本文摘自：《建筑幕墻創新與發展》未經許可不得轉載
1 引言
當今的建筑造型已經呈現多元化的發展方向，一些新派建筑師不滿足于設計中規中矩的建筑形式，許多大型和超大型的極富視覺沖擊力的建筑越來越多的呈現在我們面前。 建筑的屋頂、屋面部分也都利用外飾層作為建筑設計思想的載體，展示著建筑藝術的魅力。異形金屬屋面系統以往也只是作為建筑造型中的個別單體，現在已經大范圍的得到應用。超大型的曲面建筑金屬屋面，特別是雙曲面造型的建筑金屬屋面系統，越來越多的應用在國內外大型建筑中。(圖1~4)
圖1長沙梅溪湖文化中心效果圖
近年來，由于建筑幕墻和金屬屋面的設計方法和技術手段有了不斷提高，bim和計算機三維設計軟件的應用，已經完全可以滿足異形金屬屋面的造型設計需要。那么，如 何更好的實現建筑創意，如何在將建筑的語言表達的更加透徹的同時，還能保證屋面的各項物理指標和使用性能，這已經是許多幕墻公司和幕墻設計師們必須面臨的問題。
本文所提及的金屬屋面是指由鋁鎂錳薄板或鋁板（詞條“鋁板”由行業大百科提供）、鋼板等金屬板材壓制成型的金屬屋面系統。屋面系統中主要包括：主體支撐鋼結構;連接機構;檁條;底層硬防水鍍鋅鋼板;防潮隔氣層;隔聲層;保溫層;金屬屋面板;外裝飾板。
這里的金屬屋面系統，主要是指建筑物金屬屋面的整體系統，其中包括：屋面系統、排水系統、屋脊、山墻、檐口、屋面板接口、封頭、防雷接閃器、清洗水接頭、不銹鋼連接環、融雪融冰裝置、落水及虹吸裝置還包括屋面面層的裝飾板，附著物等。
圖2鄂爾多斯博物館東立面圖
在這里重點要介紹的是，排水系統中的排水天溝的設計和虹吸排水的使用。
圖3 貴州銅仁鳳凰機場航站樓效果圖
圖4重慶江北機場T3A航站樓效果圖
2、金屬屋面排水天溝
2.1、排水天溝的定義、作用及功能
天溝指建筑物屋面兩胯間的下凹部分，在建筑屋面匯集屋面雨水的溝槽。天溝排水是指利用天溝將雨水排至屋面以外。屋面排水分有組織排水和無組織排水(自由排水)，有組織排水一般是把雨水集到天溝內再由雨水管排下，集聚雨水的溝就被稱為天溝，天溝分內天溝和外天溝，內天溝是指在外墻以內的天溝，一般有女兒墻;外天溝是挑出外墻的天溝，一般沒女兒墻。
金屬屋面不銹鋼天溝是指，在建筑物頂部采用金屬板作為防水屋面時，在金屬屋面的下凹部位，起到收集雨水作用并能通過排水管系統有組織的將雨水排出的凹型溝槽，一般采用不銹鋼板制作成“U”形或矩形的排水系統，叫不銹鋼排水天溝。不銹鋼天溝槽安裝現場、金屬屋面天溝和山墻處天溝見圖5(a)(b) (c)。
圖5.a不銹鋼天溝槽安裝現場
圖5.b金屬屋面檐口天溝
圖5.c金屬屋面山墻處天溝
2.2、 天溝的構造形式與設計方案：
不銹鋼天溝的作用是收集雨水，并能通過排水管系統有組織的迅速將雨水排出。
天溝槽的設計時，在充分考慮到其自身的排水、引水的功能外，還要考慮到排水天溝是整個屋面系統的一個組成部分。其功能要完整。特別是在保溫（詞條“保溫”由行業大百科提供）、隔熱（詞條“隔熱”由行業大百科提供）、隔聲及裝飾性能上要根據不同的項目進行專門（詞條“門”由行業大百科提供）的設計。一般要求在天溝金屬槽的室內則設置填充保溫棉，在可視部分包飾裝飾面層。在天溝金屬槽的室外則涂防水油膏加防水卷材，這樣有利于減少噪聲，提高溝槽的防腐（詞條“防腐”由行業大百科提供）能力，提高使用壽命。
在相關的國家標準和規范中對金屬屋面排水天溝的設計已明確規定，排水天溝槽的設計應該考慮以下各方面的內容：
1) 排水天溝采用防腐性能好的金屬材料，不銹鋼板的厚度不應小于2.5mm;
2) 防水系統采用兩道以上的防水構造。防水系統應具備吸收溫度變化等所產生的位移的能力。(圖6(a) (b))
圖6(a) 不銹鋼天溝槽的橫剖面節點圖
3) 排水天溝的截面尺寸應根據排水計算確定，并在長度方向上應考慮設置伸縮縫（詞條“伸縮縫”由行業大百科提供），天溝連續長度不宜大于30m。
4)在對于匯水面積大于5000平方米屋面，應設置不少于2組獨立的屋面排水系統，并應采用虹吸式屋面雨水排水系統。
5)天溝底板的排水坡度應大于1%。在天溝內側設置柔性防水層，最好不低于在兩側立板的一半位置(1/2)處和底板的全部加一道柔性防水層。(圖6(b) )
圖6(b) 加工成型的不銹鋼天溝
2.2.1、排水天溝溢流口的設計：
在CECS183：2005 《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》中是這樣定義的：
溢流口(overflow)當降雨量超過系統設計排水能力時，用來溢水的孔口或裝置。
溢流系統(overflow system)排除超過設計重現期雨量的雨水系統。溢流系統可以是重力系統或虹吸系統，溢流系統不得與其他系統合用。
在排水天溝內,如果出現非常情況,如排水口不暢，水量過大等特殊情況，為保證天溝能夠將水排出，比較好的辦法是在天溝內設置溢流口。當天溝的水位到達一定的高度時，水在過溢流口溢出，并能將水有組織的排入落水管內。或直接將水排到屋外。
我們在生活中最常見的溢流口就是家庭中使用的洗手水池。基本上在每個水池上沿邊部都留有一個小口，這就是水池的溢流口。當水在水池內高度到達口邊緣時，水將通過此溢流口流入下水管道，不使過多的水發生外溢的現象。提高了用水的安全性。
屋面排水天溝在工作狀態時其環境更為復雜，很有可能由于異物將落水口的排水量減少或失去排水的功能。或由于非常情況，出現水量過大無法及時排出而造成水從天溝的邊緣溢出，進入屋面的保溫層而出現屋面漏水現象，更嚴重的時候可能由于水的重量引起屋頂支撐結構的安全問題。
溢流口的形式可以根據工程項目的特點而定，可采用在天溝側面立板或端部立板面上開口的作法;也可以采用臺式溢流口的設計。(圖7a、b)
圖7a不銹鋼天溝臺式溢流口節點圖
圖7b在天溝側面立板設置的溢流口節點圖
在設計溢流口時也應進行溢流口的布置分析，用計算和分析方法確定溢流口的尺寸大小和位置，數量是否滿足在極限狀態下的需要。溢流口的尺寸計算在《虹吸式屋面雨水排水系統技術規程》中已給出了計算公式和計算方法。
由于項目的不同特別是異形曲項目，每一段天溝的設置都會有所不同，所以應在深化設計時對每一段天溝的布置、每一個落水口和溢流口的設置都應有分析計算來確定。
2.2.2、不銹鋼天溝槽應與其支撐結構之間能夠相對位移
在不銹鋼天溝施工時，不得將不銹鋼天溝的板邊緣直接錨固(焊)在天溝的支撐結構上(如圖2.2.2)。因為天溝與天溝的支撐結構一般在工作狀態時不是在一個溫度場內，在溫度變化時會出現較大的溫度差。會在天溝槽的縱向方向天溝與支撐結構之間出現較大的相對變形。如使其固定限制其變形將在此部位出現很大的溫度應力，使之出現破壞。
圖8 不銹鋼天溝斷面節點圖
同時，由于不銹鋼天溝的材質為不銹鋼板，奧氏體型不銹鋼在20℃至300℃時線膨漲系數為17.5;而支撐結構為碳鋼材料，其在20℃至300℃時線漲系數約為11.3至13。奧氏體型不銹鋼與碳鋼相比，最大的線膨脹系數，比碳鋼大40%，并隨著溫度的升高，線膨脹系數的數值也相應地提高。所以出現溫度變化時即使天溝與其支撐結構的溫度一至，也會由于材質的不同出現很大的應力（詞條“應力”由行業大百科提供）而產生溫度變形。所以在天溝和支撐結構設計時應充分考慮到其有相對位移的特點，使其在工作時能保持良好的工作狀態。
2.2.3、大坡度的排水天溝應設置阻水擋板、水平落水斗
屋面布置大坡度天溝時，應考慮到排水天溝在使用時的有效和可靠性。應設置好不銹鋼天溝的支承系統，使其安全穩固。在大坡度的天溝內設置雨水斗時，應充分考慮到雨水的流速。應根據其斜度來確定是否要增設阻水板(圖9a)。
在斜度大于15%時，在不銹鋼排水天溝內宜考慮設置阻水板裝置，來降低雨水在斜形天溝內的水流速，斜度越大阻水板的數量應越多。阻水板除了能有效的控制水的流速外，還能有效的阻止異物進入排水口。
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