上海精锐金属建筑系统有限公司 201199
摘要：本文结合兰州奥体中心项目工程实例，首先分析了金属屋面施工的重点、难点，并对主要檩条安装、屋面底板、TPO防水卷材铺设、铝镁锰屋面板、天沟安装等进行探讨，完工后屋面不仅具有很高的视觉质量，而且还充分体现了设计理念，可供类似工施工提供参考。
关键词：兰州奥体中心；金属屋面；檩条；铝镁锰板；施工技术
1项目概况
兰州奥体中心项目位于甘肃省兰州市七里河区崔家大滩片区，南滨河西路以南、T092号规划路以东、S096号规划路以西，总用地面积约773.98亩，总建筑面积45万㎡。体育场建筑总建筑面积80400㎡，建筑用地面积38200㎡，地上建筑2~6层，建筑高度为65㎡，主体结构形式为混凝土框架+少量剪力墙+支撑+落地交叉空间悬挑桁架+单层网壳结构体系。罩棚钢结构平面为环形，外环为直径294m的圆形，内环为长轴202m、短轴150m的椭圆，罩棚宽度从低区46.2m逐渐过渡到高区71.6m，顶部罩棚向内悬挑30.4m~44.5m。体育场金属屋面平面投影为环状，屋面直径约为296m，内环为长轴192m、短轴140m的椭圆，屋面最宽处约为78m，最窄处约为52m。屋面最大高度62.194m，檐口标高从34m至49m不等。
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图1 体育场效果图
2施工的重点、难点分析
2.1体量大、工期紧，施工工期的保证
本工程体育场屋面体量大，屋面施工范围包含了金属屋面系统、天沟系统、生命线系统等多个系统。屋面构造层次多，屋面现场安装工期要求在122个日历天完成。工期紧、面积大，因此如何在如此短的时间内完成屋面是需要考虑的重点。
2.2金属屋面“玫瑰花”造型的实现
本工程体育场屋盖采用悬挑桁架+单层网壳结构体系，屋面型似花瓣，建筑造型为双曲异型，造型控制难度大。屋面施工精度受限于钢结构安装和沉降误差，对屋面材料设计、加工、现场定位及安装要求极高。体育场立面处屋面板均为弯弧板，对屋面板板块设计、加工、现场定位及安装要求极高。建筑造型整体平滑、顺滑度控制难度大，而且屋面上有金属屋面系统、天沟系统、生命线系统等，多专业、多界面进行交叉作业，节点构造复杂、外观定位难度大。屋面工程如何根据钢结构、幕墙等各专业间交叉实施方案，制定可行性、经济性、便捷性、科学性的实施方案，将对最终施工质量和工程进度造成影响。
2.3金属屋面系统的抗风性能保障
本工程为高大公共建筑，地处空旷区域，造型特殊，建筑标高相对较高，局部区域的风荷载情况复杂，屋面拱起区域周边为风荷载集中区域。受建筑造型影响，屋面天沟分布较为复杂、数量较多，而且屋面板应用斜切的方式，使得天沟与屋面板衔接位置的抗风性能较为薄弱，容易遭受强风的破坏。如何保证屋面系统局部风载较大区域的抗风性能是本工程的重点难点。
2.4金属屋面系统的防水性能保证
本工程屋面面积体量较大，建筑标高相对较高屋面构造层次多，屋面与天沟处收口等部位的链接区域易形成渗漏，且体育场屋面支座自攻螺钉穿透TPO防水卷材而且数量之大，因此如何保证屋面的防水性能的问题是本工程的重点难点。天沟数量多，排布复杂，每个点的排水坡度值均不一致，天沟的标高呈现高低不一。高处雨水集中流向低处，如何保证排水的顺畅性为本工程屋面防水重点难点。
2.5金属屋面天沟处抗风及防水性能保障
本项目屋面构造相对复杂，“花瓣”式造型，凸起式屋面，造成屋面排水路径相对复杂，十字交叉式天沟基本覆盖每个单元。屋面板和天沟的位置关系复杂，在不同位置处于不同状态，随位置不断变化。在屋面凸起位置两侧，天沟基本与屋面板处于平行状态，其他位置斜交，内天沟位置也有垂直状态。屋面板基本斜向天沟屋面板板端基本都要进行斜切处理，削弱屋面板端部的抗风。加强薄弱位置的风成为本项目的重点难点。
3金属屋面安装施工技术
3.1檩条安装
本工程主檩条采用120*80*3.2氟碳喷涂方管，间隔1200mm，钢檩条与连接件的连接方式主要采用螺栓固定。次檩条采用70*50*3mm方管，氟碳喷涂处理，间隔1000mm，次檩条与连接件的连接方式主要采用螺栓固定。
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图2 檩条连接示意
钢檩条在完成吊装之后，在其中穿入螺栓便于与连接件连接，初期不拧紧，在检查相邻檩条顶面高差，保证其处于2mm之内后对螺栓进行紧固，如果发现钢檩条不平整，可对垫板做出调整，在满足高差要求后再进行紧固。
3.2檩条标高的调整
钢檩条的高差调整，可以通过在连接件上开椭圆孔来调节。钢结构的偏差测量在钢结构施工时及时插入测量工作，保证连接件加工的及时性及施工工期。根据上述檩条测量方法及时进行测量数据的汇总及连接件的深化。
3.3屋面底板的安装
本次工程项目的屋面底板安装施工，底板选用材料为0.8mm厚穿孔压型钢板，底板与檩条之间的连接应用自攻钉完成，要求在每个波谷位置打入一颗，整体穿孔率达到23%以上，底板与底板之间采用顺坡搭接。底板在屋面檩条完成后以主结构和檩条为工作面依次向前施工，底板安装依据屋面檩条安装间隔，通过排板设计，划分成一块块独立的施工区域进行施工。底板安装从檐口边线处开始，采取按顺时针方向依次铺设。安装时，以檐口处骨架为基准线，以确定底板的安装轴线。部分底板位于屋面钢檩条下部，室内没有可供施工人员站立的施工作业面。针对本工程我司计划施工时采用搭设挂笼平台来完成底板安装施工。
在针对底板进行安装之前，先应当完成定位板边线的放线工作，然后根据放线进行定位板安装。在完成定位板安装之后，依照次序进行底板安装，每安装10排底板进行一次底板尺寸复核，避免在安装过程中因为累积形成较大的误差。为保证施工人员的作业安全，保证压型板表面清洁干燥，在进行安装施工时应佩戴手套进行搬运，同时在搬运的过程中应严禁在方通上拖拉，在搬运其它材料或物品时也不能直接进行拖拉。此外，在进行底板安装之前，采用全站仪针对安装完成的檩条进行测量放线，划出第一列板的安装基准线，然后将此作为依据测放出底板的整个安装测控网。
在完成测控网的测设工作之后，然后以安装位置线为准，对每块板进行安装，将板宽作为安装的间距，完成后续板的安装位置线标画。在对第一块压型板进行固定之后，然后于板端与板顶处均拉出一根准线，借助这两根准线有助于快速固定压型板。在进行一段区域的安装固定施工之后，应对之做定段检查，对已经完成固定的压型板宽度做出测量，分别在顶部和底部各测量1次，避免出现安装固定出现移动和扇形的情况。
应用自攻钉将钢底板固定到檩条之上。自攻钉应用在波谷处，横向保持一波的间距；在进行钢底板安装时按照从低到高的顺序，以高处搭接低处进行安装。在安装到下一放线标记处时，对已完成安装钢底板尺寸进行复查，在确定偏差满足设计要求后，才能进行全面的紧固。如果复查不满足要求，应对之做出调整，在调整达到要求后才能进行全面紧固。且在安装完成后应及时检查是否存在紧固点遗漏，同时针对边角位置应用保温材料塞填。
3.4中间构造层材料铺设
本工程无纺布、玻璃丝棉、镀锌钢板、防水隔汽膜等材料均在底板安装完成后开始铺设。无纺布、防水隔汽膜为卷状，在进行铺贴的时候，按照从下到上的顺序进行，顺水流方向进行搭接，搭接的宽度应在100mm以上，搭接缝应使用丁基胶带密封处理。
玻璃丝棉铺设在穿孔底板上部，下部铺设无纺布，玻璃丝棉的铺设应与防水隔汽膜安装同步进行。平钢板铺设于玻璃丝棉上部，采用紧固螺钉与次檩条进行连接固定，其固定钉的数量不低于2个，固定时严格根据设计排版分布，以保证紧固螺钉都打在底板波峰上。安装后的平钢板不得在上面堆放重物，施工人员禁止直接在其上部行走。
3.5 TPO防水卷材铺设
本工程备用防水卷材采用1.5mm厚的TPO防水卷材，防水卷材的铺设方向同屋面底板垂直。按照预先布置图准确放线，并且将防水卷材预先铺设，需按照排水坡度进行顺坡错缝搭接铺设，采用专用固定件进行机械固定，固定件间距按屋面抗风计算后确定。焊接应当在5℃以上的环境中进行，且保证搭接位置干燥、干净。搭接边应用自动焊机进行处理。
卷材在铺贴时，纵向的搭接宽度控制为80mm，卷材边缘38mm应用热风进行焊接，依次完成每个搭接边的焊接操作，横向的搭接宽度控制为120mm。在进行搭接焊接施工的过程中，要求TPO卷材保持平整，不能折皱；在应用自动焊机进行焊接时，有效焊接宽度应控制在35-40mm。且将自动焊机的压力控制在500～550N之间，焊接速度控制在每分钟1.5-2m范围内，温度控制在500-550℃之间，其它情况应根据现场的温湿度环境等做出决定。
在铺贴卷材的过程中，应注意控制铺贴的方向，应当与压型钢板长边相垂直，与屋脊相平行的搭接缝，应注意沿流水的方向搭接；与屋脊相互垂直的搭接缝，应观察区域风向情况，沿最大频率风向进行搭接。在施工前应做好放样工作，通过此尽量降低搭接的数量，且注意接头之间的距离控制在30cm以上，同时设置的搭接缝应满足规范要求。焊接面卷材应保持干净整洁，表面无明显油污或异物，铺贴完成的卷材应在当天完成焊接操作。每天施工后留下的接口应做专门的保护处理，避免接口被淋雨或异物腐蚀。
3.6固定支座的安装
针对屋面板支座，在进行安装的过程中应注意控制安装流程，使安装质量可靠。在进行屋面板安装施工之后，受热障冷缩因素影响，可能造成屋面板滑移的情况出现，如果支座安装出现质量问题，将可能使得屋面板滑移时出现屋面板损坏。因此，在安装支座时，应严格按照要求进行，先对支座下方的隔热垫进行安装，然后进行支座安装，在安装支座时应用自攻螺钉以对称的方式进行安装。首先将其中一颗打入后，对支座做适当的调整，避免出现过大的偏差。在调整完成后再进行另一颗自攻螺钉的固定。安装好后，应控制好螺钉的紧固程度，避免出现沉钉或浮钉。
3.7铝镁锰屋面板的安装
3.7.1放线
关于屋面板安装，为有效控制其平面，主要需控制支座的固定安装，降低支座安装偏差，在检查合格后设置板端定位线，通常通过屋面板伸出排水沟边沿的长度来设置控制线，所设置长度一般应比设计值略大，以便后期进行修剪处理。
3.7.2就位
在施工安装时，首先将板抬放到安装的位置处，然后以控制线为准进行安装，在进行搭接时应用力压入前一块屋面板的搭接边内，并检查搭接是否紧密。
3.7.3咬合
在对屋面板位置调整到位之后，应在当天对已安装完成屋面板做要咬边处理，避免屋面板出现被风吹坏的情况。在进行咬边时应保持平整性、连续性，避免咬边位置出现裂口或过度扭曲的情况。
3.8天沟系统安装
本工程屋面设置多道天沟，天沟板采用2mm厚不锈钢板（304），并满铺设1.5mm厚TPO防水卷材与屋面的防水层形成完整的防水（排水）体系。每段天沟都应当在最低点的位置处设置溢流槽，并在上方应用铝单板进行覆盖，形成暗敷效果。天沟在设置时应用分段设置方式，每段长度控制在30m以内，各段设置多套虹吸排水系统，以提升暴雨排水量；同时在每段天沟连接部位处设置伸缩缝，宽度控制为75mm，以避免伸缩变形引起不良。
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天沟暗敷式效果
图3 天沟防水措施
3.9生命线系统安装
本工程生命线系统安装位置在屋面内圈天沟内侧、外圈天沟内侧以及屋面环向连接位置。生命线系统安装在50*50*4钢方管组成的屋面板转换系统上部，转换系统安装间距小于5m。转换系统通过肋顶夹安装在直立锁边屋面板上部。生命线系统主要构造：屋面板夹具、屋面板转换系统、φ8不锈钢绞绳。
4结语
通过实际检验和研究分析，采用铝镁锰合金板屋面体系建造的建筑屋面可以减少近一半的屋面荷载，工程机械成本的成本相对较高，但所需人工成本、材料成本相对较低。施工周期较短，整体效果美观。从综合经济和社会效益分析来看，铝镁锰合金板屋面体系的施工方法值得推广。
参考文献：
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