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各司其职的双层复合屋面


2017-11-30 17:45:43


    

现代建筑构造的一个显著特点是构成材料的种类越来越多;同时,根据不同材料的特性,职能分工也越来越细。双层复合墙体、双层复合屋面即是如此。

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一种典型的双层复合墙面(参见“玻璃幕墙外层的双层墙体”)

让·努维尔(Jean Nouvel)设计的西班牙巴塞罗那阿格巴大厦。

与双层屋面有异曲同工之妙,差异在于墙面对于防水的要求较屋面低得多。

所谓双层复合屋面即是由内外两层明显脱开一定距离、留有空气流通层的构造层复合而成的一种屋面。正常情况下,即使去除复合屋面外层,内层同样能满足保温隔热、防水的功能。

传统的钢筋混凝土屋面上再设置隔热的架空板即属于此类构造。现代的双层复合屋面除了考虑功能需求外,更多的考虑了第五立面的视觉需求,这种屋面的外层主要作为外层装饰及第一层次的防护,常采用视觉效果较好、尺度合适、耐候性更好的小块金属(如钛板不锈钢板、钛钢复合板)板材、石板等。外层块板的单元尺寸一般不大,板间常留有一定缝隙。屋面内层则常采用防排水性能较为可靠的长条形断面金属板(压型金属板)如价格相对便宜的涂层钢板、铝板等(偶尔也有采用传统柔性防水层构造的)。

双层复合屋面常用于大型的、等级较高的建筑,如机场候机大厅、大剧院等,也更适合于追求墙屋面一体化形式的异形建筑。

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日本关西国际机场的金属双层屋面构造详图

建筑师:伦佐.皮阿诺

采用大波形断面板、在波峰上的固定件让防水更为可靠。

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中国远大铝业集团公司提供的一种双层复合屋面三维示意图

立边夹固式构造避免了上层板材支撑件对防水层完整性的破坏,防水更为可靠。

(欲了解“远大”公司幕墙技术及产品可以点击页面左下角“阅读原文”)

双层复合屋面与普通单层(金属板材防水)屋面相比,其优点在于:

(1)分层构造,各司其职。外层板材主要作为饰面层及屋面第一道防护层,它可以掩盖下层的排水沟、附加的防水构造等不雅的构件,屋面整体效果更为统一。选择与墙面同样形式的板材时可以达到墙屋面形式一体化的效果,更为适应现代墙屋面没有明显界限的异形建筑。内层构造以防水、保温隔热为主,可以完全按照功能需求设计,对形式不至于产生影响。

(2)由于内层的可靠防水,外层板材一般无需考虑防水密闭,可根据设计要求采用各种形状、尺寸、比例以适合不同的形式要求,因此双层复合屋面能够提供更为灵活的外在形式。

(3)由于外层板材分成小块板,每块板的面积较小,配合特殊的设计,十分利于排水,不易灰尘的积聚(下雨时冲入下部不可见的防水层),保持建筑的整洁持久形象。

(4)由于外层板材一般均为耐候性极佳的金属材料、天然石材等,可以抵御最为直接的自然风沙雨雪甚至盐雾的侵蚀。

(5)双层构造客观上改善了屋面的热工性能。外层板反射了大部分的太阳辐射,同时内外层板间的空腔提供了冷热缓冲、对流空间。

(6)双层板的构造改善了室内的声环境,特别是在下雨及冰雹时对于撞击噪音的屏蔽作用。

当然,双层构造不可避免地带来了建筑造价的大幅提升,在一般的小型建筑中较为少见。伦佐·皮亚诺(Renzo Piano)设计的日本关西国际机场、保罗·安德鲁设计的中国国家大剧院、加拿大卡洛斯(Carlos)事务所设计的杭州大剧院、矶崎新设计的中央美术学院美术馆等均采用了双层复合屋面系统。

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北京中国国家大剧院

建筑师:保罗.安德鲁事务所+北京市建筑设计研究院

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中国国家大剧院屋顶内层作为排水及防水层的Kalzip®长条型断面铝板。

虽然能满足防排水的功能要求,但却不能满足建筑形式的需求。

微信图片_2017113014452610.jpg 施工中的北京中国国家大剧院屋顶

上层为钛钢复合面板(保护膜尚未揭去),采用不破坏金属板材防水完整性的立边夹固式支座,沿水平方向两条板带间留有空隙作为排水沟。底层为作为排水及防水层的Kalzip®长条型断面铝板。

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微信图片_201711301445268.jpg 鄂尔多斯博物馆

建筑师:马岩松

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微信图片_201711301445266.jpg外层仿古铜色铝合金板与背后的铝合金防排水层。

外层构造更适应墙屋面没有明显界限的异形建筑,也更适应于建筑师表达形式的需求。

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北京中央美术学院美术馆

建筑师:矶崎新

石板瓦墙屋面一体化的外表皮,完全掩盖了作为屋面排水及防水层的Kalzip®长条型断面铝合金板,在达到可靠防水要求的基础上完全满足了形式的需求。

除了更为重视外在形式的双层复合屋面外,从特殊的使用功能出发,如金属板材防水层上架设大面积的太阳能光电板,也产生了类似形式的双层屋面系统。

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美国耶鲁大学KroonHall (森林与环境学院)

建筑师: 霍普金斯建筑事务所

节能绿色是该建筑的典型特征。南向屋顶上覆盖着太阳能光伏板,据称可提供建筑24%的能量。

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在条形锌板(防水层)屋面上架设的太阳能光伏板

虽然原理类似,但双层复合屋面的构造方式针对不同形式的建筑仍然可以有很多选择;同时,双层复合屋面构造技术要求相对也较高,一般均委托专业的幕墙公司进行二次深化设计。建筑师更多的是需要了解构造的基本原理以及对整体形式的把握。


本文作者褚智勇,东南大学建筑系工学学士,北京建筑工程学院建筑学硕士,教授级高级建筑师,一级注册建筑师,现任教于北京工业大学建筑与城市规划学院。曾著有建筑材料与构造类畅销书《建筑设计的材料语言》。


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