金属屋面上的开启式采光天窗施工技术

中铁建工集团有限公司西南分公司 贵阳 550002

1 工程概况

新建重庆北站位于重庆市北部新区，为贯穿龙头寺火车站南北的城市通道和机场快轨。屋面为铝镁锰板金属屋面，高架候车层上方金属屋面采用电动开启式采光天窗加强采光、通风、排烟效果。本工程建筑面积79 945 m2，其中金属屋面建筑面积约35 154 m2，采光天窗建筑面积8 909 m2。

整个高架候车层采光天窗共28跨，站房分为三期施工，其中一期共有11跨采光天窗，每跨间距5 600 mm左右，伸缩缝采光天窗跨度为6 600 mm，其长度为49 m。金属屋面采用厚0.90 mm直立锁边65/400型铝镁锰金属屋面板。采光天窗由支撑结构、面材组件和行走机构3大系统组成。其中，主支撑结构为钢结构体系，由钢方管焊接而成，次支撑结构为铝龙骨，作为面材的直接支撑构件；面材为玻璃和铝单板，玻璃为LOW-E钢化夹胶中空玻璃，铝单板则用于收边收口；行走机构又由行走部件（推拉杆）、驱动电机和控制系统组成，从而实现整个天窗的开启和关闭。采光天窗玻璃采用（6+12A+6）mm的钢化中空LOW-E玻璃（侧面玻璃）及（8+16A+6+1.52PVB+6）mm的钢化中空夹胶LOW-E玻璃（顶面玻璃），LOW-E膜在从室外开始第2面，夹胶玻璃在室内侧[1,2]。

2 工程特点

1）采光天窗钢骨架采用定型化加工安装，提高工作效率。

2）金属屋面增加开启式采光天窗，其交界部位处理不好会对屋面造成漏水隐患，本工法施工工艺针对此难题进行了节点处理，解决了该难题。

3）减少照明灯具、通风空调等设备，降低能耗，采用电动装置，智能控制。

4）根据伸缩位移，采用滑移支座，解决伸缩变量。

3 研究操作要点

本文主要针对大型车站的铝镁锰板金属屋面采光天窗施工安装。

1）伸缩缝位置采用滑移支座，避免热胀冷缩造成对屋面的拉裂或影响结构受力。

2）开启扇与金属屋面交界部位采用披水板放坡处理，保证排水，避免积水造成的渗漏[3-5]。

3）采用电动开启装置，节省照明及通风、达到排烟要求并降低能耗，能保证消防防火要求。

4）钢结构桁架吊装过程中，提前根据图纸及三维放样图将采光天窗的钢骨架焊接完成，并与金属屋面的檩条同步焊接于钢结构桁架上，采取同步吊装作业。采用整体提升方式，节约工期、节省吊装设备等。

4 主要技术创新措施

4.1 钢骨架焊接整体吊装施工

本工程属于分阶段穿插施工，现阶段施工一期钢结构工程，且二期主体结构也在同步进行，因此在钢结构及金属屋面吊装完成后即进行塔吊拆除，重新安装至二期施工部位。本项目场地狭小，站房两侧其余单位施工的站台、雨篷均已进行吊装施工，现场无法摆放多余吊车。按照常规，钢结构及金属屋面施工完成后再进行采光天窗施工，但由于无法摆放吊车，在楼层安放吊车需对既有结构进行加固，且影响下部结构装修施工，因此本工程采用同步吊装的施工方案。

根据金属屋面坡度，在CAD图纸中将所有天窗骨架绘制成三维图纸，将所有支座变量进行计算并在楼层标识位置进行标注。

1）根据现场测量放线的部位，把钢架支座在钢结构桁架上安装到位。

2）将焊接好的钢架吊装并临时固定于钢架底座上，即钢结构桁架与金属屋面檩条上方。

3）根据深化图纸中金属屋面坡度及标高的要求，用经纬仪与水准仪复测是否位于同一标高及同一水平面，不符合图纸要求的进行调整，等完全调整到位后，再把钢架与钢结构桁架与金属屋面檩条完全固定，固定完毕后把焊缝焊渣清理干净，刷2遍防锈漆进行表面处理。

4）将所有钢架进行焊接并检查无误后，使用钢结构吊车将钢桁架、金属屋面檩托、檩条及钢架同步吊装，吊装至相应位置后进行焊接。

4.2 伸缩缝处理

4.2.1 伸缩缝构造

根据施工图纸，金属屋面伸缩缝沿采光天窗一周，其采光天窗两侧伸缩缝按照原金属屋面图纸相应做法进行施工，采光天窗处位于伸缩缝一端，采用滑移支座来保证纵、横向伸缩的位移。根据结构受力计算分析，平行于采光天窗东、西向伸缩位移为100 mm，垂直于采光天窗南、北向伸缩位移为300 mm。通过2个滑移支座进行滑移，且在该处采光天窗底部增加200 mm×200 mm×8 mm矩形方通来保证该采光天窗同时滑移，避免了因滑移造成采光天窗自身钢架的变形（图1）。

图1 伸缩缝采光天窗滑移支座施工大样

4.2.2 滑移支座构造

本工程采用双向滑移支座，具有万向转动、万向承载的优点；采用双向抗拉、抗剪的特殊结构，具有能抗地震烈度9度的能力。其支座主要由上支座板、不锈钢板、四氯乙烯滑板、中间钢板、曲面滑板、L形拉板、中间拉板、连接螺栓及下支座板组成。支座上、下均设置单项滑移槽，滑移槽是由L形拉板、不锈钢、四氯乙烯滑板组成的摩擦副，上滑移槽的方向为X向，下滑移槽的方向为Y向，并在X、Y方向的位移限制处设置限位装置。

4.2.3 滑移支座抗震原理

在地震作用下或混凝土收缩徐变引起的位移，可由X、Y方向的上、下滑移槽，通过滑移进行释放，当罕遇地震发生时，上部结构作用力及位移增大，支座具有限位移性能，可保证上部结构在罕遇地震作用下不会滑出，从而保证结构安全（图2、图3）。

图2 滑移支座主视图（1/2剖面）

图3 滑移支座侧视图（1/2剖面）

4.3 防水节点处理

采光天窗主要为三角形状，其面材由玻璃、铝板组成，其顶部水平面及两侧为玻璃，背部竖向开启扇为玻璃，其余收边为铝单板。作为整体开合式采光天窗，其整体及屋面节点防水和玻璃面层的排水是设计时必须考虑的重点。这是因为天窗作为整体屋面以外的外围护结构，其直接受雨面影响，本身存在漏水隐患，而需要大面积开合的采光天窗，其天窗开合的链条等又必须存在开启和关闭可行走通过的间隙，漏水的可能性就更大。由于该采光天窗位于金属屋面，金属屋面开洞后极易造成雨水渗漏隐患。

该工程防水节点主要为以下几个部位：顶部水平及侧面玻璃自身密封性；顶板水平玻璃与顶部、底部收边铝板节点处理；竖向铝板底部与金属屋面交界处防水节点处理。相应措施为[6-8]：

1）顶部水平玻璃幕墙按照隐框玻璃幕墙及验收规范进行安装固定，且严格按照图纸坡度进行安装，安装完成及调平后进行注胶处理，保证满足玻璃幕墙的“四性性能”。

2）采光天窗顶部收边铝板与顶部玻璃幕墙收口处用自攻钉固定后进行打胶处理，保证注胶密封性。收边铝板下口在其最外端设置滴水檐，避免雨水沿铝板底口倒流入室内。

3）竖向底部收口铝单板和采光天窗正立面与金属屋面交界部位为不锈钢天沟，采光天窗背立面与金属屋面交界处为常规金属屋面。

（1）其正立面防水节点处理措施为：铝单板弯折，与不锈钢天沟平行且长度伸入不锈钢天沟，保证雨水可顺着铝单板流入不锈钢天沟，且在铝单板内侧增加厚1.5 mm镀锌钢板，用以固定内侧保温岩棉，其长度也伸入不锈钢天沟，保证不会因为积水导致雨水渗透保温岩棉而滴入室内，如图4所示。

图4 钢架正立面铝板收边节点做法示意

（2）采光天窗背立面收边铝单板防水节点处理措施为：收口铝单板按照3%放坡，且弯折90°至金属屋面，在其内侧增加批水铝板，外侧铝单板与金属屋面注胶密封。收边铝板内侧保温岩棉用防水胶皮固定且底部用厚1.50 mm镀锌钢板固定，全部用角码连接，避免雨水渗透至保温岩棉流入室内（图5、图6）。

图5 钢架背立面铝板收边节点做法1示意

图6 钢架背立面铝板收边节点做法2示意

5 结语

在当下高速铁路快速发展阶段，每个大型车站的聚集人数越来越多，在建设过程中对排烟、采光、通风的要求越来越严。而一味地增加排烟扇、照明灯具、通风空调等会增加能耗，不仅造成资源浪费，而且还对大气造成污染。

因此，在大型车站建设中，屋面增加开启式采光天窗可以很好地减少排烟扇、照明灯具、通风空调的使用量，在保证整体空间排烟、采光、通风的情况下，还降低了能源消耗量。