大跨度拱形波紋鋼屋蓋施工技術(shù)

□ 梁寧芳

拱形波紋鋼屋蓋（Metal Corrugated Arch Roof，簡稱MCAR）是由鍍鋅鋼板經(jīng)成型機連續(xù)滾壓成型的拱形槽板，槽板厚度為0.6mm～1.5mm，將若干槽板用封邊機連接拼裝成整體，整體吊裝固定，最后在屋頂采用二次機械將若干模塊槽板咬合形成的整體[1、2]。

拱形波紋鋼屋蓋具有自重輕（12kg/m2～24kg/m2）、跨越能力大、空間開闊、低造價、施工方便、工期短、耐用性好、防水且無滲漏等優(yōu)點，造型美觀、新穎，具有強大的競爭力和廣泛的應(yīng)用市場[3]。

大跨度拱形鋼屋蓋單元板是開口的薄壁構(gòu)件，吊運安裝極易發(fā)生彎扭失穩(wěn)，導(dǎo)致屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難，安裝精度難以保證。為了保證施工過程中安全和結(jié)構(gòu)的耐久性，對大跨度拱形波紋鋼屋蓋單榀吊運拼裝施工技術(shù)研究很有必要。

1 工程概況

南寧榕鼎金屬制造有限公司生產(chǎn)基地項目零配件車間1#～6#廠房采用拱形波紋鋼屋蓋，其中1#～3#車間拱形波紋鋼屋蓋跨度為36m，長度為102m；4#～6#車間跨度為24m，長度為108m。

工程采用拱形波紋鋼屋蓋，吊裝到混凝土梁上，與混凝土梁的預(yù)埋鋼板進行連接、緊固，形成一個集防雨、保溫、隔熱、通風(fēng)、采光等多種功能為一體的屋面。在實際施工中將面臨拱形波紋鋼屋蓋的制作、吊運、安裝困難等問題。整體結(jié)構(gòu)示意見圖1。

圖1 整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 施工過程控制要點

2.1 工藝流程

施工準備→預(yù)埋件、鐵托板、拉環(huán)加工→放線定位→預(yù)埋件埋設(shè)→鋼板加工成型→分塊槽板地面分組咬合→地面鎖邊→屋蓋分組編號吊裝→屋面鎖邊→陽光板安裝→封堵及防水處理→拉桿安裝→屋蓋咬合成整體。

2.2 預(yù)埋件、鐵托板、拉環(huán)加工

預(yù)埋件、鐵托板、拉環(huán)應(yīng)嚴格按圖紙設(shè)計的要求進行深化加工。該項目采用150mm×5mm×6000mm熱軋板作為鐵托板，預(yù)埋件采用10mm厚的熱軋板與Ф14鋼筋焊接而成，拉環(huán)為Ф20鋼筋。

2.3 預(yù)埋件埋設(shè)、鐵托板、拉環(huán)安裝

（1）在天溝混凝土澆筑前，嚴格按照埋件埋設(shè)的位置和間距布置好預(yù)埋件，且每根柱子頂端應(yīng)帶通線控制好標高和位置，布置預(yù)埋件，焊接固定拉環(huán)，保證鐵托板安裝的質(zhì)量。

（2）在天溝混凝土澆筑后，通過焊接與預(yù)埋件連接安裝鐵托板、拉環(huán)，其中，鐵托板為通長安裝。

2.4 拱形波紋鋼屋蓋加工

拱形波紋鋼屋蓋采用冷軋結(jié)構(gòu)鋼板制作，表面鍍鋅處理后涂防銹漆，在鋼板上軋制成波紋型。屋蓋板曲率通過大小軋花鼓的咬合深度來控制，軋花的主要目的是為了曲板的成型，屋蓋曲板軋制主要是曲率控制問題。屋蓋板波紋的深度由其大小軋花鼓的咬合深度決定，曲板軋制時應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求調(diào)整大小軋花鼓咬合深度，從而保證屋蓋板的曲率。在曲板的軋制過程中，大小軋花鼓主軸要與水平面絕對垂直，否則會造成單元板腹板兩側(cè)曲線長度的差異和曲率不同，這是工程質(zhì)量的一大隱患。

肋板波紋的深度應(yīng)從底向上由深到淺線性過渡，曲板腹板上的波紋深度應(yīng)均勻一致。在軋花過程中為了避免機組、材料輥卷以及控制軋花鼓咬合深度的控制手柄的振動、移位等不利因素，保證曲板的軋制質(zhì)量，軋制的線速度宜控制在20m/min左右。

（1）將鋼板軋制成梯形或“U”形波紋直槽板，以提高鋼板的橫向剛度，從而提高其結(jié)構(gòu)承載力，幅寬為600mm～914mm，長度為拱形圓弧長度。

（2）根據(jù)屋蓋的跨度、矢跨比，將直槽板軋成拱形槽板，在槽板下部軋出橫向小波紋，以槽板上橫向小波紋的深淺來調(diào)整拱形槽板的曲率大小。同時，橫向小波紋可以增強結(jié)構(gòu)縱向抗彎剛度，提高鋼板的局部穩(wěn)定承載力，受力性能較為突出。

波紋鋼屋蓋根據(jù)不同跨度起拱，施工前針對屋蓋施工的實際跨度計算確定鋼板的長度，計算時需考慮屋蓋伸入梁內(nèi)尺寸、壓紋過程長度損耗等。拱形波紋鋼屋蓋的技術(shù)參數(shù)如表1所示。

表1 技術(shù)參數(shù)表

2.5 組板、地面鎖邊

由于單塊板長細比過大，剛度極小，吊裝時容易造成扭曲破壞，需將單塊“U”形板鎖邊成組再起吊安裝。通過鎖邊機將3塊單板加工在地面用專用封邊機鎖接連成一組，可大大提高吊裝效率，節(jié)約吊車臺班，同時可以有效避免屋蓋高空作業(yè)時易造成封邊不緊或脫扣現(xiàn)象的發(fā)生。

單元板咬合封邊時，以一榀單元板作為基板，將另一榀單元板的肋板與基板肋板對齊，并使兩者的內(nèi)外翻邊咬合緊密，用大力鉗臨時固定，再用封邊機咬合封邊。咬合封邊時不能使封邊機自行行走，應(yīng)專人把持。地面封邊時，無人把持的封邊機由于自重容易使單元板肋板傾斜，板間的縫隙過大，嚴重地影響屋蓋的整體剛度和承載能力。

2.6 吊裝、屋面鎖邊

金屬拱形波紋鋼屋蓋對初始缺陷非常敏感。在吊裝和就位過程中，吊點布置或起吊方式不當，由于單元板的受力狀態(tài)不合理，則可能引起屋蓋曲板在起吊過程中出現(xiàn)以下質(zhì)量缺陷：屋蓋單元板的折屈或強度破壞；屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難，繼而引發(fā)單元板所受安裝外力過大而導(dǎo)致破壞；初始缺陷將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載力低，給屋蓋結(jié)構(gòu)的施工和使用埋下許多潛在的不安全因素。

為使單元板組在吊裝過程中保持平衡，吊點應(yīng)沿拱的軸線對稱布置。在布置吊點和安裝吊繩時，應(yīng)確保吊點處的合力方向鉛直向上，以防吊點處吊繩產(chǎn)生過大的水平分力，使吊點滑移，影響吊裝安全。

屋蓋板吊裝采用人工配合起重設(shè)備進行。根據(jù)不同跨度、拱度的拱形波紋屋蓋，設(shè)計新型吊桿，新型吊桿采用鍍鋅鋼管加工制作，可延伸、可拆卸、可旋轉(zhuǎn)。當?shù)跹b屋蓋跨度小于15m時，采用主桿為8m長鋼管作為吊桿。當?shù)跹b屋蓋跨度為15m～25m時，與主桿采用幫條焊連接的方式連接，延伸臂長1.5m，可拆卸、可旋轉(zhuǎn)，隨時可根據(jù)吊裝的需要進行角度調(diào)整，重新焊接，方便快捷。當?shù)跹b屋蓋跨度大于25m時，在兩端安裝可拆卸的延伸臂，臂長1.5m，采用螺紋連接。吊桿示意圖見圖2。

圖2 吊桿示意圖

（1）選擇吊桿：根據(jù)不同的屋蓋跨度，吊桿長度分為8m、11m、14m。

（2）安裝扣件：通過方案計算確定扣件固定的位置，吊裝時，采用扣件將鋼絲繩固定在屋蓋板上。吊點位置應(yīng)沿著板跨中軸線對稱布置。

汽車起重機起吊時，彩鋼板的兩端各用扣件連接麻棕繩，長度為20m～30m，方便在屋面或地面上協(xié)助控制彩板的方向，起到牽引作用。拱形波紋鋼屋蓋單元板是薄壁構(gòu)件，吊裝點沒取好極易發(fā)生彎扭失穩(wěn)，導(dǎo)致屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難。吊裝應(yīng)以單元板重心為吊裝中心采取對稱吊裝方案吊裝。安裝時，在預(yù)定部位采用自固螺栓固定在鐵托板上。每單塊板使用的螺栓數(shù)目不少于5個，屋蓋板每安裝2組（即6塊單板）后，留下一塊單板的位置，待后續(xù)安裝陽光板，再繼續(xù)下一組的吊裝。

（3）屋面鎖邊：吊裝就位后，鎖邊組合成一體的彩鋼板需用自攻螺釘固定，每塊單元板不少于4顆螺釘。每兩組吊裝單元相鄰側(cè)邊采取專用鎖邊機咬合連接，施工必須保持平行同步，固定處必須按照設(shè)計節(jié)點要求進行。屋蓋板的固定方式見圖3。

圖3 屋蓋板安裝節(jié)點圖

（4）角鋼和螺釘防護：63#角鋼固定在天溝梁的預(yù)埋鐵件上，通過角鋼釘將拱形波紋鋼屋蓋與下部結(jié)構(gòu)相連，波紋鋼屋蓋與角鋼采用自固螺釘固定。螺釘和角鋼的連接節(jié)點直接暴露在外部環(huán)境極易受到腐蝕，是保證屋蓋與下部結(jié)構(gòu)整體協(xié)同工作的關(guān)鍵，是施工質(zhì)量控制的重點，必須做好防腐處理。

2.7 陽光板安裝

陽光板安裝在預(yù)留空位的中間部位，設(shè)置整體采光帶，其寬度可根據(jù)需要自行選擇，沿跨度方向采光帶兩側(cè)的拱形屋面板用連接件加固使之連接成整體，固定方式與整板相同，根據(jù)現(xiàn)場實際預(yù)留空位確定尺寸大小。采光板安裝完畢后，連接處用密封膠封閉，并作適當加固。

陽光板安裝方法透光率高，并有一定的強度和剛度，有較大的跨越能力，耐久性較好，既不損傷結(jié)構(gòu)，又具有較好的采光性能，非常適于中大跨度的金屬拱形波紋屋面結(jié)構(gòu)，也便于維修和更換。

2.8 封堵及防水處理

屋蓋板安裝后，采用黏土磚砌60mm厚墻體對安裝留下的洞口進行封堵，內(nèi)外兩面粉刷。同時，需進行防水處理，防水采用抗拉伸性能較強的卷材防水材料，重點處理自固螺栓安裝的部位，防止接口部位銹蝕，從而影響使用壽命，防水處理示意見圖4。

圖4 防水處理示意圖

2.9 拉桿安裝

拉桿安裝節(jié)點示意如圖5所示，拉桿：Ф10鍍鋅鋼絞線，花籃螺栓：M20×150。

圖5 拉桿安裝節(jié)點示意圖

3 質(zhì)量控制

（1）施工前應(yīng)對鋼材等原材料進行檢測，質(zhì)量符合國家標準規(guī)定[4]。鋼板在搬運時，不能拖行，應(yīng)抬運，以保證鋼板不變形。

（2）現(xiàn)場切割鋼板，鋼板正面朝下，為了防止鋼板銹蝕，必須清掃干凈鋼板上殘余鐵屑。

（3）施工過程中應(yīng)對聯(lián)結(jié)件的數(shù)量、間距、防水密封材料敷設(shè)、涂膜鍍膜等進行全過程檢查。每安裝5～6塊鋼板，應(yīng)檢查兩端的平整度，及時調(diào)整。

（4）在天溝及下端處，需將鋼板下彎約15°，形成滴水線；在屋脊處，上彎約45°，形成擋水板。

（5）應(yīng)對支承點和節(jié)點連接件數(shù)量及緊固情況進行檢查，同時檢測屋面漏水情況。在屋面鋼板上行走時，應(yīng)踩在鋼板的凹槽部位。

4 結(jié)語

大跨度拱形波紋鋼屋蓋施工是一種較為實用的施工技術(shù)。本文結(jié)合具體施工項目，介紹大跨度和拱形波紋鋼屋蓋以及兩者結(jié)合在施工中的一些要點和難點。研究新型鋼屋蓋有效的施工工藝對提升工程的質(zhì)量和施工效率有著非常重要的實際意義，具有較高的應(yīng)用推廣價值，可供類似工程參考。