异形双曲面金属屋面空间结构施工技术研究

2019-05-25刘文禄

城市建筑空间 2019年11期

刘文禄

（中铁十六局集团置业投资有限公司，江西南昌330013）

0 引言

随着我国社会经济及城市建设的发展，以及人民生活水平的不断提高，大型场馆等公共建筑不断涌现。在大型公共建筑中，双曲面空间结构屋面是应用比较广泛的一种结构形式。由于母座数量及T码数量多，在加工安装时定位坐标较多，给质量、工期及观感带来很多不利影响。

1 工程概况

某文化体育会展中心项目总占地面积约163亩，总建筑面积约50 000㎡，主要包括艺术楼、体育馆、游泳馆、展示馆、体育场和1个连廊，如图1所示。混凝土主体均为框架结构，其中体育馆上部屋面结构主要为1.0mm厚直立锁边铝镁猛板与0.6mm厚压型镀铝锌穿孔钢底板，结构形式采用主次檩条支撑系统，为大跨度异形曲面结构。屋面结构分室内金属屋面系统、室外金属屋面系统、檐口系统、天沟系统、避雷系统及天窗系统。由于本工程跨度大，外观新颖复杂，整个建筑外立面由不规则双曲面构成，顶部设置天窗，主次入口造型变化十分复杂，整个施工关键工序在于测量放线定位，拟采用先整体后局部、母座与T码极坐标定位、曲面顶板及双曲面立面板弧度控制板定位的测量定位。

2 技术特点与适用范围

异形双曲面金属屋面空间结构施工技术具有以下特点：平面控制网按照“先整体后局部、高精度控制低精度”的原则进行，因地制宜，综合考虑前期及后期需求，合理布置平面控制网及高程控制网；母座数量多，定位量大，精度要求高，其关系到檩条及T码的安装，因此采用极坐标方法进行定位；T码数量多，定位量大，精度要求高，采用极坐标方法进行定位，且需与压型底板同步进行，否则将导致误差增大至难以控制曲面度；采用极坐标方法进行顶面与立面定位，在保证屋面曲面不变的情况下，在檩条线上移动母座至钢构上固定，既能保证曲面质量又能提高施工效率。

该技术适用于对所有设有双曲面金属屋面结构的体育场馆、大型客运站、工业厂房等大型公共建筑的曲面铝镁猛板安装施工。

3 工艺原理

大跨度异形桁架空间结构的安装，在开始安装阶段因未形成完整稳定的结构体系，需设置临时固定设施或临时支撑架，在形成一个稳定体系单元以后，再顺次扩展安装范围。本工程采用分段吊装桁架工艺，在分段节点处设置临时支撑架固定，并在水平方向用第一榀边桁架与框架柱预埋件及两榀主桁架相连，吊第二榀桁架时与第一榀桁架相连，保证了结构的稳定性和施工作业的安全性。

如果采用地面拼装、整榀吊装工艺，有利于结构的稳定性，并且速度快、效率高，但需配置更大型号的起重设备，成本相对较高；如果采用高空散拼工艺，高空作业量大、工期长、支撑措施成本高；而采用“地面拼装、分段吊装、高空合拢”的钢桁架安装工艺，是质量、工期、成本、安全性等各方面综合最佳的施工工艺。

4 工艺流程及操作要点

工艺流程如图2所示。

图2 工艺流程

4.1 檩条施工

檩托采用焊接在原钢结构上表面，由于本工程整体造型呈不规则曲线，为保证整体最终外观曲率达到设计要求，特别是为后期屋面板提供合格的承载面，钢檩条的安装一定要准确。

4.2 底板施工安装

本工程采用底板0.6mm厚压型钢底板，板型YX210－25-840，安装于檩条下方。底板安装完成面不得出现板面不平整、搭接错缝、搭接处不完整、板肋对接扭曲等现象。底板在现场压制成型，在搬运时一定要注意保护底板的外部涂层，防止漆面被刮花。

底板安装采取从山墙边线处开始，从一侧向另一侧展开施工或从中轴线向两侧展开施工。安装时，以山墙檐口处骨架（屋面中轴线）为基准线，以确定底板的安装起始定位，以防止出现搭接错缝、板肋歪斜等现象。

具体安装流程为：安装准备→安装作业平台设置→安装前对钢结构及建筑标高等进行复测→屋面底板运输（运至安装作业面）→放基准线→首块板安装→复核→后续屋面底板安装→复核安装精度→后续底板安装→再次复核→后续底板安装→安装完成后的自检、整修、报验。

底板安装完后应注意底板的成品保护，施工人员严禁直接踩踏底板，后序工序施工时要对底板采取保护措施。

4.3 隔汽膜铺设安装

本工程要求在压型底板上方加设1道隔汽膜。施工顺序及流程为：拆包检查→上料→清理底板上杂物→铺装→边角处理→裁切→清理。隔汽膜铺设应从檐口自下而上逐卷进行，上卷边缘应重叠在下卷边缘之上，每卷重叠搭接宽度不少于50mm。在坡屋面上应垂直于顺水条方向铺设，不宜太紧或太松，以自然展开。

4.4 玻璃纤维保温棉施工

保温棉铺设前先设计好铺设方式，根据铺设方式计算尺寸裁剪下料，裁剪边缘直线误差不大于5mm，拼接缝不大于2mm。铺设时从屋面一侧开始，依次向另一侧进行，相邻2块保温棉的搭接缝应错开，在端部和边缘处应确保铺设饱满密实，在坡度较大处用铁丝固定，防止下滑。

施工的关键是防水，为防止保温材料长时间暴露，施工时必须严密组织、集中施工，尽量减少保温材料暴露时间，同时准备防雨苫布，施工完后及时将未覆盖的保温吸声材料临时覆盖，以防夜间被雨淋湿。施工时应严密关注当地天气情况以避免雨天施工。

铺设时注意必须铺设严密，接缝处不得镂空，缝隙不大于2mm，如坡度过大可采用搭接，防止形成冷桥。

保温棉铺设尤其要重点保证边角部位的施工质量，如屋面与天窗交口处、山墙边、泛水外、边缘立面封堵等部位，这些部位是施工中容易忽略的部位，而冷气正是从这些部位侵入室内影响整个屋面的保温效果，因此是施工过程中的重点控制部位。

4.5 屋面板安装时变形控制方法和措施

本工程屋面板长度较长，安装过程各个环节易造成屋面板板面横向扭曲，板肋凹陷变形等质量问题。针对屋面板安装的主要环节制定以下预防措施。

1）板材压制环节板材现场压制时，至少需要4个操作人员，1人在悬挂铝卷处监察，防止铝卷拆卷时因吊挂架晃动、移动等造成铝卷扭转变形；操作台处的人员需按照安装设计尺寸严格控制压制参数，根据板材压制进度，随时调整；压板机中间需要1人监督压板机运转情况，避免由于压板机机械故障造成屋面成型板的损坏；支托架处的操作人员需控制压出屋面板顺利在支托架上滚动，及时调整支托架位置，根据屋面板长度放置支托架数量。

2）现场运输环节加强运输过程中的成品保护，根据板材长度选择合理的运输方式，防止运输过程中屋面板挠度过大、相互挤压等现象出现。

3）屋面安装环节屋面支座安装是屋面板安装前的关键工序，支座安装质量好坏直接影响屋面板安装是否平整、顺直。支座安装时首先根据设计图纸在檩条上放出每个支座的安装位置线，支座的安装角度也需要用全站仪进行定位，防止支座出现偏移、扭转、翘曲等；在屋面板安装前，在天沟和屋顶处进行放线排板，第1块板放线必须采用尼龙绳，保证尼龙绳和屋脊垂直（检查方法：线绳和檩条一定要垂直），保证屋面板和屋顶轴线垂直。放线可保证屋面板安装后尺寸不会变形过大，保证屋面板有效尺寸及屋面锁边质量。按照事先画好的线，找出中支位置，每根檩条上固定中支，拉线绳保证中支支架在一条直线上，把屋面板中心波峰对准中支位置放下，用力使中支掐住波峰，然后固定边支（边支固定后检查固定座的连接片是否位于槽的中间，如不在中间应调整到中间位置，保证屋面板在温度变化时可滑移）；第1块屋面板安装时确保垂直平行，同时检查进入水沟长度要符合设计及规范要求；安装第2块屋面板时，第2块板的母槽扣在第1块板的公槽上，放下屋面板（检查屋面进水沟长度，与第1块保证一致，可在檐口拉线，保证檐口板在一条直线上），然后固定边支座，按照同样方法依次进行安装。安装过程中随时检查是否垂直平行，同时屋面板铺设屋脊两边的板应对齐，有问题及时调整。

5 效益分析

5.1 经济效益

1）与传统架手架搭设相比，本项目采用可移动式吊篮，节约大量钢管租赁，并减少大量支撑架搭设与拆除工作量，节约成本费用约36.7万元。

2）与传统搭设架手架相比，减少钢管支撑架量，节约支撑架占地面积，为其他工种及机械作业提供方便、提高机械利用率，节约费用约3.2万元。

3）成型吊篮可重复周转使用，适用于各种复杂环境，节约成品维修费约1.2万元。

4）金属屋面施工优质高效。此工艺作业条件改善，拼装质量易控制，安全风险低，施工效率提高近一倍。提前20d完成节点工期，各项管理费用降低约5.6万元，并获业主奖励10万元。

5.2 社会效益

采用“先整体后局部、高精度控制低精度”的施工工艺进行异形双曲面金属屋面空间结构施工，能够解决该文化体育会展中心体育馆大跨度异形双曲面金属屋面钢桁架高精度测量定位、快速提高施工工效、高质量保证双曲面弧度质量等一系列施工难题，优质高效地完成金属屋面施工，同时达到节省成本、加快进度、确保安全的目标，获得监理单位、设计单位、建设单位及当地政府的高度评价，取得良好的社会效益。