的 金属屋面抗风性能检测方法及试验程序符合 MCIS-MBE-05《建筑金属围护系统检测与 认证》要求，能有效模拟金属屋面系统受风荷载作用下的状态，所提出的检测方法可 有效评价金属屋面系统抗风性能和确定金属屋面系统设计的合理性。
1.项目介绍 该项目位于澳门氹仔岛，西临友谊大桥，南临澳门国际机场（图 1） ，占地面积 275000 平方米，主体结构为地上 4 层地下 1 层，可供 16 艘 400 人客船和 3 艘 1200 人客船同时靠泊，码头顶楼设有直升机起降平台，出入境两边各可达每小时处理 10320 名乘客的过关需求。 本项目金属屋面平面投影面积约 91000 平方米，屋面采用连续正反弧造型，最长 正弧屋面板为 100m，最长连续正反弧屋面板约 75m，最小弯弧半径 11m。 （图 2） 该项目共分三期， 其中一期为 2006 年建造， 金属屋面面积约 2.6 万平方米， 2009 年又延续扩建一期，新建停车场金属屋面面积 1 万平方米，二期工程从 2010 年开工， 金属屋面面积约 5.5 万平方米。 本项目所有金属屋面系统均采用百安力公司建筑金属屋面系统，自 2006 年一期 金属屋面建成至今亦已经过 9 年的时间验证， 一期金属屋面未出现过任何渗漏或风致 破坏现象，且在二期工程开工后已对一期金属屋面系统做现场检查与评估，设计及顾 问方均认为一期金属屋面质量符合设计要求， 已证明百安力金属屋面系统可提供可靠 质量保证。
图 10 防坠落系统固定方式 1.9 屋面泛水包边设计 本项目屋面泛水采用同屋面板材质之不锈钢板现场焊接连接，保证屋面防水性 能，考虑外观的线条感，所有泛水板外侧均采用 4mm 厚不锈钢复合板（2 层 0.4mm 不 锈钢 316L 2D 表面处理， 内填一层聚脂材料） 包边， 不锈钢复合板有较强的金属质感， 为建筑增添了无限魅力。 （图 11）
图 6 屋面系统描述（由上至下） ： 0.7mm 厚 Faseam75-460 不锈钢 316L 屋面板；防水 透汽膜； 150mm*32Kg/m 玻璃棉保温层下贴铝箔； 0.9mm 厚 Fasceiling 22-310 铝合金天花板。 1.1 屋面系统耐候性考虑 该项目属客运码头项目，项目临近海边，常年受海洋性环境的影响，屋面设计寿 命不少于 50 年，故在屋面系统设计上采用耐候性能高的 316L 级不锈钢屋面板及 AA5052 船舶级铝合金天花板，整个系统所用螺钉均采用不锈钢复合螺钉，同时对有 可能与外部环境接触的支撑构件均采用不锈钢材质，以保证整个系统的耐候性。
表 1 静态风荷载加载分级表 2） 动态抗风性能检测 动态抗风性能检测通过向试件施加动态循环荷载进行测试建筑金属围护系统在 长期动态荷载下的结构性能， 可以较为真实的模拟出金属围护系统组成检件间的各种 风力作用下的结构状态，通过对金属围护系统受损破坏情况观察与分析，进一步确定 金属围护系统组成构件的风致破坏机理， 从而为构件的选型及材料的性能分析提供可 靠的试验数据。 动态风荷载加载分级及加载次数如图 14 所示，各阶段加载次数及荷载值详见图 14，而总加载次数为 5000 次。
通过风源供给系统在风箱内产生风力作用，而风源则需提供静态正、负双向风压 力以及不同频率、幅度下的正负动态风荷载的模拟，并且可在 3～5 秒钟能加截至目 标荷载。 试验试件采用项目所用屋面系统完全一致的材料与构造方式， 试件安装与现场实 际安装方式一致，其安装平面图与固定节点如图 13 所示。
图 13 屋面系统检测安装平面图及节点 3.2 试验方法与程序 试验方法采用实验室静压箱法进行， 通过实验室模拟风荷载作用的方式以静态抗 风压检测与动态抗风压检测的方式对屋面系统进行抗风性能评估。 1） 静态抗风性能检测 静态抗风性能检测是确定屋面系统极限承载力，通过记录变形曲线、观测屋面板 及连接构件的失效状态可测定金属屋面压型板残余变形情况、系统连接能力、变形曲
而此项目近十万平米的不锈钢金属屋面板， 且项目临近机场，因而对屋面板进行 压纹不反光漫射处理，使屋面安装完成后，弧线 屋面系统热工及防冷凝水设计
图 11 不锈钢复合板包边效果 3.屋面组装系统连接性能检测 3.1 试验装置与试件 试验装置为净尺寸 2.4m * 7.5m 的风箱，包括压力箱，风源供给系统，测量系统 以及数据采集系统，系统检测设备示意如图 12。
图 12 屋面系统检测设备示意图 压力箱由上下两个相互独立的箱体组成， 安装完成试件后上下两个箱体分别形成 独立的密封室，并在箱体上设有观测窗。箱体以钢结构建造，上下箱体应分别承受不 小于 20kPa 和 5kPa 的大气压力。
1.2 屋面外观及防水设计 根据澳门地理环境及气候条件， 暴雨及台风气候使得屋面系统需要考虑具有较高 的防水性能，同时建筑屋面体形较大，因此在选择屋面板时应考虑排水能力较高且有 较粗壮的线条感，同时亦需要能提供一个较好的抗风性能，故屋面板选择采用百安力 公司所生产的 Faseam75-460/360 屋面板，此板型采用 180 卷合锁扣式接合设计，安 装后无螺钉外露，消除漏水隐患，同时 75mm 肋高，460mm 肋距的设计，具有高效排 水切面，适合于大跨度大面积建筑屋面。而局部较低矮的屋面如通道屋顶等则采用了 百安力公司所生产的倒置暗扣式 Faspanel 26-400 屋面板，使得此区域屋面较为轻盈 （图 7A，7B） 。
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；抗风性能通过静态风荷载与动态风荷载检测确定，风荷载取值则参考澳门 本土规范《澳门屋宇结构及桥梁结构之安全及荷载规章（56/96/M） 》 ，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边缘区域。 1.5 屋面系统防火设计 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，本项目所用屋面系统组成材料全部为难燃或不燃材料， 有效保证屋面系统的防火性能。 1.6 屋面系统声学设计 根据建筑使用分区， 在人流密集的出入境大厅采用了冲孔天花配吸音玻璃棉的天 花系统，有效改善室内声学环境。同时屋面系统考虑隔声性能亦通过检测，计权隔声 量大于 45dB。其余室内天花均采用 0.9mm 厚 AA5052 Fasceiling 22-310 铝合金天花 板，天花板采用倒扣式安装，板与板间采用冲孔盖板，以调节室内声学环境。 （图 9）
1.7 屋面系统防雷设计 屋面系统采用厚度大于 0.5mm 的不锈钢材料，符合建筑防雷设计规范要求，可直 接作为接闪器，而在本项目应用中，则采用了独立防雷系统，故在金属屋面未做过多 防雷考虑，避雷针则采用屋面专用夹具连接于屋面板上，通过引线传递电流至建筑防 雷网。 1.8 屋面系统防坠落设计 金属屋面系统考虑定期检查与维护，而考虑维护人员生命安全，在金属屋面系统 上设置了防坠落装系统，防坠落系统沿屋面纵横方向分布，覆盖屋面检查与维修活动 的分区域，采用钢索式系统，通过屋面板专用夹具固将锚固件固定于屋面系统上，钢 索则固定于锚固件上，如下图 10 所示。 防坠落系统与屋面板连接承载力经过检测，符合 BS EN 795 及 ACR（M）002 要求， 经 200kg 物体从 1.5m 高度自由落下之动态检测和 20kN 静态拉力作用 3 分钟检测合格。
图 2 项目效果图 2.金属屋面系统设计 该项目位于澳门氹仔岛，属于亚热带季风气候，夏季湿润多暴雨与台风，冬季温 和少雨，且此项目为客运码头，临近海边，常年处于海洋性气候环境，因此气候条件 决定建筑围护系统应具有耐久性、抗风性及其他与建筑使用要求有关的性能指标，如 声学、节能等。 因此在设计过程中应重点考虑如下： 1）耐久性；2）结构性能；3）防水性能；4）满足使用功能的考虑； 同时根据建筑造型及使用的需要，在设计共采用了四种屋面系统，分别如下图所 示：
图 14 施加设计风荷载分级与加载次数示意图 风荷载循环示意如图 15 所示，总的风荷载波动周期包括压力上升时间，应不多 于 10 秒，测试的风荷载值的最小维持时间为 2 秒，风荷载卸载时间不多于 4 秒。
图 15 动态风荷载循环示意图 3.3 抗风性能判定 通过静态风荷载及动态风荷载检测，本项目所采用 Faseam 金属屋面板在静态抗 风检测下最大极限承载力 6.93kPa，试件无破坏，超过设计风荷载 6.36kPa，极限承 载力符合设计要求；动态抗风性能检测通过 5000 次动态最大风荷载 3.6kPa 的检测， 试件无破坏。 Faspanel 金属屋面板在静态抗风性能检测下最大极限承载力 6.0kPa， 试件无破坏，超过设计风荷载 3.78kPa，极限承载力符合设计要求；动态抗风性能检 测通过 5000 次动态加载，最大加载风荷载-4.1kPa，试件无破坏。因此屋面系统结构 性能满面足本项目应用需要。 4.结束语 该项目不锈钢金属屋系统的设计，充分体现了 MCIS《建筑金属行业标准》的应
线等，用以评估系统发生功能性破坏的抗风性能指标，并观测失效状态，评定系统极 限承载力。 检测荷载加载由参考零位开始均匀的加载，加载荷载分级如表 1 所示，荷载加载 速度应不小于 500Pa/s，当荷载加载至分级压力值后，压力保持时间不小于 2 分钟 （120s） ，然后卸载至参考零位，卸载速度应不小于 300Pa/s。荷载达到参考零位后， 至下一级荷载加载之间的间隔时间应不小于 2 分钟（120s） ，在加载间隔时间，应通 过观测窗或箱体内部摄像设备观测试件状态。
澳门处于低纬度地区，一年大部分时间均受太阳直射，因此金属屋面系统热工性 能是重要性能指标之一，本项目应用了不同层数的岩棉（密度不小于 60kg/m ）铺装， 岩棉自身质密均质，有很好的保温隔热效果。采用 2 层 75mm 厚度的岩棉错缝铺装， 有效杜绝拼缝位置的热流损失。 系统采用支撑架式内支撑系统（图 8） ，有效减少了热桥数量，增强系统热工性 能，经检测屋面系统传热系数小于 0.33W/（m K） 。同时屋面系统采用了隔汽膜与防水 透汽膜，隔汽膜可以有效阻止室内潮湿空气的侵入，防水透汽膜则可以排走因施工原 因而留在保温材料中的潮湿空气，同时防止冷凝水对系统的影响。888集团官网入口
