預(yù)制綁扎式無龍骨茅草屋面施工技術(shù)

梁澤宇 劉光偉 李 偉 劉冰潔

中建一局集團裝飾工程有限公司 北京 100161

1 工程概況

赤道幾內(nèi)亞共和國克里斯克島五星級水療度假酒店項目預(yù)估占地總面積488 000 m2，房屋建筑面積12 777.95 m2。本項目所有房屋全部為單層，以全木質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，木結(jié)構(gòu)房屋屋面全部采用茅草結(jié)構(gòu)，屋面檁條和人字梁為屋架系統(tǒng)的主要承重構(gòu)件（圖1）。解決傳統(tǒng)的茅草屋面較為粗糙、密實性較差、施工質(zhì)量難以控制、屋面承載力較差以及屋面的美觀、耐久性較差等技術(shù)問題，是該項目面臨的主要困難。

2 工程特點、難點分析

圖1 全木質(zhì)屋面框架結(jié)構(gòu)

1）克里斯克島屬于赤道熱帶雨林氣候，經(jīng)常出現(xiàn)暴風(fēng)雨天氣，現(xiàn)場維護能力較弱。因此屋面茅草結(jié)構(gòu)必須要在能夠滿足抗潮、耐腐、抗風(fēng)的前提下，使施工工藝足夠簡便易操作，達到簡化后期維修工序、減少維護頻率、縮短維修時間的目的。

2）本項目落成后為五星級度假酒店，對建筑的外觀觀感和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求高，茅草屋面作為木結(jié)構(gòu)房屋的主要組成部分，對建筑的整體觀感有重大影響。

而赤道幾內(nèi)亞當(dāng)?shù)丶庸S大多條件簡陋，對優(yōu)質(zhì)茅草的遴選、防腐阻燃等技術(shù)加工處理能力有限，難以滿足生產(chǎn)需求。

3）本項目木結(jié)構(gòu)屋架體量較大，共計有105棟單層木結(jié)構(gòu)建筑，僅樣板間的屋架體積達到17.2 m×9.4 m×9.2 m，對茅草單元在預(yù)制編織和鋪設(shè)的大面積施工過程中的質(zhì)量控制工藝要求較高。

3 方案對比

3.1 傳統(tǒng)茅草屋面結(jié)構(gòu)

赤道幾內(nèi)亞當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的茅草屋面采用藤條或木條作為環(huán)形水平次龍骨，然后直接將茅草鋪設(shè)在次龍骨上。此類茅草屋面結(jié)構(gòu)較為原始，采用作為次龍骨的藤條或木條來承受屋面荷載，雖然操作簡易、成本低廉，但屋面承載力較低、施工工藝非標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)，次龍骨原材料的選擇和草簾鋪設(shè)過程的質(zhì)量控制較為困難，成品破損率和返修率較高[1-2]。

3.2 暗龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)

通過設(shè)置不銹鋼絲作為水平環(huán)向支撐，在水平環(huán)向支撐之間的間隙以及環(huán)向支撐與環(huán)形龍骨之間的間隙處填滿內(nèi)襯茅草層。水平環(huán)向支撐托接在內(nèi)襯茅草層的底面上，水平環(huán)形龍骨壓接在內(nèi)襯茅草層頂面上，從而將水平環(huán)形龍骨隱藏在內(nèi)襯茅草層外側(cè)[3-4]。

3.3 預(yù)制草簾無龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)

包括預(yù)制茅草內(nèi)襯和茅草編織簾層，內(nèi)層采用茅草內(nèi)襯代替?zhèn)鹘y(tǒng)的藤條或木條作為屋面?zhèn)髁?gòu)件，外層由若干組預(yù)制草捆拼接而成的茅草編織簾沿屋架結(jié)構(gòu)外側(cè)環(huán)向鋪設(shè)，草簾按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進行預(yù)制，統(tǒng)一編織，在鋪設(shè)時上下采用搭接連接，草簾鋪設(shè)后形成整體屋面內(nèi)襯，對屋面茅草起到支撐作用[5-6]。

3.4 方案優(yōu)缺點比較

3.4.1 傳統(tǒng)茅草屋面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

傳統(tǒng)茅草屋面結(jié)構(gòu)采用原始藤條或木條作為環(huán)形水平次龍骨來承受屋面荷載的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

該方案施工工藝簡單、成本較低、項目所在地取材方便；但茅草屋面較為粗糙、密實性較差、屋面承載力較低、抗極端天氣能力較差、外觀觀感質(zhì)量較低。

3.4.2 暗龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

暗龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)內(nèi)襯茅草外設(shè)置水平環(huán)形暗龍骨作為支撐來承載屋面受力。

該方案屋面承載力高、密實性較強、抗風(fēng)壓荷載高、室內(nèi)外觀感效果好；施工成本較高、工序較為復(fù)雜，后期屋面茅草進行維護、更換等作業(yè)時需對暗龍骨進行拆卸，維護成本較高。

3.4.3 預(yù)制草簾無龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點

預(yù)制草簾無龍骨屋面結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)——預(yù)制編織的草簾作為茅草屋面主要傳力構(gòu)件。

該方案施工工藝簡單便捷，后期維護簡易方便且成本較低，屋面承載力較高，密實性強，抗風(fēng)壓荷載較高，室內(nèi)外觀感效果好。

3.4.4 比選結(jié)果

通過綜合對比，結(jié)合施工現(xiàn)場實際情況與項目目標(biāo)要求，在能達到工程質(zhì)量目標(biāo)的基礎(chǔ)上，使后期維護足夠簡便易操作的同時又能保證外觀觀感美觀，本工程采用了預(yù)制草簾無龍骨茅草屋面結(jié)構(gòu)施工技術(shù)。

4 工藝原理

通過前期對茅草進行一系列技術(shù)處理后，將茅草按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格進行預(yù)制，統(tǒng)一編織綁扎成型。采用預(yù)制茅草內(nèi)襯作為屋面茅草傳力構(gòu)件在斜檁條外側(cè)進行上下搭接，在預(yù)制茅草內(nèi)襯的外側(cè)再將預(yù)制茅草編織簾層由屋檐下口向上沿屋架結(jié)構(gòu)外側(cè)環(huán)向鋪設(shè)[7-8]。

這種屋面結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的僅在藤條或者木條上鋪設(shè)茅草的屋面相比，具有承載力高、整齊、美觀和實用的優(yōu)點。同時，通過在預(yù)制茅草內(nèi)襯中的水平支撐上搭設(shè)茅草片，在鋪設(shè)完成后，水平支撐隱藏于茅草片中，室內(nèi)觀感效果好。

5 關(guān)鍵技術(shù)及操作要點

5.1 茅草的選擇

根據(jù)設(shè)計的屋面框架尺寸，遴選出長度1 200～1 500 mm、平均直徑為3 mm的天然優(yōu)質(zhì)茅草。茅草的強度應(yīng)適中，在承受橫向拉伸、縱向彎折時均能保持一定承載力，不易折斷。

遴選過程中應(yīng)盡量選擇生長時間接近的茅草，同時應(yīng)注意及時將出現(xiàn)腐敗、破損、生蟲、干枯現(xiàn)象的茅草及時剔除，以免影響后續(xù)施工質(zhì)量。遴選完畢后，使用裁刀將茅草超出長度的端部裁剪對齊。

5.2 茅草的干燥

非洲熱帶地區(qū)空氣濕度較大，采用自然干燥的方式往往在平均含水率達到20%～30%后不能再降低；若直接放置在干燥窯內(nèi)烘干，茅草的干燥速度過快會導(dǎo)致承載力差，出現(xiàn)易脆、易折斷等問題。因此茅草采用自然干燥和窯內(nèi)烘干前后2種形式相互配合著進行干燥。

5.2.1 自然干燥

旱季時，將茅草單層平鋪展開在室外通風(fēng)良好處進行干燥，晾曬5個陽光日即可；雨季時，在四面開放的棚內(nèi)設(shè)置放置架，將茅草逐層鋪放在架上進行干燥，側(cè)面吊以防風(fēng)簾，以調(diào)節(jié)空氣的流動，使茅草的干燥速度比較緩和，需干燥3周左右。

5.2.2 干燥窯烘干

將自然風(fēng)干后的茅草移入干燥窯內(nèi)進行烘干。為保證出窯茅草含水率達到統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，將茅草碼成長1 000 mm、高20 mm的草垛后整齊擺放在干燥架上進行干燥。擺放時留不小于50 mm的立縫，在烘干架兩側(cè)應(yīng)留離墻50 cm左右的豎直氣道。在當(dāng)?shù)貤l件下，干燥窯干燥一般需要7 d左右。

1）預(yù)熱處理階段（1～2 d），溫度控制在35～40 ℃之間，根據(jù)窯內(nèi)茅草干燥速度調(diào)整加濕頻率，一般4～5 h加濕一次，窯內(nèi)風(fēng)機每3 h轉(zhuǎn)換一次。

2）中間處理階段（2 d），溫度不大于55 ℃，防止茅草發(fā)生斷裂。

3）后期處理階段（3～4 d），后期窯內(nèi)溫度24 h控制在65 ℃之內(nèi)，此階段是排濕階段，排濕時間為5～6 h一次，排濕時風(fēng)機每4 h轉(zhuǎn)換一次，排濕時間30 min，排濕后溫度會逐步上升，但不能超過70 ℃，后期干燥溫度不應(yīng)太高，達到一定干燥時間（含水率17%以下），緩慢降溫到40 ℃，出窯。

在干燥過程中，每個干燥架中選取一塊區(qū)域作為檢驗區(qū)域，隨時檢測茅草含水率，根據(jù)含水率適當(dāng)調(diào)溫。剛出窯的烘干茅草，應(yīng)放置3～4 d后再進行加工，以使不均勻的含水率充分擴散，應(yīng)力進一步消除。

5.3 防腐阻燃處理

在浸泡池內(nèi)按阻燃防腐劑∶水=1∶4比例進行稀釋。茅草烘干成型后，疊放整齊，使用藤條將茅草捆扎成捆后整體水平放入阻燃防腐劑藥液池中，常溫浸泡24 h。每次浸泡前根據(jù)浸泡茅草體量（每1 m3茅草使用100 kg防腐劑），向池內(nèi)補充等比例稀釋溶液。浸泡完成后取出，自然晾干后進行下一步處理。

5.4 茅草編織簾的預(yù)制

茅草編織簾的編織寬度為1 100～1 300 mm，長度為1 200～1 500 mm。在進行編織時，先將天然茅草用直徑1.2 mm的不銹鋼絲綁扎成若干小捆，每小捆直徑80～100 mm，再將小捆用不銹鋼絲連接成若干茅草編織簾（圖2）。

圖2 茅草編織簾側(cè)面結(jié)構(gòu)及細部剖面

5.5 茅草內(nèi)襯的預(yù)制

茅草內(nèi)襯的編織寬度為300～500 mm不等，與屋架兩側(cè)斜檁條之間由上到下不同的間距相對應(yīng)。茅草內(nèi)襯包括水平支撐和搭設(shè)在水平支撐上的茅草片，水平支撐采用30 mm×30 mm的木條，將茅草的端部較細處裁切掉，保留根部使水平支撐兩側(cè)的茅草長度約200 mm，使用黏結(jié)劑將茅草片密實黏結(jié)在水平支撐的兩側(cè)（圖3）。

圖3 預(yù)制茅草內(nèi)襯立體結(jié)構(gòu)

5.6 草捆墊的制作與安裝

在斜檁條的下端、沿環(huán)向設(shè)置1圈草捆墊，草捆墊墊在水平檁條與最下層茅草編織簾之間。不銹鋼絲將茅草扎成直徑50 mm、長1 200～1 500 mm的草捆墊（端部直徑較細的部分剪斷），沿著屋架下口水平檁條的外邊，用不銹鋼絲綁扎固定（每段草捆距端頭100 mm，不銹鋼絲間距不大于400 mm）。采用首尾對接，環(huán)形圍繞固定在屋檐外側(cè)（圖4）。

圖4 草捆墊的安裝

5.7 茅草內(nèi)襯的鋪裝

預(yù)制茅草內(nèi)襯鋪設(shè)在屋架斜檁條的外側(cè)，按屋架結(jié)構(gòu)傾斜方向由下而上依次搭接鋪裝，鋪裝間距為沿縱向檁條方向100 mm。將水平支撐的兩端分別通過不銹鋼圓釘固定在兩側(cè)的斜檁條上，相鄰2層預(yù)制茅草內(nèi)襯中，上層的預(yù)制茅草內(nèi)襯的下端搭在下層的預(yù)制茅草內(nèi)襯上端外側(cè)，每層搭接長度為100 mm。

5.8 茅草編織簾的鋪裝

預(yù)制茅草內(nèi)襯鋪設(shè)完畢后，開始進行外層茅草編織簾的鋪設(shè)。在茅草內(nèi)襯的外側(cè)，由下至上沿屋架結(jié)構(gòu)的外側(cè)面環(huán)向鋪設(shè)茅草編織簾。茅草編織簾采用不銹鋼絲綁扎在水平支撐上，綁扎間距不大于200 mm。上下2層茅草編織簾的鋪裝間距為沿縱向檁條方向200 mm，每一層茅草編織簾的上口齊平。

其中，最下層的第1道茅草編織簾的下端端部超出屋檐下口不少于500 mm，第2層茅草編織簾的下端端部超出屋檐下口不少于300 mm，以保證檐口處草簾在進行修剪收口時長度不少于100 mm。茅草編織簾的鋪設(shè)厚度不小于150 mm（圖5、圖6）。

圖5 鋪設(shè)在屋架結(jié)構(gòu)上的茅草側(cè)面結(jié)構(gòu)及細部連接

圖6 茅草編織簾現(xiàn)場鋪設(shè)

5.9 屋脊屋檐收口

待茅草編織簾鋪設(shè)至屋架結(jié)構(gòu)的屋脊處時，需確保屋脊兩側(cè)的茅草編織簾的上端齊平，并將兩側(cè)的茅草編織簾分別在距離上端1/2～1/3的位置處對折，然后搭在屋脊對稱的兩側(cè)，并采用不銹鋼圓釘將對折后的茅草編織簾固定在屋脊上進行收口。

最后修剪檐口茅草編織簾的下端端部，使最下層茅草編織簾的下端齊整并超出屋檐檐口的下端不少于100 mm，草簾厚度不少于150 mm。

6 應(yīng)用效果

預(yù)制綁扎式無龍骨茅草屋面施工技術(shù)在本項目中已經(jīng)得到了實際的應(yīng)用，施工質(zhì)量和觀感效果獲得了業(yè)主的認可（圖7、圖8）。

圖7 茅草屋面外部實景

圖8 茅草結(jié)構(gòu)內(nèi)部實景

通過前期自行進行茅草加工，減少了茅草在海外采購和運輸過程中所耗費的大量工期和成本，也避免了運輸過程中產(chǎn)生的茅草枯萎、發(fā)霉、腐爛等質(zhì)量問題，避免了在非洲地區(qū)木材加工受制于人的行業(yè)窘態(tài)，節(jié)約了材料成本20%。

通過采用預(yù)制茅草編織技術(shù)，可在木結(jié)構(gòu)框架施工過程中同時進行茅草簾的預(yù)制綁扎，在屋面框架結(jié)構(gòu)完工后將預(yù)制草簾在屋面處搭接固定即可，極大地節(jié)約了屋面茅草結(jié)構(gòu)的施工工期。獨棟房屋的屋面施工工期由10 d縮短至3 d，節(jié)約工期達到70%。

本技術(shù)的施工工藝簡單便捷，成品壽命長且方便后期進行茅草的維護和更換。傳統(tǒng)茅草屋面承載力較低且耐久性較差，壽命平均為2～3 a，期間返修率達到40%且茅草的維護和更換較為困難。本工法采用預(yù)制茅草編制技術(shù)，維護更換時只需把破損茅草片拆卸更換即可，預(yù)計壽命可達6～8 a，節(jié)約維修成本達到60%，取得了良好的經(jīng)濟效益。

另外，本技術(shù)的成功研究將對屋面茅草結(jié)構(gòu)的施工起到指導(dǎo)性作用。為進一步開拓海外市場奠定技術(shù)基礎(chǔ)，尤其是在非洲木結(jié)構(gòu)房屋工程較多，本技術(shù)可為同類木結(jié)構(gòu)房屋的茅草屋面結(jié)構(gòu)的廣泛使用提供技術(shù)支撐。

7 結(jié)語

與傳統(tǒng)的技術(shù)相比，外側(cè)的茅草編織簾和預(yù)制茅草內(nèi)襯均可以進行施工標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一加工制作，運至施工現(xiàn)場后直接鋪裝，大大降低了施工難度，從而提高了施工效率。

同時，此類茅草屋面結(jié)構(gòu)簡單、施工便捷，施工成本低，充分利用了非洲當(dāng)?shù)靥烊徊牧希_到的外觀效果更加美觀，為今后同類木結(jié)構(gòu)房屋的茅草屋面施工提供了較大的指導(dǎo)和參考價值。