大跨度桁架钢结构金属屋面施工技术

刘 刚，翁邦正，陈 博，庞 拓，李 洪，朱鹏举

（中国建筑第二工程局有限公司 西南分公司，重庆 400023）

钢结构金属屋面普遍用于体育场馆、室内乐园、机场航站楼、博览场馆等大型基础设施建设领域。由于大量游乐设备布置和游客群体活动场地的需要，室内游乐园往往需要大型无柱开敞空间，大跨钢结构金属屋面则是设计和施工的重点，大跨屋面钢结构承重体系常落在主体框架上，而室内乐园大量的主题包装则集中在四周墙体。此外，大跨屋面还需要解决好排水、积雪清除、屋面清洁、设置开启扇等问题，而钢结构金属屋面在防水、防渗、抗风、排水、保温、隔声方面有着明显的优势，且钢结构金属屋面在实施和使用过程中能承受风压、雪压等外部环境因素影响，屋面可承受设计范围内的恒荷载或风荷载，便于屋面灰尘清洗及积雪铲除等人工作业活动。同时，室内乐园需考虑均匀采光采热的需要，钢结构金属屋面进行设计优化，布置合理的采光窗，便可满足室内采光采热的需求。

1 工程概况

昆明万达文旅城项目海洋乐园总建筑面积4.2 万m2，其中地上建筑面积3.4 万m2，地下建筑面积0.8 万m2，海洋乐园采用现浇钢筋混凝土框架结构，屋顶为钢桁架金属屋面，设计使用年限为50年，抗震设防烈度为8 度。

乐园金属屋面由屋面板、隔声层、防水透气层、保温层、隔汽层、铁丝网、中层板、支撑次檩条、支撑主檩条、吊顶支撑龙骨、吸音层和底板组成。

天沟采用2.0mm 厚不锈钢（316） 制作，在对接处采用氩弧焊焊接。天沟龙骨采用50×50×4mm 方钢管、100×50×4mm 矩形管、50×50×4mm 等边角钢，材质为Q235B。天沟保温采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃丝布。底板材质Q235B，双面镀铝锌层厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。附属材料有不锈钢焊丝、E43 结构焊条、5mm×16mm 铝拉铆钉、5.5mm×25mm 碳钢自攻钉等。

设计依据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》，金属屋面的建筑物宜将其金属屋面板直接作为接闪器，再利用镀锌钢带将铝合金支架和屋面的檩条系统联通。

2 屋面系统安装施工

2.1 金属屋面抗风系统

金属屋面抗风夹具纵横向剖面如图1 所示。

1）沿屋面四周布置抗风夹，作为补强加固措施，距屋面外廓线6m 范围内布置。

2）抗风夹具沿屋面纵向间距1 500mm 布置，沿屋面横向400mm 布置。

3）抗风夹具长度100mm，每件配2 颗M8×30 不锈钢螺栓。

图1 金属屋面抗风夹具纵横向剖面图

2.2 金属屋面避雷系统

根据《建筑物防雷设计规范》中的规定，金属屋面板下无易燃物，且面板厚度不小于0.5mm时，其屋面板可作为接闪器，屋面避雷引下点以10m×10m或8m×12m间距分布于整个屋面（图2）。

图2 金属屋面避雷节点详图

钢结构金属屋面板（0.9mm 厚的锰镁合金板）需外包铝合金支座（铝支架），铝合金支座与金属屋面的次檩条相连接，但铝合金支座与金属屋面次檩条支架需安置隔热垫。40×4.0mm 扁钢带作为引下线，每个扁钢与铝合金支座通过2 个不锈钢自攻螺钉5.5×32mmm 连接，每个扁钢另一端与金属屋面次檩条通过2 个不锈钢自攻螺钉5.5×32mmm 连接。每个铝合金支座隔热垫通过4 颗不锈钢自攻螺钉5.5×32mmm 与金属屋面次檩条连接。从而形成联通的系统。

2.3 金属屋面排水系统

金属屋面通过屋脊纵向找坡，将屋面雨水排至屋面横向天沟处，再通过天沟虹吸雨排地漏排至建筑污水系统。金属屋面排水纵坡坡度设计为5%。金属屋面采光窗周圈、山墙、屋面均设计天沟，且天沟底部、侧壁保温采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃丝布，保证金属屋面整体保温性和隔音性。山墙天沟尺寸（宽×高）为：300×200mm，采光窗周圈天沟尺寸（宽×高）为：400×225mm，屋面主天沟尺寸（宽×高）为：600×350mm，屋面斜天沟尺寸（宽×高）为：600×225mm。

天沟左右两侧需设置泛水板，泛水板材质同金属屋面板，从金属屋面“防水透气膜”结构层各边伸入天沟150mm 宽；并在泛水板端头檐口设置泡沫堵头带滴水片。在天沟底部同主龙骨垂直方向设置L50×50×4mm 的镀锌等边角钢，间距@1000mm，作为支撑龙骨架。

天沟龙骨、天沟板、天沟底板、支撑龙骨架材质均为Q235B 级，且均需进行镀锌处理，镀锌层厚度不小于65μm，防止锈蚀。

2.4 金属屋面结构层主檩条安装

如图3 所示，金属屋面结构层做法由下至上做法依次为：底板→吸引层→吊顶支撑龙骨→支撑主檩条→支撑次檩条→中层板→钢丝网→隔汽层→保温层→防水透气层→隔声层→屋面板。

如图4、图5 所示，在原主体钢结构桁架杆（圆管或矩管）上安装金属屋面结构层，金属屋面主檩条与主体钢结构连接，采用C20 槽钢与C10 槽钢。C20 槽钢与主体钢结构（圆管或矩管）焊接，C20 槽钢长度设置为200mm 长，C20槽钢中心线与主体钢结构（圆管或矩管）中心线位于同一垂直面上。再在C20 槽钢上表面侧边焊接C10 槽钢，C10 槽钢侧立高度180mm，再安装金属屋面主檩条（180×100×5.0mm 热镀锌矩管），主檩条一侧与事先侧立焊接好的C10 槽钢焊接，但屋面金属主檩条底面距离C20 槽钢顶面距离保证为60mmm；最后在金属屋面主檩条（180×100×5.0mm 热镀锌矩管）侧边焊接C10槽钢，C10 槽钢侧立高度为180mm。金属屋面支撑主檩条（180×100×5.0mm 热镀锌矩管）顶面较侧立C10 槽钢顶面高出60mm（即侧立的C10槽钢与支撑主檩条焊接长度为120mm）。支撑主檩条间距为1750mm ≤@≤2050mm。

图3 大跨度钢结构金属屋面标准断面图

图4 主檩条固定方式剖面图和轴测图（圆管）

图5 主檩条固定方式剖面图和轴测图（矩管）

金属屋面支撑次檩条焊接于支撑主檩条之上，支撑次檩条尺寸规格为40×80×4.0mm，支撑次檩条设置间距为@1000mm，支撑次檩条安装方向与支撑主檩条安装方向交叉垂直。支撑次檩条顶面标高同支撑主檩条顶面（支撑次檩条矩管高度为40mm 高，事先预留好的C10 侧立槽钢顶与支撑主檩条顶高度差为60mm，满足次檩条矩管焊接安装）。同时，在支撑次檩条垂直方向焊接安装L40×40×4.0mm 镀锌等边角钢用于支撑吊顶龙骨，等边角钢与支撑次檩条安装方向垂直，与支撑主檩条安装方向平行，等边角钢间距为@1000mm，作为支撑次檩条的加固龙骨（吊顶支撑龙骨）。等边角钢L 为40mm 高同支撑次檩条矩管高度40mm，保证次檩条底部平整无凸出、美观可靠。

C20 槽钢和C10 槽钢均为热轧普通槽钢，C20 槽钢与C10 槽钢组合焊接体作为支撑主檩条的安装支座，此种方式牢固可靠。

金属屋面主次檩条焊接安装完成后，在次檩条表面依次施工中层板、热镀锌铁丝网层、隔汽层、80mm 厚岩棉保温层、防水透气层、2.0mm厚隔声毡隔声层、0.9mm 厚氟碳涂层锰镁合金板屋面板层。锰镁合金板安装坡度同屋面排水找坡坡度5%。

2.5 金属屋面采光窗布置

本工程钢结构金属屋面面积约4 080m2，采光窗面积约975m2，占比：23.8%，可满足室内采光采热需求。

3 屋面板加工与安装要求

3.1 锰镁合金屋面板

锰镁合金直立锁边板所采用的材料、品种、规格、性能等应符合现行国家产品标准和设计要求；压型金属板成型后，其基板不应有裂纹，不应有明显凹凸和褶皱；有涂层或镀层不应有肉眼可见的裂纹、剥落和擦痕等缺陷。

锰镁合金板伸入檐沟的长度不得小于150mm。锰镁合金板卷材表面应涂刷氟碳涂层，涂层厚度应符合设计要求（本工程氟碳涂层厚度为40μm）。检查数量：按工程实际总数量5%抽查，且不少于10 件。材料尺寸允许偏差如表1、表2 所示。

表1 锰镁合金屋面板尺寸允许偏差

表2 锰镁合金直立锁边板尺寸允许偏差

3.2 压型彩钢板（底板）

本工程选用0.6mm 厚的YX-28-205-802镀铝锌穿孔压型彩钢板，材质Q235B，孔径大于5mm，穿孔率大于20%，双面镀铝锌层厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。

压型金属板长度的容许偏差不应大于7mm，横向剪切的偏差不应大于5mm。卷板尺寸容许偏差如表3 所示。

表3 加工压型金属板的卷板尺寸容许偏差

4 结语

1）钢结构金属屋面具有防水、保温、隔声、抗风、防坠、防雷、排水、采光、采热等一体化施工优势，在钢结构金属屋面设计、施工时，需对排水、保温、防渗、采光、防雷、隔声等做法进行系统化综合设计、施工，同时，可综合考虑屋面大跨度钢结构的坡度和构件的跨度与金属屋面的深化设计相匹配，在一定程度上可节约金属屋面的钢材用量及便于金属屋面的安装施工。

2）用于固定金属屋面主次檩条的热轧普通槽钢（C20、C10），尤其固定主檩条的C10 槽钢，应根据屋面排水坡度要求，进行深化设计，避免材料切割浪费。

3）屋面天沟在做布局设计时，尽量布置在主钢结构（主檩条）之间，便于天沟主龙骨安装。材料节约及保证天沟结构稳定性。

4）屋面天沟底部需做封板处理，材质同金属屋面底板，保证屋面系统的保温性、防水透气性。并在天沟纵向两侧布置抗风夹具支座，防止屋面风压引起金属屋面与天沟交接处结构松动。

5）在屋面天沟底部中间位置设立通长的L50×50×4mm 的镀锌等边角钢，作为天沟补强措施，并在天沟沟槽侧壁端头布置通长的50×50×4mm 方管作为压顶收头处理。

6）金属屋面的吸音层为50mm 厚的玻璃岩棉，与屋面天沟保温层50mm 玻璃岩棉材料一致，可进行共用，此种设计具有节约材料优点。

7）在斜天沟、山墙天沟屋脊位置采用L50×50×4mm@2000mm 角钢折件对天沟主龙骨进行固定，防止天沟坡度因素下滑。4mm 不锈钢折件在天沟两端1/3 跨处对称布置（即每根天沟主龙骨布置4 个不锈钢折件），不锈钢折件与天沟主龙骨、天沟底板进行满焊。