金屬屋面上的開啟式采光天窗施工技術(shù)

中鐵建工集團(tuán)有限公司西南分公司 貴陽 550002

1 工程概況

新建重慶北站位于重慶市北部新區(qū)，為貫穿龍頭寺火車站南北的城市通道和機(jī)場快軌。屋面為鋁鎂錳板金屬屋面，高架候車層上方金屬屋面采用電動開啟式采光天窗加強(qiáng)采光、通風(fēng)、排煙效果。本工程建筑面積79 945 m2，其中金屬屋面建筑面積約35 154 m2，采光天窗建筑面積8 909 m2。

整個高架候車層采光天窗共28跨，站房分為三期施工，其中一期共有11跨采光天窗，每跨間距5 600 mm左右，伸縮縫采光天窗跨度為6 600 mm，其長度為49 m。金屬屋面采用厚0.90 mm直立鎖邊65/400型鋁鎂錳金屬屋面板。采光天窗由支撐結(jié)構(gòu)、面材組件和行走機(jī)構(gòu)3大系統(tǒng)組成。其中，主支撐結(jié)構(gòu)為鋼結(jié)構(gòu)體系，由鋼方管焊接而成，次支撐結(jié)構(gòu)為鋁龍骨，作為面材的直接支撐構(gòu)件；面材為玻璃和鋁單板，玻璃為LOW-E鋼化夾膠中空玻璃，鋁單板則用于收邊收口；行走機(jī)構(gòu)又由行走部件（推拉桿）、驅(qū)動電機(jī)和控制系統(tǒng)組成，從而實現(xiàn)整個天窗的開啟和關(guān)閉。采光天窗玻璃采用（6+12A+6）mm的鋼化中空LOW-E玻璃（側(cè)面玻璃）及（8+16A+6+1.52PVB+6）mm的鋼化中空夾膠LOW-E玻璃（頂面玻璃），LOW-E膜在從室外開始第2面，夾膠玻璃在室內(nèi)側(cè)[1,2]。

2 工程特點

1）采光天窗鋼骨架采用定型化加工安裝，提高工作效率。

2）金屬屋面增加開啟式采光天窗，其交界部位處理不好會對屋面造成漏水隱患，本工法施工工藝針對此難題進(jìn)行了節(jié)點處理，解決了該難題。

3）減少照明燈具、通風(fēng)空調(diào)等設(shè)備，降低能耗，采用電動裝置，智能控制。

4）根據(jù)伸縮位移，采用滑移支座，解決伸縮變量。

3 研究操作要點

本文主要針對大型車站的鋁鎂錳板金屬屋面采光天窗施工安裝。

1）伸縮縫位置采用滑移支座，避免熱脹冷縮造成對屋面的拉裂或影響結(jié)構(gòu)受力。

2）開啟扇與金屬屋面交界部位采用披水板放坡處理，保證排水，避免積水造成的滲漏[3-5]。

3）采用電動開啟裝置，節(jié)省照明及通風(fēng)、達(dá)到排煙要求并降低能耗，能保證消防防火要求。

4）鋼結(jié)構(gòu)桁架吊裝過程中，提前根據(jù)圖紙及三維放樣圖將采光天窗的鋼骨架焊接完成，并與金屬屋面的檁條同步焊接于鋼結(jié)構(gòu)桁架上，采取同步吊裝作業(yè)。采用整體提升方式，節(jié)約工期、節(jié)省吊裝設(shè)備等。

4 主要技術(shù)創(chuàng)新措施

4.1 鋼骨架焊接整體吊裝施工

本工程屬于分階段穿插施工，現(xiàn)階段施工一期鋼結(jié)構(gòu)工程，且二期主體結(jié)構(gòu)也在同步進(jìn)行，因此在鋼結(jié)構(gòu)及金屬屋面吊裝完成后即進(jìn)行塔吊拆除，重新安裝至二期施工部位。本項目場地狹小，站房兩側(cè)其余單位施工的站臺、雨篷均已進(jìn)行吊裝施工，現(xiàn)場無法擺放多余吊車。按照常規(guī)，鋼結(jié)構(gòu)及金屬屋面施工完成后再進(jìn)行采光天窗施工，但由于無法擺放吊車，在樓層安放吊車需對既有結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固，且影響下部結(jié)構(gòu)裝修施工，因此本工程采用同步吊裝的施工方案。

根據(jù)金屬屋面坡度，在CAD圖紙中將所有天窗骨架繪制成三維圖紙，將所有支座變量進(jìn)行計算并在樓層標(biāo)識位置進(jìn)行標(biāo)注。

1）根據(jù)現(xiàn)場測量放線的部位，把鋼架支座在鋼結(jié)構(gòu)桁架上安裝到位。

2）將焊接好的鋼架吊裝并臨時固定于鋼架底座上，即鋼結(jié)構(gòu)桁架與金屬屋面檁條上方。

3）根據(jù)深化圖紙中金屬屋面坡度及標(biāo)高的要求，用經(jīng)緯儀與水準(zhǔn)儀復(fù)測是否位于同一標(biāo)高及同一水平面，不符合圖紙要求的進(jìn)行調(diào)整，等完全調(diào)整到位后，再把鋼架與鋼結(jié)構(gòu)桁架與金屬屋面檁條完全固定，固定完畢后把焊縫焊渣清理干凈，刷2遍防銹漆進(jìn)行表面處理。

4）將所有鋼架進(jìn)行焊接并檢查無誤后，使用鋼結(jié)構(gòu)吊車將鋼桁架、金屬屋面檁托、檁條及鋼架同步吊裝，吊裝至相應(yīng)位置后進(jìn)行焊接。

4.2 伸縮縫處理

4.2.1 伸縮縫構(gòu)造

根據(jù)施工圖紙，金屬屋面伸縮縫沿采光天窗一周，其采光天窗兩側(cè)伸縮縫按照原金屬屋面圖紙相應(yīng)做法進(jìn)行施工，采光天窗處位于伸縮縫一端，采用滑移支座來保證縱、橫向伸縮的位移。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力計算分析，平行于采光天窗東、西向伸縮位移為100 mm，垂直于采光天窗南、北向伸縮位移為300 mm。通過2個滑移支座進(jìn)行滑移，且在該處采光天窗底部增加200 mm×200 mm×8 mm矩形方通來保證該采光天窗同時滑移，避免了因滑移造成采光天窗自身鋼架的變形（圖1）。

圖1 伸縮縫采光天窗滑移支座施工大樣

4.2.2 滑移支座構(gòu)造

本工程采用雙向滑移支座，具有萬向轉(zhuǎn)動、萬向承載的優(yōu)點；采用雙向抗拉、抗剪的特殊結(jié)構(gòu)，具有能抗地震烈度9度的能力。其支座主要由上支座板、不銹鋼板、四氯乙烯滑板、中間鋼板、曲面滑板、L形拉板、中間拉板、連接螺栓及下支座板組成。支座上、下均設(shè)置單項滑移槽，滑移槽是由L形拉板、不銹鋼、四氯乙烯滑板組成的摩擦副，上滑移槽的方向為X向，下滑移槽的方向為Y向，并在X、Y方向的位移限制處設(shè)置限位裝置。

4.2.3 滑移支座抗震原理

在地震作用下或混凝土收縮徐變引起的位移，可由X、Y方向的上、下滑移槽，通過滑移進(jìn)行釋放，當(dāng)罕遇地震發(fā)生時，上部結(jié)構(gòu)作用力及位移增大，支座具有限位移性能，可保證上部結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下不會滑出，從而保證結(jié)構(gòu)安全（圖2、圖3）。

圖2 滑移支座主視圖（1/2剖面）

圖3 滑移支座側(cè)視圖（1/2剖面）

4.3 防水節(jié)點處理

采光天窗主要為三角形狀，其面材由玻璃、鋁板組成，其頂部水平面及兩側(cè)為玻璃，背部豎向開啟扇為玻璃，其余收邊為鋁單板。作為整體開合式采光天窗，其整體及屋面節(jié)點防水和玻璃面層的排水是設(shè)計時必須考慮的重點。這是因為天窗作為整體屋面以外的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其直接受雨面影響，本身存在漏水隱患，而需要大面積開合的采光天窗，其天窗開合的鏈條等又必須存在開啟和關(guān)閉可行走通過的間隙，漏水的可能性就更大。由于該采光天窗位于金屬屋面，金屬屋面開洞后極易造成雨水滲漏隱患。

該工程防水節(jié)點主要為以下幾個部位：頂部水平及側(cè)面玻璃自身密封性；頂板水平玻璃與頂部、底部收邊鋁板節(jié)點處理；豎向鋁板底部與金屬屋面交界處防水節(jié)點處理。相應(yīng)措施為[6-8]：

1）頂部水平玻璃幕墻按照隱框玻璃幕墻及驗收規(guī)范進(jìn)行安裝固定，且嚴(yán)格按照圖紙坡度進(jìn)行安裝，安裝完成及調(diào)平后進(jìn)行注膠處理，保證滿足玻璃幕墻的“四性性能”。

2）采光天窗頂部收邊鋁板與頂部玻璃幕墻收口處用自攻釘固定后進(jìn)行打膠處理，保證注膠密封性。收邊鋁板下口在其最外端設(shè)置滴水檐，避免雨水沿鋁板底口倒流入室內(nèi)。

3）豎向底部收口鋁單板和采光天窗正立面與金屬屋面交界部位為不銹鋼天溝，采光天窗背立面與金屬屋面交界處為常規(guī)金屬屋面。

（1）其正立面防水節(jié)點處理措施為：鋁單板彎折，與不銹鋼天溝平行且長度伸入不銹鋼天溝，保證雨水可順著鋁單板流入不銹鋼天溝，且在鋁單板內(nèi)側(cè)增加厚1.5 mm鍍鋅鋼板，用以固定內(nèi)側(cè)保溫巖棉，其長度也伸入不銹鋼天溝，保證不會因為積水導(dǎo)致雨水滲透保溫巖棉而滴入室內(nèi)，如圖4所示。

圖4 鋼架正立面鋁板收邊節(jié)點做法示意

（2）采光天窗背立面收邊鋁單板防水節(jié)點處理措施為：收口鋁單板按照3%放坡，且彎折90°至金屬屋面，在其內(nèi)側(cè)增加批水鋁板，外側(cè)鋁單板與金屬屋面注膠密封。收邊鋁板內(nèi)側(cè)保溫巖棉用防水膠皮固定且底部用厚1.50 mm鍍鋅鋼板固定，全部用角碼連接，避免雨水滲透至保溫巖棉流入室內(nèi)（圖5、圖6）。

圖5 鋼架背立面鋁板收邊節(jié)點做法1示意

圖6 鋼架背立面鋁板收邊節(jié)點做法2示意

5 結(jié)語

在當(dāng)下高速鐵路快速發(fā)展階段，每個大型車站的聚集人數(shù)越來越多，在建設(shè)過程中對排煙、采光、通風(fēng)的要求越來越嚴(yán)。而一味地增加排煙扇、照明燈具、通風(fēng)空調(diào)等會增加能耗，不僅造成資源浪費(fèi)，而且還對大氣造成污染。

因此，在大型車站建設(shè)中，屋面增加開啟式采光天窗可以很好地減少排煙扇、照明燈具、通風(fēng)空調(diào)的使用量，在保證整體空間排煙、采光、通風(fēng)的情況下，還降低了能源消耗量。