[发明专利]用于屋顶的不可燃强化水泥轻质板及金属框架系统

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及在民用及商用建筑中一种包含金属框架及轻质结构水泥板(在本文中称作SCP板)的屋顶系统。更具体而言，本发明涉及一种具有以机械方式或胶粘方式紧固至钢制框架屋顶系统的不可燃屋顶系统。所述板提供一抗剪切隔板及轴向承载屋顶元件。所述系统在与钢制框架一起使用时通常提供如下有利的性能性质：不可燃性，耐水性，抗霉菌性，及能达成快速组装的建筑设计经济性。

背景技术

商用、民用及工业用建筑物的屋顶构造必须通过采用述及非常具体的性能因素的国家及当地建筑规程来满足主要由国家级及地方级立法所形成的性能标准。一般而言，这些性能标准划分成两大区域：(1)斜屋顶，通常相对于水平面呈30度或以上，及(2)平屋顶，相对于水平面呈0度至30度。

平屋顶构造的性能标准在各地区之间变化很小但一般遵照如下性能标准：

1.垂直载荷强度：屋顶必需能够承载由静载荷加活载荷组成的总载荷并满足在屋顶总成中所用材料的法定设计或性能值。实例：由50,000至60,000psi钢制成的传统钢制屋顶在工作条件下不得承受超过20,000psi的弯曲拉应力。

2.活载荷偏斜：在支撑设计静载荷(钢、组合屋顶及隔热层的重量)时，在施加活载荷时，屋顶的偏斜不得大于各支撑构件之间距离的1/240或者由当地建筑规程或其他考虑因素所决定的更小偏斜值。

实例：由中心距为6′0″的构件支撑的屋顶在施加活载荷时的偏斜不得大于6′0″×12英寸/英尺×1/240＝0.30″。在不同的气候区域中，视天气条件而定，活载荷将自20磅/平方英尺至60磅/平方英尺不等。

3.风上举力：通常，屋顶必须能耐受施加于其上面的负压及正压并保持在结构上耐用。该标准的性能值视地理区域而异，但一般而言，介于30psf上举阻力(等价于100mph的风)至90psf上举阻力(等价于188mph的风)范围内。

通常的钢制屋顶总成是利用通常称作“A型”、“B型”、“AB型”及类似型式的由低碳钢形成的型材。所述型材的共同特征是在使型材具有刚性及强度的加强肋之间形成有宽的平整表面元件。迄今为止，由檩樤支撑的钢型材是设计成满足由建筑规程所规定的强度要求。所述平整表面是用于为包括用于隔热的单个板在内的一层或多层薄板材料提供一支撑表面并提供一用于固定防水覆盖层的表面。

例如，典型的“A”型型材在相间六英寸的11/2英寸深的加强肋之间提供一大约51/2英寸宽的平整部分。“B型、AB型”及其他型材在外形上类似于A型，只是各加强肋之间平整部分的宽度顺次减小，以在各加强肋之间形成一更紧密的空间，从而增大在既定跨度情况下的负载能力。然而，例如，B型型材在薄板顶面上的肋开口的宽度大于A型型材。

自强度观点来看，最有效的轻型钢型材是每单位宽度具有最大数量加强肋的型材；最终是对称肋型式的型材，所述型材在一位于一穿过薄板中心并平行于薄板上下表面设置的平面中的中性轴上方及下方具有相同的钢分布。

出于经济性原因，在某些情形中可能强制要求、或者在其他情形中可能希望将屋顶总成用作一结构隔板来加强建筑物，以抵抗因地震震动(地震)、爆炸力或风而形成的横向载荷。在此种应用中，将屋顶总成视为定位于水平平面中的一梁的腹板，其中建筑物的周边构件用作梁的抗压及抗拉桁架弦杆。

既定屋顶总成的隔板(腹板)强度是按其传递对角拉应力的能力来评价，此包括考虑所述总成的抗剪力、及面内偏斜(称作“隔板偏斜”)-其在很大程度上取决于所用钢板型材的“隔板刚性”。隔板刚性涉及钢板型材在承受载荷时抗变形的能力。

由于钢板型材的抗弯强度在很大程度上随型材的深度而变化，因而自然反对减小有助于隔板强度的深度(接近为一薄钢板)。自隔板强度的观点而言，最有效的屋顶总成是可利用隔板应力平面中具有最大有效钢度的钢型材来提供足够的抗弯强度的屋顶总成。隔板刚性随所用钢的屈服强度的增大而成正比地增大，因而，由高强度钢制成的钢型材比由低碳钢制成的钢型材更为有效。

在制造A型及类似的平直外形型材时，一般使用大规格低碳钢(例如，极限应力为20,000磅/平方英寸的规格22、20及18)。此缘于如下事实：为满足主导轻型钢型材设计的最小钢厚度对元件宽度比，需要使用较大的规格。另一方面，对称肋型式的型材具有更小单位宽度元件并因而可利用更轻型的更有效高强度钢，从而提供每磅钢的更大工作强度。