上海浦東足球場金屬屋面施工工藝研究

王 群 楊 清 伍彩單

1.上海久事體育產(chǎn)業(yè)發(fā)展（集團(tuán)）有限公司 上海 200082；

2.上海市機(jī)械施工集團(tuán)有限公司 上海 200072

上海浦東足球場位于上海市浦東新區(qū)金橋鎮(zhèn)金滇路以東、錦繡東路規(guī)劃綠地以南、規(guī)劃金湘路以西、規(guī)劃金葵路以北地塊，總建筑面積139 304 m2，是1座滿足國際足聯(lián)A級(jí)比賽要求的專業(yè)足球場。屋蓋主鋼結(jié)構(gòu)為張弦結(jié)構(gòu)，鋼結(jié)構(gòu)上下表面分別為屋面圍護(hù)系統(tǒng)及膜結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，最高點(diǎn)標(biāo)高38.550 m；白色金屬表皮和彎曲的屋面造型，共同刻畫出扁平而緊湊的幾何輪廓，打造出上海新地標(biāo)“白瓷碗”的整體效果。屋頂靠近足球場內(nèi)場部分為聚碳酸酯波形陽光板采光帶，陽光可透射進(jìn)球場內(nèi)部，滿足草皮的日照需求。

上海浦東足球場屋面部分按圍護(hù)體系劃分，主要有聚碳酸酯陽光板采光帶、鋁蜂窩板雙層金屬屋面構(gòu)造系統(tǒng)、鋁復(fù)合板內(nèi)外檐口系統(tǒng)、天溝排水系統(tǒng)、防雷體系、防墜落措施等[1-2]。

本文主要以屋面圍護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)造做法及類型為基礎(chǔ)，重點(diǎn)介紹屋面內(nèi)圈采光帶、雙層金屬屋面及內(nèi)外檐口的構(gòu)造形式以及施工工藝（圖1、圖2）。

圖1 屋蓋上表面實(shí)景

圖2 屋蓋下表面實(shí)景

1 屋面工程概況

上海浦東足球場屋蓋分為上下面層2個(gè)部分：屋蓋上表面主要由聚碳酸酯陽光板采光帶、鋁蜂窩板雙層金屬屋面系統(tǒng)（階梯區(qū)）、鋁蜂窩板雙層屋面系統(tǒng)（曲面區(qū)）、中天溝及外天溝系統(tǒng)組成；屋蓋下表面主要由鋁復(fù)合板內(nèi)外檐口系統(tǒng)、膜結(jié)構(gòu)及環(huán)向裝飾帶組成。

具體結(jié)構(gòu)如圖3、圖4所示。

圖3 屋蓋剖面示意（1/4區(qū)域）

圖4 屋面系統(tǒng)分類示意

2 金屬屋面構(gòu)造體系

2.1 聚碳酸酯波形陽光板系統(tǒng)

上海浦東足球場屋頂靠近足球場內(nèi)場部分為寬度約6.5 m的采光帶，采用3 mm厚聚碳酸酯透明波形陽光板作為防水層，波高96 mm，波峰間距322 mm，分直板和異形拼接板2種板型，如圖5所示。異形拼接板之間采用型材及防水條搭接固定。

圖5 直板及異形拼接聚碳酸酯板

2.2 鋁蜂窩板雙層金屬屋面

鋁蜂窩板雙層屋面系統(tǒng)主要分布于屋蓋上表面，覆蓋屋蓋上表面的大部分區(qū)域。鋁蜂窩板總厚度為25 mm，面板及背板均為1 mm厚，中間為鋁蜂窩芯層。鋁蜂窩板安裝區(qū)域上部分為階梯式雙層屋面系統(tǒng)（圖6），臺(tái)階處內(nèi)凹槽為燈光亮化工程；下部分為曲面雙層屋面系統(tǒng)（圖7）。

圖6 鋁蜂窩板雙層屋面構(gòu)造層（階梯區(qū)）

圖7 鋁蜂窩板雙層屋面構(gòu)造層（曲面區(qū)）

此區(qū)域內(nèi)的鋁蜂窩板分格形式分環(huán)向（中部區(qū)域）和縱向（檐口區(qū)上表面區(qū)域）2種方式，環(huán)向布置鋁蜂窩板與縱向布置鋁蜂窩板之間為中天溝，縱向布置鋁蜂窩板外側(cè)為外圈天溝（圖8）。

圖8 天溝骨架及屋面檁條模型

2.3 檐口系統(tǒng)

檐口系統(tǒng)按分布位置區(qū)分主要包括內(nèi)場檐口及外懸挑檐口2個(gè)部分。內(nèi)場鋁復(fù)合板檐口（圖9）位于雙層金屬屋面與陽光板交界處下方、與膜吊頂面銜接的豎向封修區(qū)域；外懸挑檐口（圖10）位于搖擺柱外側(cè)，包括外圈天溝的外側(cè)包邊、檐口外立面及鋁復(fù)合板吊頂。

圖9 內(nèi)場檐口骨架及模型效果圖

圖10 外懸挑檐口骨架及模型效果圖

內(nèi)外檐口面層裝飾板為總厚度6 mm的鋁復(fù)合板，正面為厚0.5 mm氟碳輥涂白色幻彩鋁面板，背面為厚0.5 mm防腐處理鋁背板，中間為礦物芯層；支撐體系為鋼骨架，材質(zhì)為Q235B，表面熱浸鍍鋅處理。

3 施工工藝

3.1 施工難點(diǎn)

上海浦東足球場屋蓋主鋼結(jié)構(gòu)為張弦結(jié)構(gòu)，與常規(guī)鋼桁架或網(wǎng)架體系不同的是，張弦結(jié)構(gòu)對(duì)其上部屋面荷載、吊掛荷載、溫度應(yīng)力等較為敏感。屋面系統(tǒng)安裝時(shí)需考慮因金屬屋面等圍護(hù)體系自重及施工焊接對(duì)屋蓋主鋼結(jié)構(gòu)的影響。屋面圍護(hù)體系的施工主要從3個(gè)方面解決上述問題。

1）構(gòu)造連接節(jié)點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)充分考慮屋蓋鋼結(jié)構(gòu)的變形量，通過豎向長圓孔及二次轉(zhuǎn)接構(gòu)造解決主鋼結(jié)構(gòu)變形問題。

2）屋面圍護(hù)體系與主鋼結(jié)構(gòu)連接部位設(shè)置鋼支座，鋼支座與主鋼結(jié)構(gòu)的徑向梁、環(huán)梁等一起加工、焊接，再進(jìn)行整體吊裝作業(yè)。

3）屋面施工時(shí)采用對(duì)稱施工法，分區(qū)對(duì)稱安裝（圖11），平衡施工過程中持續(xù)施加的屋面荷載，減小屋面荷載對(duì)主鋼結(jié)構(gòu)的不利影響。

圖11 分區(qū)對(duì)稱施工流程

根據(jù)屋面各系統(tǒng)間的銜接做法和防水做法要求，各分區(qū)中的系統(tǒng)銜接工序大致如下：雙層金屬屋面區(qū)域檁條等支撐構(gòu)件→內(nèi)外圈檐口→天溝系統(tǒng)→金屬屋面直立鎖邊屋面板及其以下構(gòu)造材料→內(nèi)圈采光帶→裝飾板及其支撐型材→裝飾板收邊收口。

3.2 鋁蜂窩板雙層金屬屋面施工工藝

鋁蜂窩板雙層金屬屋面構(gòu)造材料組成相對(duì)復(fù)雜，主要材料包括檁條及檁托、壓型鋼板、吸聲棉、直立鎖邊鋁鎂錳屋面板、裝飾板型材骨架及連接件、鋁蜂窩板等。

除與主體鋼結(jié)構(gòu)一同加工的槽鋼外，主體鋼結(jié)構(gòu)完成面以上金屬屋面系統(tǒng)的施工工序依次為：主檁條→下層次檁條→上層次檁條→壓型鋼板→隔聲棉→固定支座→鋁鎂錳合金屋面板→型材轉(zhuǎn)接件→蜂窩鋁復(fù)合板。屋面材料主要利用汽車吊和履帶吊進(jìn)行垂直運(yùn)輸，直立鎖邊屋面板在場內(nèi)地面現(xiàn)場壓型后，用履帶吊運(yùn)輸至屋面安裝區(qū)域，其余材料均在工廠加工。

屋面主次檁條施工安裝（圖12）主要難點(diǎn)在于次檁條檁托、底板連接板角度隨屋面坡度趨勢不斷變化，雙向均有角度，屋面次檁條檁托長短不一。次檁條為雙層檁條支撐體系，分為下層底板檁條和上層屋面板檁條，上下層次檁條共11 914根，檁托23 828個(gè)，安裝體量大。為保證次檁條安裝精度、滿足工期要求，施工前對(duì)調(diào)差構(gòu)件進(jìn)行差異化設(shè)計(jì)，對(duì)檁條規(guī)格進(jìn)行了尺寸歸并，同時(shí)綜合考慮主體鋼結(jié)構(gòu)變形理論數(shù)據(jù)及施工誤差對(duì)螺栓孔長度進(jìn)行調(diào)整，安裝所需材料均依據(jù)材料進(jìn)場計(jì)劃分批次加工進(jìn)場。

圖12 雙層金屬屋面主次檁條與主鋼結(jié)構(gòu)連接節(jié)點(diǎn)

屋面中天溝骨架于天溝兩側(cè)屋面檁條安裝后進(jìn)行，外圈天溝骨架于外懸挑檐口骨架安裝后進(jìn)行，天溝骨架拼裝在地面進(jìn)行，以4.5～6.0 m為1個(gè)單元，拼裝完成后吊裝至屋面實(shí)際位置，然后鋪設(shè)不銹鋼天溝板。

屋面檁條、天溝、壓型鋼板、吸聲棉、直立鎖邊板、裝飾板型材骨架、鋁蜂窩板等材料的安裝均為分區(qū)流水作業(yè)。屋面下層次檁條、上層次檁托安裝完成后，壓型鋼板及吸聲棉先于上層檁條鋪設(shè)；上層次檁條安裝完成后進(jìn)行屋面板固定支座的定位與安裝，之后鋪設(shè)直立鎖邊屋面板。屋面板與裝飾板鋁合金型材骨架之間的肋頂夾根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行安裝，嚴(yán)格控制安裝部位及安裝間距，以確保屋面系統(tǒng)的抗風(fēng)揭性能。

屋面轉(zhuǎn)角區(qū)裝飾板型材骨架根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行彎弧處理，安裝時(shí)，龍骨中心線與裝飾板弧邊保持平行關(guān)系，裝飾板尺寸以及彎弧曲率根據(jù)BIM模型及插件分析數(shù)據(jù)進(jìn)行加工。

3.3 屋面內(nèi)圈采光帶施工工藝

屋面內(nèi)圈采光帶以聚碳酸酯波形陽光板為主要防水、采光材料。陽光板采用不銹鋼自攻釘固定，自攻釘穿過U形不銹鋼預(yù)鉆孔壓板及EPDM防水墊片，將陽光板固定于支座上。

波形陽光板下方支座分固定支座和滑動(dòng)支座2種類型，陽光板最上端為固定支座，其余點(diǎn)位為滑動(dòng)支座，在控制陽光板伸縮方向的同時(shí)滿足陽光板熱脹冷縮變形需求（圖13）。

圖13 聚碳酸酯波形陽光板零配件

由于單個(gè)連接節(jié)點(diǎn)處零配件數(shù)量較多，施工時(shí)需預(yù)先將陽光板底部鋼支座與滑動(dòng)組件組裝為支座模塊，再將支座模塊安裝固定于陽光板支座定位點(diǎn)上。支座模塊安裝完成后鋪設(shè)聚碳酸酯波形陽光板，采用不銹鋼自攻釘及不銹鋼壓塊、EPDM防水墊片將陽光板固定于支座模塊上，最后在自攻釘四周打好耐候密封膠。陽光板支座采用滑動(dòng)模塊的安裝方式，可有效避免陽光板熱脹冷縮時(shí)與自攻釘相互拉伸導(dǎo)致的擴(kuò)孔問題。

3.4 鋁復(fù)合板檐口施工工藝

3.4.1 內(nèi)場檐口

內(nèi)場檐口主要由鋼骨架、幻彩鋁復(fù)合板組成，其頂部與金屬屋面板交界，底部與膜結(jié)構(gòu)交界。由于內(nèi)場檐口裝飾完成面到主鋼結(jié)構(gòu)環(huán)梁的距離為變值，導(dǎo)致骨架構(gòu)件尺寸長短不一，單榀支撐架大小不一，安裝定位也較為復(fù)雜（圖14）。

圖14 內(nèi)場檐口單榀支撐架類型

為解決上述問題，內(nèi)場檐口骨架及部分裝飾板施工安裝時(shí)采用單元式施工工藝，在場芯地面將單榀支撐架、環(huán)向骨架及部分裝飾板組裝成46個(gè)（6～9） m×1.5 m×0.6 m、質(zhì)量250～350 kg的吊裝單元，吊裝單元組合就位后，進(jìn)行裝飾板補(bǔ)空安裝（圖15）。

圖15 內(nèi)場檐口吊裝單元

3.4.2 外懸挑檐口

外懸挑檐口骨架同樣采取單元式施工工藝。吊裝單元分A、B兩種單元形式（圖16），在地面設(shè)置拼裝胎架，同步測量控制拼裝精度。

圖16 外懸挑檐口吊裝單元

鋁復(fù)合板的加工工藝要求較高，板塊折邊前需進(jìn)行刨槽處理，折邊之后還需要對(duì)折邊進(jìn)行加固，并設(shè)置加強(qiáng)筋，加工工序多、刨槽精度要求高、加固材料類型多、加工周期較長，施工前需充分考慮其周期對(duì)施工進(jìn)度的影響。受多因素影響，鋁復(fù)合板平整度控制難度較大，板塊不宜過寬過長。如特別需要，需在折邊內(nèi)側(cè)設(shè)置繞板邊一周的通長鋁合金副框，配合加強(qiáng)筋組成一體化板塊。

因吊裝位置空間有限（檐口底面與幕墻頂面之間空間高度僅1.6～1.8 m），骨架單元吊裝時(shí)，采用汽車吊提升、配合卷揚(yáng)機(jī)及手拉葫蘆安裝就位的吊裝方法，多區(qū)域同步施工。骨架單元板塊吊至實(shí)際檐口高度后，采用卷揚(yáng)機(jī)將單元骨架向場芯方向拉至安裝面，然后用吊帶將骨架單元臨時(shí)固定于主鋼結(jié)構(gòu)鋼梁上，吊機(jī)脫鉤后再用手拉葫蘆將骨架提升至單元連接定位點(diǎn)，骨架單元安裝完成后在場外采用登高車進(jìn)行鋁復(fù)合板的安裝（圖17）。

圖17 檐口裝飾板安裝

4 結(jié)語

1）對(duì)于主鋼結(jié)構(gòu)為張弦結(jié)構(gòu)、對(duì)屋面荷載較為敏感的屋蓋體系，屋面施工時(shí)采用分區(qū)對(duì)稱施工工法，可有效降低屋面荷載對(duì)主鋼結(jié)構(gòu)變形的影響。

2）屋面系統(tǒng)的施工均為高空作業(yè)，施工安全要求較高，施工前對(duì)屋面各系統(tǒng)進(jìn)行分解與整合，盡可能地采用單元式施工工法進(jìn)行吊裝，可有效降低施工操作風(fēng)險(xiǎn)，提高施工工效，節(jié)約工期，降低措施費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。