图1 金属屋面
金属屋面，听起来颇具工业感。实际上，它蕴含着丰富的建筑美学与实用价值。它不单是一种建筑材料，还是一种艺术表达，对建筑的功能性和环保理念有着深刻的诠释。金属屋面具有耐久性、防水性能、隔热保温效果、美观性、环保性、防火性能、抗风压能力、安装便利性、经济性和适应性等诸多优势。它在现代建筑中起到了不可或缺的作用。在这篇文章里，我们会深入地探讨金属屋面的相关结构设计要点，希望能给读者带来启发。
一、金属屋面荷载效应组合原则及构造
1、屋面均布活荷载与雪荷载不同时考虑,应取两者中的较大值；
2、积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中较大值同时考虑；
施工及检修集中荷载需考虑屋面材料及檩条等屋盖自重以外的其他荷载，且要同时考虑；
4、金属屋面构造如图2所示。
装饰层、龙骨、屋面层、防水层、保温层、保温支撑层、次檩条、主檩条、吸音层、防尘层、吊顶层、主体钢结构、T 型支座、夹具、U 型连接件、L 型加强角码各有其构造说明。装饰层有其构造说明，龙骨有其构造说明，屋面层有其构造说明，防水层有其构造说明，保温层有其构造说明，保温支撑层有其构造说明，次檩条有其构造说明，主檩条有其构造说明，吸音层有其构造说明，防尘层有其构造说明钢结构墙面檩条间距，吊顶层有其构造说明，主体钢结构有其构造说明，T 型支座有其构造说明，夹具有其构造说明，U 型连接件有其构造说明，L 型加强角码有其构造说明。
图2 金属屋面三维构造
5、金属屋面典型荷载基本组合：
屋面围护结构和构件在不考虑地震作用的情况下，并且屋面没有积灰荷载的时候：
永久荷载加上 1.5 乘以均布活荷载或雪荷载的和，再加上 1.5 乘以 0.6 的风荷载（向下）。
永久荷载加上 1.5 倍的风荷载（压力），再加上 1.5 乘以 0.7（均布活荷载/雪荷载）且方向向下：
C.1.0永久荷载一1.5风荷载(向上)。
（2）当屋面有积灰荷载时:
永久荷载为 1.3，积灰荷载为 1.5，风荷载（压力）为 1.5 乘以 0.6，均布活荷载/雪荷载（向下）为 1.5 乘以 0.7。
B.1.0永久荷载一1.5风荷载(吸力)(向上)。
二、金属屋面檩条相关造要求
檩条的间距通常被控制在 1.0 米到 1.5 米的范围之内。其中，较为常用的间距有 1.2 米、1.4 米以及 1.5 米。檩条间距最好不要超过 1.5 米；要是屋面荷载比较大的部位，像风气流分离、涡旋等部位，比如高低垮处、檐口、屋脊等，那局部檩条间距可以是小于 1 米的，也就是需要加密布置；在这种情况下，要考虑最不利原则，屋面恒载最好取 0.2KN/㎡这个较小的值，风压体型取-2.2 这个较大的值。
实腹式檩条跨度若大于 4m，那么在其受压翼缘需设置拉条或撑杆。拉条和撑杆的截面应依据计算来确定。圆钢拉条的直径不宜小于 10mm。撑杆的长细比不能大于 200。当檩条上、下翼缘表面都设置压型钢板，并且与檩条紧密牢固连接时，就可以不设置拉条和撑杆。
并且拉条均为双层拉条钢结构墙面檩条间距，能同时对檩条上、下翼缘进行约束。
利用檩条作为水平支撑压杆时，其长细比需满足不得大于 200 的要求，同时还应按照压弯构件来验算其强度和稳定性。
檩条挠度有控制要求。当檩条仅支承压型钢板屋面时，其挠度需控制为 l/200；若檩条下设有吊顶，挠度则应控制为 l/240；幕墙上的钢支承构件统一按 l/250 考虑也是可以的，并且还可以更严格。
12 米跨度时，一般取 600mm。
檩条的截面选择方面，设计时要尽量选取标准截面。常见的标准截面高度有 200mm、220mm、250mm 等。同时，常用的标准截面厚度有 2.0mm、2.2mm、2.5mm 等。（关于标准截面的详细信息可查阅《钢结构设计手册》和《冷弯薄壁型钢结构技术规范》）
非标准截面的截面厚度需满足不得大于 3.0mm 的要求；非标准截面的截面高度应满足不宜大于 280mm 的条件，倘若其高度大于 280mm，就必须采用加强措施，以防止檩条出现侧向失稳的情况。
屋面恒荷载的取值建议如下：通常在 0.2kN/㎡至 0.3kN/㎡这个范围。倘若有特殊的使用要求，需按照实际构造进行分层累计计算。对于有吊顶的厂房，要计算吊顶的重量（包括风机盘管、灯具、饰品、桥架等的重量），接着将其叠加到屋面的自重当中。
三、金属屋面T型支座相关设计
T 形支座的截面形状非常重要。在一些工程中出现了风掀破坏的情况，这与 T 形支座的截面设计有一定的关联。主要原因是没有设置防退沟槽或者根本就没有防退沟槽。固定支座的高度可以根据构造要求来选择，常用的高度有 81mm、106mm、116mm 和 156mm，并且支座下面带有 6mm 厚的隔热垫。标准支座的宽度是 58mm；双宽支座的宽度是 116mm。
T 形支座是屋面与檩条或其他支承结构间的关键传力构件，其材料牌号为 6061-T6。上部端头形状需有利于与左、右板的大、小耳边紧密咬合，以抵抗风吸力并防止拉脱。应根据屋面及墙面的不同外形进行分区域配置，布置方式有对角线布置、垂直布置、环向布置等多种。T 型支座在板长和板宽方向的间距与抗风揭力有关。在檐口、山墙、屋脊、高低跨、角部、山墙转角等风荷载敏感区域，屋面的抗负风压性能主要由该构件承担，所以其数量应满足要求。
通常 T 型支座间距需通过计算来确定，在必要情况下还需通过实验来确定；檩条间距减小的同时，T 型支座也会相应地适当加密。T 型支座固定在钢或铝檩条、墙架上时，会在底板下面设置隔热垫，以防止冷（热）桥的形成。固定用的不锈钢自攻螺钉的直径级数大于 12（4.87mm），其数量不少于 2 颗，并且要经过抗风揭强度验算，以保证有大于 1.5 的安全系数。T 型支座上端梅花头的方向需顺着小耳边的内沟槽进行排列。这样做是为了防止因温度伸缩而将小耳边磨穿。
T 形支座要与构造用檩条直接进行连接，不能与辅助檩条相连接，只有这样才能够实现可靠传力的目的。
卡接件与 T 形支座的位置相互重叠。在连接之后，T 形支座与屋面之间不容易发生滑动。这样就可能会出现卡死的现象，或者产生较大的磨损。通常情况下，可以采用桥接的方式来解决这些问题。
大跨度屋面的屋面板和 T 形支座间滑动量较大。这样容易让板材折弯部位与 T 支座直接接触并摩擦。接触摩擦后会磨穿，进而导致漏水。所以应采取措施来避免相互摩擦。
关于金属屋面 T 型支座结构转化夹具位置的探讨：金属屋面板扣接 T 型支座时，连接情况有实有虚。在铝板搭接位置安装夹具时，结构上存在应夹在何处的讨论。有人认为夹到 T 型支座处更牢固更好，这种说法有一定道理，确实更牢固，但存在问题，即未考虑温度作用产生的效应。在温度作用下，金属屋面板需要伸缩，若夹具夹住 T 型支座，会限制板面的收缩变化，严重时甚至会摩擦撕裂屋面板，导致漏水隐患。正确的做法是建议将夹具放到 T 型支座附近，这样连接强度较好且不影响板面的变形，不会阻碍板面温度应力的释放。
设计要重视直立锁边压型铝板在固定座上端头部的咬合，施工也要重视。因为这是锁边咬合抵抗风吸力、防止压型铝板大、小耳边从固定座端头松脱的重要保障，常见的一些咬合缺陷如图 3 所示。锁边咬合有两道工序，一是人工夹钳咬合，二是行进式电动锁边咬合机咬合。钳口尺寸需要经两次以上调整，锁边咬合辊轮间距也需要经两次以上调整，这样才能达到最终耳边外形直径尺寸的要求。并且要经过自检和抽检合格，以此来确保连接咬合强度。
图3 支座/屋面板咬合缺陷示意
以往的铝镁锰真立锁边屋面抗风揭测试报告显示，每个 T 型支座与铝镁锰金属屋面的咬合力在 0.8 到 1.28kN 之间。在设计阶段，暂时可以考虑按照 1kN 来进行设计，并预留一定的安全余量。后续需要通过抗风揭测试来验证设计的可行性，并且根据测试结果对设计文件进行加强或优化。抗风揭测试应当在施工之前完成。
9、T型支座连接件及数量要求：
四、压型铝板设计相关要求
目前业内对于压型铝板屋面及墙面工程，常用的牌号有哪些，处于何种状态，规格是怎样的，卷心内径又是多少等情况。
牌号有 3004 和 5754 ；状态有 H42、H44、H46、H48 。3004 是铝锰合金板，5754、5005、5050、5052 等是铝镁合金板。初期大多选用 3004 这种铝锰合金板，而 5754 等铝镁合金板，因为强度高且更耐腐蚀，所以常被设计使用年限≥50 年的大型公共建筑的屋面及墙面选用，并且有逐年增长应用的趋势。
规格方面，厚度为 0.9 至 1.2 ，宽度在 473 至 787 之间，其厚度和板型会因情况不同而有所差异，具体可参考 D28 ；压型铝板用带材的卷心内径为 505 ，且重量不超过 5.0t 。
各种断面异形板的厚度≥0.9，适宜的厚度比压型铝板厚 0.1 到 0.2 。其中天沟板的厚度为 1.0 到 3.0 ，使用板或者带材都可以。
对于大型重要公共建筑，要优先选取铝镁合金彩色涂层板以及带材。并且要正确地选择板型和厚度。牌号为 5xxx 系列的铝镁合金板，其 Rp0.2 值（规定非比例延伸强度）和强度设计值 f 比 3xxx 系列的铝锰合金板提升了 10%到 15%。这样有利于提升锁边咬合的抗拉脱能力，并且能够确保锁到位而不会开裂。对于中小型一般的公共建筑，能够选用牌号 3xxx 系列的铝锰合金系列涂层板以及带材。如果适当增加板厚，那么就有利于提升抗风性能。
铝合金板在选择牌号时，需要与建筑的使用年限相协调。如果屋面及墙面的使用年限大于等于 40 年，那么适宜采用铝镁合金板（5xxx 系列）。倘若屋面及墙面的使用年限在 20 年到 40 年之间，就适宜采用铝锰合金板（3xxx 系列）。状态处于 H42 到 H48 之间。屋面板的厚度 t 大于 0.9，墙面板的厚度大于 0.6，吊顶板和内墙面板的厚度 t 大于等于 0.5。在实际选用过程中，板厚呈现出逐渐增加的态势。
压型铝板的板材力学性能方面，其屈服强度 R 要大于等于 200，规定非比例延伸强度 Rp0.2 要大于 185，断后伸长率 As0mm 要大于 3%。在屋面及墙面工程的用料实例中：
常用板型有直板。直板的板型肋高通常为 65mm。常用的板宽有 300mm、400mm 及 500mm（图 9）。在屋面荷载较大时会使用板宽 300mm 的直板；400mm 的直板是常用且经济型的；500mm 的直板是屋面板本身最经济的板型，但它的下部檩条间距小，并且需要采取适当措施来防止板变形。
图4 常用板型示意
五、金属屋面连接计算
传力使用自攻螺钉、射钉、拉铆钉时都需要进行计算，并且要满足强度要求。在构造使用时，如果材质是铝合金或不锈钢，自攻钉的直径要大于 4.5，螺栓的直径要大于 8.0，拉铆钉（闭口）的直径要大于 4.0。
2、这里的连接主要指T型支座与檩条或金属板之间的连接：
六、金属屋面抗风揭试验
