大跨度桁架鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面施工技術(shù)

劉 剛，翁邦正，陳 博，龐 拓，李 洪，朱鵬舉

（中國(guó)建筑第二工程局有限公司 西南分公司，重慶 400023）

鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面普遍用于體育場(chǎng)館、室內(nèi)樂(lè)園、機(jī)場(chǎng)航站樓、博覽場(chǎng)館等大型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)領(lǐng)域。由于大量游樂(lè)設(shè)備布置和游客群體活動(dòng)場(chǎng)地的需要，室內(nèi)游樂(lè)園往往需要大型無(wú)柱開敞空間，大跨鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面則是設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)，大跨屋面鋼結(jié)構(gòu)承重體系常落在主體框架上，而室內(nèi)樂(lè)園大量的主題包裝則集中在四周墻體。此外，大跨屋面還需要解決好排水、積雪清除、屋面清潔、設(shè)置開啟扇等問(wèn)題，而鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面在防水、防滲、抗風(fēng)、排水、保溫、隔聲方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，且鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面在實(shí)施和使用過(guò)程中能承受風(fēng)壓、雪壓等外部環(huán)境因素影響，屋面可承受設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的恒荷載或風(fēng)荷載，便于屋面灰塵清洗及積雪鏟除等人工作業(yè)活動(dòng)。同時(shí)，室內(nèi)樂(lè)園需考慮均勻采光采熱的需要，鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，布置合理的采光窗，便可滿足室內(nèi)采光采熱的需求。

1 工程概況

昆明萬(wàn)達(dá)文旅城項(xiàng)目海洋樂(lè)園總建筑面積4.2 萬(wàn)m2，其中地上建筑面積3.4 萬(wàn)m2，地下建筑面積0.8 萬(wàn)m2，海洋樂(lè)園采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，屋頂為鋼桁架金屬屋面，設(shè)計(jì)使用年限為50年，抗震設(shè)防烈度為8 度。

樂(lè)園金屬屋面由屋面板、隔聲層、防水透氣層、保溫層、隔汽層、鐵絲網(wǎng)、中層板、支撐次檁條、支撐主檁條、吊頂支撐龍骨、吸音層和底板組成。

天溝采用2.0mm 厚不銹鋼（316） 制作，在對(duì)接處采用氬弧焊焊接。天溝龍骨采用50×50×4mm 方鋼管、100×50×4mm 矩形管、50×50×4mm 等邊角鋼，材質(zhì)為Q235B。天溝保溫采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃絲布。底板材質(zhì)Q235B，雙面鍍鋁鋅層厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。附屬材料有不銹鋼焊絲、E43 結(jié)構(gòu)焊條、5mm×16mm 鋁拉鉚釘、5.5mm×25mm 碳鋼自攻釘?shù)取?/p>

設(shè)計(jì)依據(jù)GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》，金屬屋面的建筑物宜將其金屬屋面板直接作為接閃器，再利用鍍鋅鋼帶將鋁合金支架和屋面的檁條系統(tǒng)聯(lián)通。

2 屋面系統(tǒng)安裝施工

2.1 金屬屋面抗風(fēng)系統(tǒng)

金屬屋面抗風(fēng)夾具縱橫向剖面如圖1 所示。

1）沿屋面四周布置抗風(fēng)夾，作為補(bǔ)強(qiáng)加固措施，距屋面外廓線6m 范圍內(nèi)布置。

2）抗風(fēng)夾具沿屋面縱向間距1 500mm 布置，沿屋面橫向400mm 布置。

3）抗風(fēng)夾具長(zhǎng)度100mm，每件配2 顆M8×30 不銹鋼螺栓。

圖1 金屬屋面抗風(fēng)夾具縱橫向剖面圖

2.2 金屬屋面避雷系統(tǒng)

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》中的規(guī)定，金屬屋面板下無(wú)易燃物，且面板厚度不小于0.5mm時(shí)，其屋面板可作為接閃器，屋面避雷引下點(diǎn)以10m×10m或8m×12m間距分布于整個(gè)屋面（圖2）。

圖2 金屬屋面避雷節(jié)點(diǎn)詳圖

鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面板（0.9mm 厚的錳鎂合金板）需外包鋁合金支座（鋁支架），鋁合金支座與金屬屋面的次檁條相連接，但鋁合金支座與金屬屋面次檁條支架需安置隔熱墊。40×4.0mm 扁鋼帶作為引下線，每個(gè)扁鋼與鋁合金支座通過(guò)2 個(gè)不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 連接，每個(gè)扁鋼另一端與金屬屋面次檁條通過(guò)2 個(gè)不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 連接。每個(gè)鋁合金支座隔熱墊通過(guò)4 顆不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 與金屬屋面次檁條連接。從而形成聯(lián)通的系統(tǒng)。

2.3 金屬屋面排水系統(tǒng)

金屬屋面通過(guò)屋脊縱向找坡，將屋面雨水排至屋面橫向天溝處，再通過(guò)天溝虹吸雨排地漏排至建筑污水系統(tǒng)。金屬屋面排水縱坡坡度設(shè)計(jì)為5%。金屬屋面采光窗周圈、山墻、屋面均設(shè)計(jì)天溝，且天溝底部、側(cè)壁保溫采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃絲布，保證金屬屋面整體保溫性和隔音性。山墻天溝尺寸（寬×高）為：300×200mm，采光窗周圈天溝尺寸（寬×高）為：400×225mm，屋面主天溝尺寸（寬×高）為：600×350mm，屋面斜天溝尺寸（寬×高）為：600×225mm。

天溝左右兩側(cè)需設(shè)置泛水板，泛水板材質(zhì)同金屬屋面板，從金屬屋面“防水透氣膜”結(jié)構(gòu)層各邊伸入天溝150mm 寬；并在泛水板端頭檐口設(shè)置泡沫堵頭帶滴水片。在天溝底部同主龍骨垂直方向設(shè)置L50×50×4mm 的鍍鋅等邊角鋼，間距@1000mm，作為支撐龍骨架。

天溝龍骨、天溝板、天溝底板、支撐龍骨架材質(zhì)均為Q235B 級(jí)，且均需進(jìn)行鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于65μm，防止銹蝕。

2.4 金屬屋面結(jié)構(gòu)層主檁條安裝

如圖3 所示，金屬屋面結(jié)構(gòu)層做法由下至上做法依次為：底板→吸引層→吊頂支撐龍骨→支撐主檁條→支撐次檁條→中層板→鋼絲網(wǎng)→隔汽層→保溫層→防水透氣層→隔聲層→屋面板。

如圖4、圖5 所示，在原主體鋼結(jié)構(gòu)桁架桿（圓管或矩管）上安裝金屬屋面結(jié)構(gòu)層，金屬屋面主檁條與主體鋼結(jié)構(gòu)連接，采用C20 槽鋼與C10 槽鋼。C20 槽鋼與主體鋼結(jié)構(gòu)（圓管或矩管）焊接，C20 槽鋼長(zhǎng)度設(shè)置為200mm 長(zhǎng)，C20槽鋼中心線與主體鋼結(jié)構(gòu)（圓管或矩管）中心線位于同一垂直面上。再在C20 槽鋼上表面?zhèn)冗吅附覥10 槽鋼，C10 槽鋼側(cè)立高度180mm，再安裝金屬屋面主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管），主檁條一側(cè)與事先側(cè)立焊接好的C10 槽鋼焊接，但屋面金屬主檁條底面距離C20 槽鋼頂面距離保證為60mmm；最后在金屬屋面主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管）側(cè)邊焊接C10槽鋼，C10 槽鋼側(cè)立高度為180mm。金屬屋面支撐主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管）頂面較側(cè)立C10 槽鋼頂面高出60mm（即側(cè)立的C10槽鋼與支撐主檁條焊接長(zhǎng)度為120mm）。支撐主檁條間距為1750mm ≤@≤2050mm。

圖3 大跨度鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面標(biāo)準(zhǔn)斷面圖

圖4 主檁條固定方式剖面圖和軸測(cè)圖（圓管）

圖5 主檁條固定方式剖面圖和軸測(cè)圖（矩管）

金屬屋面支撐次檁條焊接于支撐主檁條之上，支撐次檁條尺寸規(guī)格為40×80×4.0mm，支撐次檁條設(shè)置間距為@1000mm，支撐次檁條安裝方向與支撐主檁條安裝方向交叉垂直。支撐次檁條頂面標(biāo)高同支撐主檁條頂面（支撐次檁條矩管高度為40mm 高，事先預(yù)留好的C10 側(cè)立槽鋼頂與支撐主檁條頂高度差為60mm，滿足次檁條矩管焊接安裝）。同時(shí)，在支撐次檁條垂直方向焊接安裝L40×40×4.0mm 鍍鋅等邊角鋼用于支撐吊頂龍骨，等邊角鋼與支撐次檁條安裝方向垂直，與支撐主檁條安裝方向平行，等邊角鋼間距為@1000mm，作為支撐次檁條的加固龍骨（吊頂支撐龍骨）。等邊角鋼L 為40mm 高同支撐次檁條矩管高度40mm，保證次檁條底部平整無(wú)凸出、美觀可靠。

C20 槽鋼和C10 槽鋼均為熱軋普通槽鋼，C20 槽鋼與C10 槽鋼組合焊接體作為支撐主檁條的安裝支座，此種方式牢固可靠。

金屬屋面主次檁條焊接安裝完成后，在次檁條表面依次施工中層板、熱鍍鋅鐵絲網(wǎng)層、隔汽層、80mm 厚巖棉保溫層、防水透氣層、2.0mm厚隔聲氈隔聲層、0.9mm 厚氟碳涂層錳鎂合金板屋面板層。錳鎂合金板安裝坡度同屋面排水找坡坡度5%。

2.5 金屬屋面采光窗布置

本工程鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面面積約4 080m2，采光窗面積約975m2，占比：23.8%，可滿足室內(nèi)采光采熱需求。

3 屋面板加工與安裝要求

3.1 錳鎂合金屋面板

錳鎂合金直立鎖邊板所采用的材料、品種、規(guī)格、性能等應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求；壓型金屬板成型后，其基板不應(yīng)有裂紋，不應(yīng)有明顯凹凸和褶皺；有涂層或鍍層不應(yīng)有肉眼可見的裂紋、剝落和擦痕等缺陷。

錳鎂合金板伸入檐溝的長(zhǎng)度不得小于150mm。錳鎂合金板卷材表面應(yīng)涂刷氟碳涂層，涂層厚度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求（本工程氟碳涂層厚度為40μm）。檢查數(shù)量：按工程實(shí)際總數(shù)量5%抽查，且不少于10 件。材料尺寸允許偏差如表1、表2 所示。

表1 錳鎂合金屋面板尺寸允許偏差

表2 錳鎂合金直立鎖邊板尺寸允許偏差

3.2 壓型彩鋼板（底板）

本工程選用0.6mm 厚的YX-28-205-802鍍鋁鋅穿孔壓型彩鋼板，材質(zhì)Q235B，孔徑大于5mm，穿孔率大于20%，雙面鍍鋁鋅層厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。

壓型金屬板長(zhǎng)度的容許偏差不應(yīng)大于7mm，橫向剪切的偏差不應(yīng)大于5mm。卷板尺寸容許偏差如表3 所示。

表3 加工壓型金屬板的卷板尺寸容許偏差

4 結(jié)語(yǔ)

1）鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面具有防水、保溫、隔聲、抗風(fēng)、防墜、防雷、排水、采光、采熱等一體化施工優(yōu)勢(shì)，在鋼結(jié)構(gòu)金屬屋面設(shè)計(jì)、施工時(shí)，需對(duì)排水、保溫、防滲、采光、防雷、隔聲等做法進(jìn)行系統(tǒng)化綜合設(shè)計(jì)、施工，同時(shí)，可綜合考慮屋面大跨度鋼結(jié)構(gòu)的坡度和構(gòu)件的跨度與金屬屋面的深化設(shè)計(jì)相匹配，在一定程度上可節(jié)約金屬屋面的鋼材用量及便于金屬屋面的安裝施工。

2）用于固定金屬屋面主次檁條的熱軋普通槽鋼（C20、C10），尤其固定主檁條的C10 槽鋼，應(yīng)根據(jù)屋面排水坡度要求，進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，避免材料切割浪費(fèi)。

3）屋面天溝在做布局設(shè)計(jì)時(shí)，盡量布置在主鋼結(jié)構(gòu)（主檁條）之間，便于天溝主龍骨安裝。材料節(jié)約及保證天溝結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4）屋面天溝底部需做封板處理，材質(zhì)同金屬屋面底板，保證屋面系統(tǒng)的保溫性、防水透氣性。并在天溝縱向兩側(cè)布置抗風(fēng)夾具支座，防止屋面風(fēng)壓引起金屬屋面與天溝交接處結(jié)構(gòu)松動(dòng)。

5）在屋面天溝底部中間位置設(shè)立通長(zhǎng)的L50×50×4mm 的鍍鋅等邊角鋼，作為天溝補(bǔ)強(qiáng)措施，并在天溝溝槽側(cè)壁端頭布置通長(zhǎng)的50×50×4mm 方管作為壓頂收頭處理。

6）金屬屋面的吸音層為50mm 厚的玻璃巖棉，與屋面天溝保溫層50mm 玻璃巖棉材料一致，可進(jìn)行共用，此種設(shè)計(jì)具有節(jié)約材料優(yōu)點(diǎn)。

7）在斜天溝、山墻天溝屋脊位置采用L50×50×4mm@2000mm 角鋼折件對(duì)天溝主龍骨進(jìn)行固定，防止天溝坡度因素下滑。4mm 不銹鋼折件在天溝兩端1/3 跨處對(duì)稱布置（即每根天溝主龍骨布置4 個(gè)不銹鋼折件），不銹鋼折件與天溝主龍骨、天溝底板進(jìn)行滿焊。