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1、马鞍形屋面铝镁合金板施工技术杨东 宋敏 朱治国苏州二建建筑集团有限公司钢结构分公司【摘 要】：本文着重介绍了双曲异型屋面的设计方案确定及施工方法的概述【关键词】：双曲屋面施工 屋面设计方案确定 铝镁锰板施工 1 工程概况 太湖游客中心屋面工程，工程造型独特，外形美观，结构落差大。屋面平面长约115米，宽约71米，屋面为马鞍形双曲面设计，投影面积约为6450平方米。屋面顶标高最高约为32米，最低约为13米。整个屋面近似马鞍形，屋面板做到即美观又实用，对于此种复杂情况是一个挑战。双曲面的各点曲率不同，给屋面板的安装质量带来了巨大的挑战。屋面工程施工工期为2012年9月20日至2012年12月20日
2、。建成后将成为苏州太湖旅游区的旅游集散中心。该工程为我公司创优项目。效果图（见图1）a屋面俯视效果图b屋面侧视效果图图1屋面效果图2 工程重点难点本屋面工程从设计至施工过程无案例可查。屋面的高落差及双曲面设计，为檩条、屋面板及支架施工都带来了很大挑战。3 设计方案选择3.1 屋面板布置方案确定常规屋面板的铺设方案为平行屋脊方向铺设、垂直屋脊方向铺设。3.1.1 方案一：平行屋脊方向铺设；屋面板平行屋脊方向铺设方案：需要在屋面中轴线上设置一条天沟，将屋面积水排至低处。这一方案优点为： 需要的板长度较短，便于施工。 屋面基本无积水。 缺点为： 雨量大时板内排水困难，会出现漫水现象，屋面似梯田。 屋
3、面天沟设置不美观，影响整体效果。3.1.2 方案二：垂直屋脊方向铺设屋面板，采取垂直方向铺设屋面板：天沟为外侧环向布置。这一方案优点为： 排水顺畅。缺点为： 屋面坡度大，水流速度过快，会冲出屋面。 积水点过多无法解决。经过方案比对，这两个方案均不理想。不能达到预期效果。3.1.3 方案三：屋面板与屋脊成一定角度的斜向布置，在模型中将结构标高一一列出找出最佳排水角度，使屋面无积水，经过反复比对选择屋面板铺设角度与轴线成约4165。在这一角度上屋面板不存在积水现象。但是在4165范围中可以使用的角度仅限于4150左右，如果角度增加将使板材跨越距离变大，不利受力，因此选择45。此种屋面板铺设优点：
4、排水高差小，水流速度不大， 屋面无积水点， 排水顺畅。缺点：使用较长板材，加工、安装困难。方案三是比较理想的，存在困难也是能够克服的。因此选择这一屋面设计方案。见图2图2 屋面板铺设方案图3.2 屋面板铺设顺序方案无论采取什么样的施工方案，必须保证屋面板与轴线成45度角。施工前制定了几种施工顺序方案：3.2.1 方案一，由屋面分水岭开始安装，此方案有以下优点：板材长度接近最长板，从此位置开始施工能够很好地保持板材安装的直线度，控制板材的镰刀弯曲，为支架的安装带来方便。此方案的缺点：施工人员安全风险很大。中间一侧向5轴侧安装时，还存在需将每张板掀起，将下一张板肋插入已安装板下的情况，由于板材较长
5、，且支架容易将板肋卡住，不但施工难度大且施工进度缓慢。见图3：图3 大肋先施工示意图3.2.2 方案二，由5轴侧最低点依次开始向上安装，此施工方案有以下优点： 顺序安装，安装工序简单、 施工人员安全维护简单。缺点： 由于屋面曲线变化复杂，先安装短板，要保证板材安装的直线度及与轴线的角度将会非常困难，需要先整体测设支架安装位置然后施工。见图4a方案1 b方案2图4 屋面板铺设顺序示意图经过以上两个方案的比选，优先选择方案二。3.3 板材选择一级游客中心位于太湖畔，空气湿度大、气候环境恶劣，需要耐腐蚀板材、结构落差大，屋面曲线变化复杂，需要柔韧性能好的板材，为人流密集的公共建筑，需要外观美观。按照
6、游客中心屋面的要求，将拟选用的两种材料进行比较。见表一 表一 直立锁边铝镁锰板与彩钢板性能比较表项目彩钢板直立锁边铝镁锰板材质密度为7850kg/m，材料硬度大，韧性差。易生锈、理论使用年限为10年。密度为2700kg/ m材料硬度低于彩钢板，但韧性优于彩钢板，易于施工。 表面形成氧化膜，有防锈蚀能力，理论使用年限为25年50年。表面处理及使用性能表面必须进行涂漆处理（PVDF、SMP、PE、PVC等。 安装后有外露螺钉、易生锈，影响防水性能、影响美观。材料韧性差，自由伸缩性能差，安装长度受限。 较缓坡度防水性能差。表面可分为非涂漆（锤纹、压花、预钝化氧化铝表面处理等）和涂漆类（PVDF、SM
7、P、PE、PVC等） 无外露螺钉、防水性能好、外观观感好。材料韧性好可自由伸缩，不受长度限制。 较缓坡度下防水及排水性能好防雷与消防一般不能直接作为防雷接闪极，需另外设置。 屋面板熔点过高，不利于排烟，有利于火势在室内蔓延。屋面系统与结构整体的防雷体系紧密连接，可作为防雷接闪极。 熔点低，有利于排烟、有利于火势向外蔓延。防火性能通过了欧洲的防火实验，等级达到AA级。施工性能搭接施工，屋面开洞处理复杂，防水隐患大。可焊接、胶粘连接、以及铆接等，整体性好，屋面开洞处理简单，防水效果好。循环利用可利用性差，残值低。几乎可以做到100%回收利用，环保性好经过以上板材的比选， 选择直立锁边铝镁锰较为合理
8、。板型选择直立锁边415型屋面板。见图5图5 屋面结构构造图4 屋面施工方案4.1 压板机布置方案按照屋面板布置方案三及屋面板铺设顺序方案二结合屋面的特点，采用整张板材对于防水及外观效果极为有利。但屋面板材最长达到90米，这对于屋面板制作、安装、运输来说难度相当大。屋面板必须在屋面成型。本建筑附近无其他建筑可以利用，只能搭设平台来满足板的制作及垂直运输需求。考虑到支架成本及场地情况，选择F轴-5轴外侧，屋面最低点，压板机头对向屋面，方向尽量与板方向相同，在满足板材长度要求后，最大限度减小压板机与屋面的倾角。支架采用工厂制作的可以回收利用的组合支架，现场组装。布置图见图6压板机支架设计：压板机支
9、撑平台需要放置压板机、卷板。设计荷载约为15吨。压板机放置于12米*2.35*2.4米集装箱中，平台尺寸设计为15米*2.5米。支架采用14节组合支架现场拼装。设计图见图7，施工完成图见8图6 压板机布置图图7 压板机支架设计图图8 支架安装完成图4.2 屋面檩条施工屋面造型复杂，曲线变化对于维护结构的安装要求相当高。屋面檩条系统的设计要确保屋面系统结构安全可靠，同时还要合理布置，满足屋面板系统的支撑及节点连接要求。构造形式及连接要简便灵活，既要方便高空安装，又能适应屋面曲面变化。按照屋面板的布置方式，檩条与屋面板垂直布置，支撑点采用网架球结构节点，檐口处檩条加密，檩条布置与单元格上弦杆成45
10、度角。檩条总体布置图如图9 所示： 图9 屋面檩条布置图网架支托方向采用球节点处曲面的法向方向。球中心至支托盘顶高度，屋面统一。这样就方便了檩条安装时的标高施工。檩条与网架支托通过檩托板螺栓连接。檩条的加工采取最短单元长度加工，即每檩托间距设为一根檩条，檩条拼接间距控制在10mm之内。檩条加密区域，檩条会出现与弧面的标高偏差。檩条的标高控制点为空间网状结构，屋面曲率大，等高线密，冷弯薄壁型钢檩条无法进行弯弧加工，只能在固定座底部加不同高度的几字形小支托来进行调节。小支托采用2mm镀锌板制作，高度为5mm30mm， 高差为5mm。4.3 屋面板支架安装 4.3.1 支架轴线测设由于屋面造型复杂，
11、曲面多变，屋面檩条变化曲率大，因此现场测量放线一定需要全站仪进行主要控制点的测设，确保每一部位支架坐标与设计吻合。根据工程实际情况，制定测量方案。测量方案如下：我们将屋面根据曲面的变化分为七个区，使用全站仪进行每5张板测设五个点，中间使用经纬仪、钢丝、钢尺、配合对支架安装点进行加密，对支架的轴线和标高进行测量。支架轴线测量：以三区支架轴线3-3为例。以5轴与C轴交点为原点建立测量坐标系。设原点坐标为(x,y)(0,0)。在轴线3-3上选取5个有利的控制点，于1：1图纸中计算5个控制点坐标 。依次为：(13.936,7.058);(26.253,21.355);(37.898,34.879);(
12、48.259,46.938);(62.507,63.493)；将此5个控制点测设于屋面檩条上。然后将经纬仪架设于控制点，对轴线加密，配合使用钢丝检查各点是否正确。同理依次测设其他轴线控制点，并进行加密。相邻两轴线各点加密完成后，将同檩条上两轴线间距离均分。即得两轴线间5张板的全部轴线控制点。见图10图10支架坐标系及坐标4.3.2 支架标高测量支架标高主要为檩条标高的复测及修正。于网架模型中计算出球节点法向方向支架底标高（见图11）。施工现场对此标高进行复测，并修正为设计标高。修正完毕将各点间用钢丝拉网，来建立标高网（以小区域实施为宜），支架采用高度分别为由高100125mm（高差5mm）来调
13、节误差为正部分（见图12）。另外，采取在固定座底部，加不同高度的几字形小支托来进行调节误差为负部分。小支托采用2mm镀锌板制作，高度为5mm30mm， 高差为5mm。图11上弦球节点标高布置图图12标高调节节点示意图图13 T型支架施工图4.3.3 屋面板宽度选择本工程要求415型屋面板，根据屋面支架的测量结果，可以得知同一张屋面板的安装宽度由405465不等（图14）。屋面板安装宽度直接影响到屋面板的抗风性能，还会影响到面板的纵向自由伸缩。 经试验当板材安装宽度在约+10-10mm左右时不会对板材性能产生影响。即415型屋面板安装偏差为+10-10mm。测量结果显示同一张板误差最大达到60m
14、m（图15），这就要求板材一端必须比另一端宽约为60mm，利用板材自身宽度变化显然不能满足使用要求。只有使用定尺板材，订制有大小头的基板，基板大头需要比小头大40mm才能压制出满足要求的扇形板。图14同一张板不同坡度水平距离示意图图15曲面水平展开示意图 以施工方便为原则，板材规格尽量少、以节约成本为原则，扇形板用量要尽量少。按照屋面系统的坡度不同，利用板材自身宽度调整及扇形板的配合，根据支架测量方案将屋面板划分为若干区域，以控制镰刀弯在10mm以内。见图16 区域一：屋面板自身宽度调节能满足要求。区域二：少量使用扇形板即可满足安装要求。区域三：完全使用扇形板区域。图16屋面板区域布置图4.4
15、 板材压制及运输压板机直接与屋面对接，板材成型后顺屋面坡度直接运至屋面。屋面板压制区域采用0.7mm760型角弛三型屋面板作为行走道板。一侧使用60钢管做维护栏杆立柱，中间使用绳索连接，方便系挂安全带。机器出口使用滚轴支架，板材行进路径下方放置废弃保温棉，放止划伤漆面，人员配合帮助机器向屋面送板。板材压制完成，每3米安排一名人员共同搬运屋面板，防止板材变形。见图17图17 板材压制施工图4.5 屋面板的铺设在屋面檩条及天沟施工完成后即可进行屋面板的施工，屋面板施工顺序为：标高轴线测设T型铝合金支架安装保温棉安装洞口处理及配件安装直立锁边铝镁锰板的制作直立锁边直立锁边铝镁锰板的运输及安装收边处理及防水板安装。标高轴线测设及T型支架安装前面已经详细说明，这里不再赘述。保温棉
