鋼結構技術論文
中國建筑金屬結構協(xié)會
建筑鋼結構分會主辦
摘 要 東莞籃球中心馬鞍形屋蓋鋼結構為車輻式結構，大屋蓋直徑約為160m，小屋蓋為支撐于大屋蓋內環(huán)上的圓形平屋蓋，外沿直徑為42m，呈馬鞍形外環(huán)的異形空間曲面，施工技術復雜。屋面三維空間定位放線繁雜，屋面變形控制要求高。本文介紹了合金板金屬屋面各構造層施工技術，針對工程難點采取一系列措施，提出該類型屋面的施工解決方案并取得良好的效果。
關鍵詞 鋁鎂錳金屬屋面板；自鎖式；馬鞍形；施工方案
1 工程概況
東莞籃球中心主要用于中國CBA（NBA中國）籃球賽，也可為其他室內體育比賽提供場所，屬于特大型綜合性體育館。工程總建筑面積為62980平方米，其中地上建筑面積58040平方米，地下建筑面積4940平方米，房屋建筑高度（屋頂最高點）36.5米。鋼結構屋蓋采用的是車輻式結構，大屋蓋直徑約為160m，小屋蓋為支撐于大屋蓋直徑30m內環(huán)上的圓形平屋蓋，外沿直徑為42m，呈馬鞍形外環(huán)的異形空間曲面，效果圖見圖1。
圖1 工程主體結構效果圖
2 金屬屋面系統(tǒng)結構
金屬屋面工程屋面面積約20000m2，包括吊頂板、底板層、防火隔聲層、防潮隔汽層、保溫層、屋面板等及其連接、固定結構組成。如下示本工程金屬屋面系統(tǒng)構造示意圖2。
圖2 金屬屋面系統(tǒng)軸側圖
3 金屬屋面施工技術難點及對策
3.1 短板的設計施工
屋面板采用0.9mm，500mm寬，65mm高鋁鎂錳合金板。大圓部分被28條天溝分割成28塊獨立的屋面，理論呈1/4對稱，每塊屋面又呈三維的梯形，梯形上底長約3000mm，下底約16000mm，屋面排布沿環(huán)向布置，所以板長從3000mm到16000mm不等，小圓部分半徑21000mm左右，面板順著直徑方向布置，所以板最長也約21000mm。數(shù)量巨大的短板是本工程的一個特點，節(jié)省面板的用量并且符合設計要求是本工程的一個重點和難點。
施工生產單位引進成套數(shù)控生產設備現(xiàn)場加工屋面板，現(xiàn)場先測量再壓制。先根據(jù)理論圖紙設計出1/4區(qū)域面板的排板圖，排布圖面板編號，再根據(jù)圖紙現(xiàn)場測量復核，測量區(qū)域為整個金屬屋面，因為根據(jù)本工程呈馬鞍形外環(huán)的異形空間曲面的特點，每個區(qū)域的實際尺寸都有可能發(fā)生變化。每塊板生產出來都根據(jù)設計圖編號，施工過程中按號安裝。
并且在安裝過程中若發(fā)現(xiàn)該編號的板根據(jù)圖紙在相應位置出現(xiàn)短的情況，將該板調往短一號的位置安裝，用備用板安裝。
3.2 大面積異形空間曲面三維空間定位放線
本工程另一特點是金屬屋面系統(tǒng)無過渡調節(jié)檁條，直接在鋼結構方通檁條上安裝76mm高壓型鋼底板，空間曲面造型的控制不可能通過傳統(tǒng)的調節(jié)檁條的方法來實現(xiàn)。
根據(jù)此特點，采用在壓型鋼板上安裝幾字襯檁的方法實現(xiàn)，從控制襯檁的高度入手控制屋面三維空間定位。安排專業(yè)測量工程師使用全站儀測量出每個區(qū)域控制點的實際坐標值，利用計算機輔助整理出每個節(jié)點數(shù)據(jù)，從而設計出襯檁的高度。
安裝襯檁時，使用全站儀在每個控制點上調整、控制整體坐標，準確定位，確保整個雙曲面屋面形狀完全符合設計要求。
3.3 各系統(tǒng)交接處節(jié)點構造與防滲漏處理
鋁合金屋面板鋪設及其自身接縫咬合、防水透氣膜施工均為特殊過程，屋面板又與天溝、虹吸排水、檐口鋁板等多個系統(tǒng)相互交叉。在設計階段細化優(yōu)化，做好節(jié)點構造( 包括系統(tǒng)交接點、檐口等部分) 深化設計工作;對各類構件統(tǒng)計歸納，最大限度實現(xiàn)節(jié)點標準化加工和安裝;選用符合國家產品標準的防水透氣膜；施工中從人、機、料、法、環(huán)境等方面加強過程控制；嚴格執(zhí)行“樣板引路”、“三檢制度”；采用科學合理的施工流程與工藝，合理安排施工順序。
節(jié)點構造及細部處理主要措施:金屬屋面伸入天溝≥120mm;在屋面板下口端部設通長鋁合金滴水片，將與屋面板形一致的泡沫密封條固定在屋面板與滴水片之間，防止風吹雨水侵入。
屋面板溫度變形的處理對策:鋁合金屋面板采用直立鎖邊固定方式，鋁合金T型碼支座僅限制屋面板在寬度和上下方向的移動，并不限制沿板長方向的自由度。因此，屋面板在溫度變化時能夠在固定支座上自由伸縮滑動，不產生溫度應力；寬度方向有壓型凸棱，亦不產生溫度應力。
4 金屬屋面施工工藝
4.1 安全設施搭設
在鋼結構桁架上弦的上表面搭設人行上下通道、高空物料運輸通道、施工平臺并配置安全網、鋼絲繩等形成一個高空施工安全防護體系。
4.2 測量放線
測量放線工具有全站儀、水平儀、經緯儀等；涉及到的工序有檐口龍骨、天溝龍骨、襯檁和屋面板T型支座安裝等。對鋼結構桁架的坐標位置復測；利用計算機三維建模，精確控制屋面板固定座點坐標。根據(jù)板材安裝排板圖進行襯檁、屋面底板、屋面板固定座的控線測量。對構造節(jié)點( 如天溝標高、中心位置線，屋面與幕墻連接位置、天溝邊線、檐口收邊板) 控制線測量定位。
本屋面工程造型復雜，所以準確測量、放線是所有工序正確施工的基礎，是施工中重要的質量控制之一。施工測量的主要內容為：屋面測量控制網的測設，天溝安裝、襯檁安裝、屋面板支座安裝、檐口鋁板定位測量放線等，測量儀器見圖3。
在施工中將依據(jù)鋼結構的測量控制點，采用全站儀進行精確測量、定位。
圖3 全站儀
測量結果應按照專業(yè)流程進行整理、分析，以便對現(xiàn)場施工進行指導。
對于復測結果發(fā)現(xiàn)有超過標準允許誤差的部位，應在各方共同協(xié)調確定調整方案后進行處理，以保證屋面板安裝曲線光滑流暢。
4.3 壓型鋼底板安裝
金屬屋面系統(tǒng)壓型支撐結構選用0.75~1.5mm厚高強高鍍鋅壓型鋼板，根據(jù)設計不同跨度和不同區(qū)域風壓值采用不同的厚度，板型為76/915 型。
壓型鋼板采用為雙跨或三跨，以減小跨中撓度，最長板長約為14m。安裝時用特殊自攻螺釘固定在鋼結構鋼檁條上，定位好以后再通過射釘加強壓型鋼板與鋼結構檁條的連接，每個波谷至少一顆射釘。為加強板與板之間的整體受力性能，沿板長方向間距300mm左右打一顆鎖邊釘，安裝完成以后壓型鋼板成為一個整體。相鄰板塊間，搭接長度≥100mm。壓型鋼板板型圖見圖4。
圖4壓型鋼板板型圖
4.4 硅酸鈣板隔聲層與防水透氣膜安裝
防火隔聲層為10mm厚的硅酸鈣板，平鋪于底板之上。硅酸鈣板板鋪設應平整，鋪設方向沿垂直于底板長邊方向，拼裝嚴密。鋪設完硅酸鈣板接著在其上面鋪設防水透氣膜，透汽層之間，搭接寬度不小于50mm，相鄰透氣膜搭接寬度不小于80mm，并用雙面膠帶連接在一起，形成一個密封層面，見圖5。
圖5 硅酸鈣板安裝示意圖
4.5 幾字形襯檁安裝
屋面幾形襯檁采用2.0mm厚鍍鋅鋼板，材質Q235B，鋅層厚度≥80μm。幾字形襯檁用自攻釘固定在壓型鋼板上，其作用有二：其一是安裝屋面板鋁合金T型碼支座；另一個作用是通過不同幾字型襯檁的高度控制屋面的曲面造型，見圖6。
圖6 硅酸鈣板安裝
4.6 XPS擠塑板保溫層安裝
保溫層選用2X50mm厚優(yōu)質XPS擠塑板，防火燃燒性能B1級，容重28~36Kg/m3，強度250～280KPa,導熱系數(shù)不大于0.03W/m.k。XP擠塑板應緊貼基層鋪設，鋪平墊穩(wěn)，找坡正確，保溫材料上下層應錯縫并嵌填密實。
4.7 屋面板T型碼支座安裝
160mm高鋁合金T型碼固定支座縱向間距為壓型鋼板的3個波距即1.22m，T型碼將屋面荷載傳遞到襯檁。T碼安裝前需放線，以控制安裝精度，T型碼安裝精度見圖7.安裝鋁合金支座時，應先安裝支座下方的隔熱墊，
圖7 T碼支座安裝精度
4.8 屋面板安裝
屋面板鋪設于T 型碼支座上，位置調整好后，先在板端用手動咬邊機咬合，再將專用電動咬邊機放在兩塊屋面板的肋邊接縫處進行咬邊。
5 結語
東莞籃球中心工程金屬屋面已完工。以PVDF氟碳涂層鋁鎂錳合金板為主的金屬屋面構造用于異形空間曲面屋面工程，構造嚴密，防水效果好，推廣應用價值高。
參 考 文 獻
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作者簡介：何輝（1981 -）男，本科學歷，中建鋼構有限公司工程師
何 輝，朱繼華:中建鋼構有限公司，深圳 518040；
嵇康東，楊文軍 中國建筑第八工程局有限公司廣州分公司，廣州 510665
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