鋁鎂錳直立縫鎖邊板在某大型體育場金屬屋面上的應(yīng)用

李蕾 解雨生

1 北京外企人力資源服務(wù)青島有限公司（266000） 2 中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司（266071）

鋁鎂錳直立縫鎖邊板在某大型體育場金屬屋面上的應(yīng)用

李蕾1解雨生2

1 北京外企人力資源服務(wù)青島有限公司（266000） 2 中國石油工程建設(shè)公司華東設(shè)計分公司（266071）

以某大型體育場金屬屋面的實際工程為例，介紹鋁鎂錳合金直立鎖邊板金屬屋面的基本概念、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造設(shè)計原理、節(jié)點的設(shè)計思路，針對在異型屋面設(shè)計中碰到的難點，從屋面最外面的裝飾面板到最里層壓型鋼板的設(shè)計做一介紹。

鋁鎂錳板；直立鎖縫；異型金屬屋面；雙曲

現(xiàn)有建筑造型已經(jīng)呈現(xiàn)多元化的發(fā)展方向，建筑師不再滿足于設(shè)計中規(guī)中矩的建筑形式，許多極富視覺沖擊力的建筑越來越多的呈現(xiàn)在我們面前。如何實現(xiàn)建筑創(chuàng)意，甚至如何將建筑的語言表達(dá)地更加透徹，已經(jīng)是許多設(shè)計院及建筑公司必須面臨的問題。

曲面建筑，特別是雙曲面的建筑造型越來越多的應(yīng)用在許多國內(nèi)外建筑造型中。以往只是作為建筑造型中的個別單體，現(xiàn)在已經(jīng)大范圍的應(yīng)用到整個建筑造型中。

1 工程概況

1.1 工程簡介

此大型體育場為乙級大型建筑，主體高度約48.13 m，建筑面積約41 075 m2，總座位約3萬個。

圖1 大型體育場

1.2 工程特點及難點

由“圖1”可見，此大型體育場的金屬維護(hù)系統(tǒng)的造型由59個雙曲小單體組成，豐富的層次感好像云岡石窟的格局和韻律。如何使這59個不規(guī)則的雙曲小單體金屬屋面系統(tǒng)在達(dá)到其建筑的外立面效果的同時，保證其防水、保溫等功能性，便是我們對于整個鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板屋面系統(tǒng)的要求。

2 屋面系統(tǒng)設(shè)計

2.1 屋面構(gòu)造層次

1）裝飾層:3 mm厚鋁單板裝飾層。

此體育場金屬屋面外表面光滑平整，且?guī)в幸欢ǖ膹澢《?。為了達(dá)到設(shè)計的外立面效果，此層采用3 mm厚鋁單板，氟碳噴涂。此層鋁單板僅當(dāng)做裝飾層，不具備防水效果。

2）防水功能層:0.9 mm厚鋁鎂錳合金直立鎖邊板。

防水是屋面系統(tǒng)最基本也是最重要的功能，它的好壞直接影響著工程的形象和聲譽。正因如此屋面系統(tǒng)的防水性能是金屬屋面最為值得關(guān)注的方面。

根據(jù)本工程的特點，我們在屋面外層壓型金屬板，選用鋁鎂錳合金直立鎖邊板，這種板型主要特點是:①通過特制的鋁合金支座同屋面檁條相連接，采用先進(jìn)的直立鎖邊安裝方式,屋面無螺釘穿透，確保極佳的水密性能。②固定座與屋面板間可相對滑動，形成“浮動”型屋面系統(tǒng)，滿足大跨度屋面對熱脹冷縮的要求。③壓型設(shè)備集裝箱化，根據(jù)項目需求可提供現(xiàn)場壓型，以滿足單坡用板通長不搭接的要求。同時，可以提供扇形板、弧形板，以滿足建筑造型，見圖2。

圖2 建筑造型

考慮到當(dāng)?shù)仫L(fēng)壓荷載條件以及屋面外板的抗腐蝕性能，本項目選用0.9 mm厚采用PVDF(氟碳涂層)的鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板。同時，通過轉(zhuǎn)接夾具及龍骨，在不穿透屋面外板的前提下，可以承受屋面外層鋁單板所帶來的荷載。

a）保溫層:50 mm厚32 kg/m3的玻璃絲棉保溫層。通過熱工計算，此項目需要50 mm厚32 kg/m3的玻璃絲棉，玻璃棉帶單層鋁箔（鋁箔朝下），可有效防止玻璃絲棉脫落。

b）玻璃絲棉支托層:50 mm×1.5 mm×1.5 mm鍍鋅鋼絲網(wǎng)。本層選用1.5 mm絲徑，50 mm×50 mm孔徑的鍍鋅鋼絲網(wǎng)，功能是防止長時間重力作用下，玻璃絲棉保溫層產(chǎn)生的垂落現(xiàn)象。

c）結(jié)構(gòu)層:主次檁條。主次檁條的規(guī)格，需依據(jù)結(jié)構(gòu)計算確定，同時，通過不同尺寸的檁托板調(diào)節(jié)屋面高度，以達(dá)到實現(xiàn)屋面曲線的目的。

d）吸音層:0.47 mm鍍鋁鋅穿孔壓型鋼板。整個項目有一定的吸聲要求，因此要求底層封閉鋼板具有一定的透聲性能。因此選用穿孔率為25%的鍍鋁鋅壓型鋼板。

2.2 屋面系統(tǒng)設(shè)計

本工程屋面外形是一個具有豐富層次感的不規(guī)則造型，這就給金屬屋面板的排版設(shè)計工作增添了很大的難度。金屬屋面板的排板設(shè)計是否可行，屋面板對曲面的順滑覆蓋是保證屋面板能自由伸縮及防水的關(guān)鍵，因而分析屋面板鋪設(shè)在曲面上的效果，并根據(jù)分析結(jié)果制定相應(yīng)的排板方案決定著整個屋面工程的成敗。為了確保其使用功能必須對不規(guī)則的外形進(jìn)行詳細(xì)的分析，這樣才能完成合理的排版設(shè)計。

根據(jù)建筑圖紙,將整個項目劃分為59個雙曲小單體，小單體之間由天溝來分界。截取每個小單體建立精確的三維模型，來分析具體的排板方案及檁條布置方案。

2.2.1 屋面上下層檁條布置

1）屋面上層檁條

根據(jù)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)圖以及屋面曲率，建出上層檁條頂標(biāo)高的三維模型以及主結(jié)構(gòu)頂標(biāo)高的三維模型。上層檁條布置圖見圖3。

主結(jié)構(gòu)鋼梁為工字型鋼，無法彎弧，而整個屋面是雙曲的，那么我們就需要通過檁托板來調(diào)節(jié)檁條的標(biāo)高。

a）當(dāng)主結(jié)構(gòu)鋼梁與屋面間隙≤450 mm時,使用方管立柱調(diào)節(jié)屋面高度?，F(xiàn)場根據(jù)實際情況，現(xiàn)用螺栓臨時定位，一旦最終確定高度，即將檁托板與方管立柱焊死。

b）當(dāng)主結(jié)構(gòu)鋼梁與屋面間隙≥450 mm時,使用在方管立柱下加一道圓管支撐。此做法的好處是可調(diào)節(jié)高度更充裕。

圖3 檁條布置圖

圖4 合成形

2）屋面下層檁條

由于屋面底襯穿孔吸音板無需承擔(dān)防水要求，且不需要彎弧處理。因此固定屋面底襯板的下層檁條則無需調(diào)節(jié)高度，按照通常做法與主結(jié)構(gòu)鋼梁相連接即可。

2.2.2 屋面鋁鎂錳合金直立縫鎖邊外板布置

根據(jù)現(xiàn)有的屋面上層檁條模型，結(jié)合固定座高度，建立屋面外板三維模型。根據(jù)三維模型中所顯示出的坡度走勢等因素,使之自然形成6個分區(qū)。每個分區(qū)中的板型都是根據(jù)所在位置的不同而產(chǎn)生變化的。有的分區(qū)全部都由扇形彎弧板組成,有的分區(qū)是由扇形彎弧板與弧形板組合而成，有的分區(qū)是由扇板、弧板、直板相互組合成形的。見圖4。

2.2.3 屋面穿孔吸音底襯板布置

相對屋面外板而言，屋面底襯板沒有防水、彎弧等功能性上的要求，因此使用直板即可。因此，可根據(jù)屋面下層檁條布置圖直接做出屋面底襯板三維模型。

2.3 屋面細(xì)部節(jié)點做法

此項目外形復(fù)雜，高低起伏曲面轉(zhuǎn)角多，建筑外形要求過度順滑，因此在細(xì)部節(jié)點構(gòu)造方面要求頗高。

2.3.1 屋脊節(jié)點

此項目在視覺上無明確的屋脊線。但是由于功能的要求,在相鄰的兩個區(qū)域中的排水走向不一致，每一塊金屬面板的伸縮變形方向不一致。所以，必須在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置屋脊。用它來作為屋面排水方向的分界和金屬面板的可變形伸縮端。

2.3.2 天溝節(jié)點

天溝板使用2 mm不銹鋼，采用氬弧焊接，通過50 mm×4 mm的方管與主結(jié)構(gòu)鋼梁相連接，屋面外板深入天溝內(nèi)100 mm,下置防水堵頭以防止天溝水倒流。

3 結(jié)語

此項目的金屬屋面施工至現(xiàn)在為止已經(jīng)基本竣工成形，施工現(xiàn)場正在進(jìn)行工程的收邊、收尾工作。在這個項目施工圖設(shè)計和現(xiàn)場施工過程中，我們遇到很多新的難點和新問題,通過分析研究，問題都得到了順利地解決。通過此次項目，鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板金屬屋面圍護(hù)系統(tǒng)證明了它的抗風(fēng)、防水、保溫等能力是可靠實用的。

[1]GB 50009-2012,建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范[S].中國建筑科學(xué)研究院(2012版),北京:中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].北京鋼鐵設(shè)計研究總院,北京:中國計劃出版社,2003.

[3]GB 50018-2002,冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范[S].中南建筑設(shè)計院,北京:中國計劃出版社,2002.