หลังคาโลหะเป็นระบบหลังคาที่ประกอบด้วยชิ้นส่วนหรือกระเบื้อง โลหะ ซึ่งมีคุณสมบัติทนทานต่อการกัดกร่อน กันน้ำ และมีอายุการใช้งานยาวนาน เป็นส่วนประกอบหนึ่งของโครงสร้างอาคารชิ้นส่วนโลหะอาจเป็นวัสดุปิดคลุมบนหลังคาโครงสร้างที่ไม่กันน้ำ หรืออาจเป็นแผ่นโลหะที่รับน้ำหนักได้ด้วยตัวเอง

ตะกั่วและทองแดงมีบทบาทสำคัญในสถาปัตยกรรมมานานหลายพันปีแล้ว (ดู: ทองแดงในสถาปัตยกรรม ) ตะกั่วเป็นหนึ่งในโลหะชนิดแรกและง่ายที่สุดในการถลุงและด้วยจุดหลอมเหลวต่ำ จึงสามารถขึ้นรูปให้กันน้ำได้ง่าย ในฐานะที่เป็นผลพลอยได้จากการถลุงเงิน ในสมัยโรมัน ตะกั่วจึงหาได้ง่ายและค่อนข้างถูก^{[ 1 ]}

ในศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราชมีการติดตั้งแผ่นหลังคาทองแดงบนยอดวิหารโลวามหาปายาในศรีลังกา^{[ 2 ]}ชาวโรมันใช้ทองแดงเป็นวัสดุมุงหลังคาสำหรับวิหารแพนธีออนในปี 27 ก่อน  คริสต์ศักราช^{[ 3 ]}หลายศตวรรษต่อมา ทองแดงและโลหะผสมของทองแดงเป็นส่วนสำคัญในสถาปัตยกรรมยุคกลาง ของยุโรป หลังคาทองแดงของมหาวิหารเซนต์แมรี เมืองฮิลเดสไฮม์ซึ่งติดตั้งในปี 1280 คริสต์ศักราชยังคงอยู่รอดมาได้จนกระทั่งถูกทำลายระหว่างการทิ้งระเบิดในสงครามโลกครั้งที่ 2 ^{[ 4 ]}หลังคาที่ครอนบอร์ก หนึ่งในปราสาท เรเนสซองส์ที่สำคัญที่สุดของยุโรปเหนือ(ซึ่งเป็นที่รู้จักในนามปราสาทเอลซิโนร์ในแฮมเล็ต ของเชกสเปียร์ ) ได้รับการติดตั้งในปี 1585 คริสต์ศักราช^{[ 5 ]}ทองแดงบนหอคอยได้รับการบูรณะในปี 2009 ^{[ 6 ]}  

เมื่อการถลุงเหล็กแพร่หลายในต้นศตวรรษที่ 19 แม้ว่ากระบวนการถลุงจะซับซ้อน แต่แร่เหล็กมีอยู่มากมายจนทำให้เหล็กมีราคาถูกกว่าตะกั่ว และถูกกว่าทองแดงมาก ต่อมาได้มีการค้นพบว่าการกัดกร่อนของเหล็ก (สนิม) สามารถหยุดหรืออย่างน้อยก็ชะลอได้โดยการจุ่มแผ่นเหล็กที่ร้อนลงในดีบุกหรือสังกะสี หลอมเหลว ซึ่งจะเกิดเป็น ชั้นเคลือบที่ยึดติดกัน ด้วยโลหะวิทยาและช่วยปกป้องเหล็ก แผ่นเหล็กเทอ ร์เน (Terne) ซึ่งจุ่มลงในตะกั่วบัดกรีที่มีส่วนประกอบ ของ ตะกั่ว 80-90% และดีบุกเป็นส่วนที่เหลือ มีราคาถูกกว่าแผ่น เหล็กเคลือบ ดีบุกที่ทำด้วยวิธีเดียวกัน และตะกั่วมีความทนทานต่อการใช้งานกลางแจ้งในระยะยาวมากกว่าดีบุกหรือสังกะสีเพียงอย่างเดียว เทอร์เนจึงได้รับความนิยมในการใช้ทำหลังคาและสิ่งของทางการเกษตรที่ทนต่อสภาพอากาศ

ในปี พ.ศ. 2362 เฮนรี พาล์มเมอร์ วิศวกรของบริษัทลอนดอนด็อค ได้จดสิทธิบัตร "แผ่นโลหะเว้าหรือเป็นลอน" ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งในการดัดงอในทิศทางเดียวในลักษณะของคานทำให้แผ่นเหล็กสามารถรองรับตัวเองได้เมื่อใช้เป็นหลังคา บันทึกร่วมสมัยยกย่องวัสดุนี้ว่าเป็น "หลังคาที่เบาที่สุดและแข็งแรงที่สุด (เมื่อเทียบกับน้ำหนัก) นับตั้งแต่สมัยอาดัม" ^{[ 7 ]}

หลังจากสิทธิบัตรของ Palmer หมดอายุในปี 1843 เหล็กชุบสังกะสีลูกฟูก (CGI) ก็กลายเป็นวัสดุมุงหลังคาที่ได้รับความนิยมไปทั่วโลก^{[ 7 ]} ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 โรงงานเหล็กเข้ามาแทนที่โรงงานเหล็ก และผลิตภัณฑ์ที่ใช้เหล็กสามารถทำให้บางลงได้สำหรับช่วงความยาวและความแข็งแรงเท่าเดิม แต่คำว่าCGIยังคงใช้ในสหราชอาณาจักรและออสเตรเลีย ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 หลังจากถูกนำไปใช้ในทางทหารในสนามเพลาะและสำหรับ กระท่อม NissenหรือQuonsetหลังคา CGI ก็ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายแต่มีสถานะต่ำ^{[ 7 ]} หลังจากที่สถาปนิกอย่างWalter GropiusและBuckminster Fullerใช้วัสดุนี้ และด้วยการออกแบบ "โมเดิร์นทะเลทราย" ที่มันวาวและเรียบง่าย เช่นบ้าน Stahl ของ Pierre Koenig (ที่มีหลังคาโลหะภายในที่มองเห็นได้ แต่ไม่ใช่ CGI จริงๆ) มันก็กลับมามีสถานะที่ดีขึ้น^{[ 7 ]} บ้าน Palm Springsปี 1964 ของAlbert Freyใช้เหล็กลูกฟูกจริงเป็นหลังคา เช่นเดียวกับผนังภายนอกอลูมิเนียมลูกฟูก^{[ 8 ]}

หลังคาโลหะสามารถ รีไซเคิลได้ 100% และสามารถผลิตจากผลิตภัณฑ์รีไซเคิลอื่นๆ ได้ กระเบื้องยางมะตอยทำจากปิโตรเลียมและมีสารเคมีอื่นๆ ทำให้กระบวนการรีไซเคิลเป็นพิษมากขึ้น และกระเบื้องส่วนใหญ่ไม่ได้รับการรีไซเคิล โดยมีการส่งกระเบื้องยางมะตอย 20 พันล้านปอนด์ (9.1 ล้านตัน) ไปยังหลุมฝังกลบทุกปี ซึ่งใช้เวลาหลายร้อยปีในการย่อยสลายความสามารถ ในการสะท้อนแสงของหลังคาโลหะ ดีกว่า โดยสะท้อนรังสีจากแสงอาทิตย์ได้ 10%–75% ขึ้นอยู่กับสีที่เลือก เมื่อเทียบกับหลังคายางมะตอยที่สะท้อนได้เพียง 5%–25% ขึ้นอยู่กับสี ตลอดอายุการใช้งาน หลังคาโลหะยังคงรักษาความสามารถในการสะท้อนแสงได้ถึง 95% เมื่อเทียบกับหลังคาประเภทอื่นๆ ที่สูญเสียความสามารถในการสะท้อนแสงไป 20%–40% สารเคลือบสะท้อนแสงสูงในสีของหลังคาโลหะสามารถลดค่าใช้จ่ายด้านสาธารณูปโภคได้ถึง 40% ^{[ 9 ]}

หลังคาโลหะสามารถใช้งานได้นานถึง 100 ปี โดยผู้ติดตั้งจะให้การรับประกัน 50 ปี เนื่องจากมีอายุการใช้งานยาวนาน หลังคาโลหะส่วนใหญ่จึงมีราคาถูกกว่าหลังคาแอสฟัลต์ชิงเกิลในระยะยาว^{[ 10 ]}

หลังคาโลหะสามารถประกอบด้วยวัสดุรีไซเคิลในปริมาณสูงและสามารถรีไซเคิลได้ 100% ^{[ 11 ]}มันไม่ร้อนเท่าแอสฟัลต์ซึ่งเป็นวัสดุมุงหลังคาทั่วไป และมันสะท้อนความร้อนออกจากอาคารด้านล่างในฤดูร้อน ในระดับที่ใหญ่ขึ้น การใช้หลังคาโลหะช่วยลด ปรากฏการณ์ เกาะความร้อนในเมืองเมื่อเทียบกับแอสฟัลต์ เมื่อรวมกับความสามารถในการเป็นฉนวนที่ดีกว่า หลังคาโลหะไม่เพียงแต่ช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้ถึง 40% ในฤดูร้อน แต่ยังช่วยลดค่าใช้จ่ายด้านพลังงานได้ถึง 15% ในฤดูหนาว ตามการศึกษาในปี 2008 โดยห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์การค้นพบนี้อิงจากการใช้ระบบสายรัดขนาด 4 นิ้ว (100 มม.) ระหว่างไม้อัดและโลหะ "สีเย็น" ด้านบน^{[ 12 ]}ซึ่งให้ช่องว่างอากาศระหว่างแผ่นไม้อัดหลังคาและโลหะ โลหะสีเย็นเป็นสีอ่อนสะท้อนแสง เช่น สีขาว การศึกษายังกล่าวต่อไปว่า การปิดผนึกและฉนวนท่ออากาศในห้องใต้หลังคาจะช่วยประหยัดเงินได้มากขึ้น^{[ 13 ]}

หลังคาโลหะยังมีน้ำหนักเบา สร้างความเครียดน้อยต่อโครงสร้างรองรับหลังคา และสามารถติดตั้งบนหลังคาที่มีอยู่แล้วได้ หลังคาที่มีน้ำหนักเบามีประโยชน์มากสำหรับอาคารขนาดใหญ่หรืออาคารเก่า เนื่องจากช่วยรักษาความสมบูรณ์ของโครงสร้างโดยรวมของอาคาร^{[ 14 ]}แม้จะมีน้ำหนักเบา แต่หลังคาโลหะก็ให้ความต้านทานลมที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับวัสดุมุงหลังคาอื่นๆ เนื่องจากระบบหลังคาโลหะใช้แผ่นที่เชื่อมต่อกัน แผ่นหลังคาโลหะยังทนต่อการโจมตีของศัตรูพืชและแมลงทุกชนิดอีกด้วย^{[ 15 ]}

หลังคาโลหะบางครั้งทำจาก เหล็ก ชุบ สังกะสีลูกฟูก : แผ่นเหล็กดัดเคลือบด้วยสังกะสีแล้วขึ้นรูปด้วยการรีดเป็นแผ่นลูกฟูกอีกวิธีหนึ่งคือการผสมสังกะสี อลูมิเนียม และ เหล็กเคลือบ ซิลิคอนผลิตภัณฑ์เหล่านี้จำหน่ายภายใต้ชื่อทางการค้าต่างๆ เช่น "ซินคาลูม" หรือ "กัลวาลูม" พื้นผิวอาจแสดงผิวสังกะสีดิบ หรืออาจใช้เป็นโลหะพื้นฐานภายใต้สีที่เคลือบจากโรงงาน

หลังคาโลหะแบบตะเข็บตั้งตรงมีจำหน่ายเป็นแผ่นที่มีความยาวสูงสุดหรือบางครั้งอาจมากกว่า 30 ฟุต (9.1 เมตร) และมีความกว้าง 12, 14, 16 หรือ 18 นิ้ว (300, 360, 410 หรือ 460 มิลลิเมตร) โดยทั่วไปตะเข็บตั้งตรงจะมีขนาด1+1/2หรือ 1​​+3/4นิ้ว ( 38หรือ 44 มม.) มีราคาสูงกว่าในตอนแรกเนื่องจากค่าติดตั้งและวัสดุ แต่มีอายุการใช้งานยาวนานกว่าหลังคาแอสฟัลต์ชิงเกิล ตลอดอายุการใช้งานอย่างน้อย 50 ปี จะมีราคาถูกกว่าหลังคาแอสฟัลต์ชิงเกิล และต้องการการบำรุงรักษาน้อยกว่าหลังคาโลหะลูกฟูกเนื่องจากมีตัวยึดที่มองเห็นได้บนหลังคาประเภทนั้น

หลังคาแบบต่อตะเข็บด้วยเครื่องจักรนั้น จะต่อตะเข็บเข้าด้วยกันโดยใช้เครื่องต่อตะเข็บหลังคาและสามารถต่อตะเข็บแบบล็อคชั้นเดียวหรือล็อคสองชั้นได้ หมายความว่าสามารถพับเข้าด้านในหนึ่งครั้งเพื่อต่อตะเข็บเข้าด้วยกัน หรือพับเข้าด้านในสองครั้งเพื่อเพิ่มการป้องกันสภาพอากาศ หลังคาประเภทนี้มีราคาแพงที่สุดในบรรดาหลังคาทั้งสามประเภท แต่ก็ทนทานต่อสภาพอากาศได้ดีที่สุด

แผ่นฉนวนตะเข็บตั้งด้านหนึ่งจะถูกล็อคด้วยตัวล็อคแบบกดเข้ากับแผ่นฉนวนตะเข็บตั้งอีกแผ่นที่ยึดติดกับหลังคา ทำให้มองไม่เห็นตัวยึดเหล่านั้น ส่วนอีกด้านหนึ่งจะยึดติดกับหลังคาด้วยสกรู และแผ่นถัดไปจะปิดบังสกรูเหล่านั้นเช่นกัน ไม่ควรขันสกรูแน่นเกินไป เพื่อให้แผ่นฉนวนสามารถขยายและหดตัวตามอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงได้ แต่ละช่องสำหรับตัวยึดจะมีพื้นที่ให้ขยับได้เล็กน้อยเพื่อรองรับการขยายตัวจากความร้อนข้อเสียของวิธีนี้คือ หัวสกรูอาจหักได้หากติดตั้งไม่ถูกต้อง หรือเกิดจากการสึกหรอเนื่องจากสภาพอากาศที่ผันผวน

หลังคาโลหะแบบล็อคด้วยคลิปโลหะที่ยึดติดกับหลังคา ช่วยให้รองรับการขยายตัวจากความร้อน ได้ มากกว่าหลังคาโลหะแบบตะเข็บตั้งที่ใช้แถบยึด ทั้งตัวยึดและคลิปจะซ่อนอยู่ใต้แผ่นหลังคาโลหะ และตัวเลือกนี้มีราคาแพงกว่าหลังคาโลหะแบบตะเข็บตั้งที่ล็อคด้วยแถบยึดเพียงเล็กน้อย

แผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางติดตั้งบนหลังคาโลหะแบบตะเข็บตั้งตรง

ด้วยประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นของเซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางการติดตั้งบนหลังคาโลหะจึงมีต้นทุนที่แข่งขันได้กับเซลล์แสงอาทิตย์แบบโมโนคริสตัลไลน์และ โพลีคริสตัลไลน์แบบดั้งเดิม แผงฟิล์มบางมีความยืดหยุ่นและวิ่งลงบน หลังคาโลหะ แบบตะเข็บตั้งตรงและยึดติดกับหลังคาโลหะด้วยกาว จึงไม่จำเป็นต้องเจาะรูเพื่อติดตั้ง สายไฟเชื่อมต่อจะวิ่งอยู่ใต้ฝาครอบสันหลังคาที่ด้านบนของหลังคา ประสิทธิภาพอยู่ในช่วง 10–18% แต่มีต้นทุนเพียงประมาณ 2.00–3.00 ดอลลาร์ต่อวัตต์ของกำลังการผลิตที่ติดตั้ง เมื่อเทียบกับโมโนคริสตัลไลน์ซึ่งมีประสิทธิภาพ 17–22% และมีต้นทุน 3.00–3.50 ดอลลาร์ต่อวัตต์ของกำลังการผลิตที่ติดตั้ง เซลล์แสงอาทิตย์แบบฟิล์มบางมีน้ำหนักเบาที่ 2.1–3.1 กก./ตร.ม. ⁽ 7–10 ออนซ์/ตร. ^ฟุต ) แผงโซลาร์เซลล์แบบฟิล์มบางมีอายุการใช้งาน 10–20 ปี^{[ 16 ]} แต่มี ROIที่เร็วกว่าแผงโซลาร์เซลล์แบบดั้งเดิม หลังคาโลหะมีอายุการใช้งาน 40–70 ปี ก่อนที่จะต้องเปลี่ยนใหม่ เมื่อเทียบกับหลังคาแผ่นยางมะตอยที่มีอายุการใช้งาน 12–20 ปี^{[ 17 ]}

หลังคา โลหะลูกฟูกเป็น แผ่นโลหะ สำเร็จรูปที่ถูกดัดและทำให้เป็นลอนเพื่อเพิ่มความแข็งแรง

หลังคาโลหะลูกฟูกมีราคาใกล้เคียงกับการติดตั้งหลังคาแผ่นยางมะตอย การติดตั้งใช้สกรูยึดผ่านโลหะเข้าไปในหลังคา ทำให้ต้องมีการบำรุงรักษามากกว่าเพื่อให้แน่ใจว่าสกรูยังคงแน่นหนา หลังคาโลหะลูกฟูกสามารถใช้งานได้นาน 30-45 ปี หากได้รับการบำรุงรักษาอย่างเหมาะสม

แผ่นกระเบื้องโลหะก็สามารถนำมาใช้ได้เช่นกัน โดยทั่วไปแล้วจะเป็นเหล็กทาสีหรือเหล็กเคลือบหินแผ่นหลังคาเหล็กเคลือบหินทำจากเหล็กเคลือบสังกะสี/อะลูมิเนียมด้วยเจลอะคริลิก หินที่ใช้มักเป็นผลิตภัณฑ์จากธรรมชาติที่มีการเคลือบเซรามิกสี เหล็กสแตนเลสเป็นอีกทางเลือกหนึ่ง โดยทั่วไปจะขึ้นรูปเป็นแผ่นตะเข็บตั้งตรงสำหรับทำหลังคา อย่างไรก็ตามก็มีแบบแผ่นกระเบื้องเดี่ยวให้เลือกใช้ด้วย โลหะอื่นๆ ที่ใช้ทำหลังคา ได้แก่ ตะกั่ว ดีบุก อะลูมิเนียม และทองแดง

ทองแดงถูกนำมาใช้ทำหลังคาเนื่องจากมีคุณสมบัติทนต่อการกัดกร่อน ทนทาน อายุการใช้งานยาวนาน บำรุงรักษาน้อย ป้องกันคลื่นความถี่วิทยุ ป้องกันฟ้าผ่า และมีประโยชน์ในด้านความยั่งยืน หลังคาทองแดงมักเป็นหนึ่งในองค์ประกอบทางสถาปัตยกรรมที่โดดเด่นที่สุดของอาคารสำคัญๆ เช่น โบสถ์ อาคารรัฐบาล และมหาวิทยาลัย^{[ 19 ]}ปัจจุบัน ทองแดงไม่เพียงแต่ถูกนำมาใช้ในระบบหลังคาเท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับแผ่นปิดรอยต่อและขอบหลังคา รางน้ำฝนและท่อระบายน้ำ โดม ยอดแหลม เพดานโค้ง และองค์ประกอบการออกแบบทางสถาปัตยกรรมอื่นๆ อีกมากมาย ที่ศูนย์ Lyle Center for Regenerative Studies ในเมืองโพโมนา รัฐแคลิฟอร์เนีย ทองแดงถูกเลือกใช้ทำหลังคาโดยยึดหลักการฟื้นฟู: หากอาคารถูกรื้อถอน ทองแดงสามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้เนื่องจากมีมูลค่าสูงในการรีไซเคิลและมีศักยภาพในการใช้งานที่หลากหลาย ชุดหลังคาทองแดงแบบมีช่องระบายอากาศที่ห้องปฏิบัติการแห่งชาติโอ๊คริดจ์ (สหรัฐอเมริกา) ช่วยลดความร้อนที่ได้รับลงอย่างมากเมื่อเทียบกับกระเบื้องเหล็กเคลือบหิน (SR246E90) หรือกระเบื้องแอสฟัลต์ (SR093E89) ส่งผลให้ค่าใช้จ่ายด้านพลังงานลดลง^{[ 20 ]}

มีการใช้สารเคลือบหลายประเภทกับแผ่นโลหะเพื่อป้องกันสนิม กันน้ำ หรือสะท้อนความร้อน สารเคลือบเหล่านี้ทำจากวัสดุหลากหลายชนิด เช่น อีพ็อกซีและเซรามิก

สามารถเคลือบเซรามิกบนวัสดุหลังคาโลหะเพื่อเพิ่มคุณสมบัติสะท้อนความร้อนได้ โดยทั่วไปแล้ว การเคลือบเซรามิกจะทำจากสีธรรมดาผสมเม็ดเซรามิกเป็นสารเติมแต่ง

บางครั้งมีการเคลือบผิวทองแดง^{[ 21 ] [ 22 ]}การเคลือบใสช่วยรักษาสีธรรมชาติ ความอบอุ่น และโทนสีโลหะของโลหะผสมทองแดง น้ำมันช่วยป้องกันความชื้นจากหลังคาและแผ่นปิดรอยต่อทองแดง และในขณะเดียวกันก็ช่วยเพิ่มความสวยงามด้วยการทำให้สีดูเงางามและลึกขึ้น น้ำมันที่นิยมใช้มากที่สุด ได้แก่ น้ำมันมะนาว (เช่นUSP ) น้ำมันตะไคร้ (เช่น East Indian) น้ำมันพาราฟินน้ำมันลินซีดและน้ำมันละหุ่งการทาซ้ำบนหลังคาหรือแผ่นปิดรอยต่อทองแดงทุกๆ สามปีสามารถชะลอการเกิดคราบสนิมได้อย่างมีประสิทธิภาพ ในสภาพอากาศแห้งแล้งระยะเวลาสูงสุดระหว่างการทาน้ำมันอาจขยายได้ถึงห้าปี การเคลือบสีทึบแสงส่วนใหญ่จะใช้กับทองแดงเมื่อต้องการความสมบูรณ์และความทนทานของพื้นผิว แต่ต้องการสีเฉพาะที่แตกต่างจากสีทองแดงตามธรรมชาติ^{[ 23 ]}หลังคาที่คลุมด้วยแผ่นตะกั่วในปัจจุบันไม่ถือว่าเป็นหลังคาโลหะ แต่เนื่องจากตะกั่วมีการยึดเกาะทางโลหะวิทยา การเคลือบตะกั่วบางๆ บนทองแดงจึงมีอายุการใช้งานยาวนานมาก ทองแดงเคลือบตะกั่วสามารถใช้ได้เมื่อต้องการให้เห็นตะกั่วที่โผล่ออกมา หรือในกรณีที่น้ำที่ปนเปื้อนทองแดงจากโลหะผสมทองแดงเปลือยจะทำให้วัสดุก่อสร้างสีอ่อน เช่นหินอ่อน หินปูน ปูนฉาบ ปูนฉาบหรือคอนกรีตเปื้อนได้[ 24 ] ^{การเคลือบสังกะสี} -ดีบุกเป็นทางเลือกแทนการเคลือบตะกั่ว เนื่องจากมีลักษณะและคุณสมบัติการใช้งานใกล้เคียงกัน^{[ 25 ] [ 26 ]}