大型场馆异形金属屋面施工技术

谢 博

（中铁城建集团北京工程有限公司，北京 100024）

0 引言

随着社会的不断发展进步和我国综合实力的增强，各类民生类建筑应运而生。体育场馆建筑更是如雨后春笋般成为各地展现人民风貌的重要体系。在大型场馆的建设过程中，复杂多变的屋面造型成为施工过程中较为重要的部分。其中2022 年北京城建北方集团有限公司张杨等[1]的发明专利对底板安装的技术做了进一步规范要求。2022 年胡江煜[2]对屋面板安装定位线的方式和标准进行了专项研究。2021 年赵欢、李锐、江宏佳[3]对体育场铝镁锰直立锁边屋面板的技术误差积累，及时纠偏技术进行了研究。本文在此基础上，对大型场馆异形金属屋面安装过程中的铝合金支座安装的纵向控制、铝锰镁合金直立锁边板、金属屋面安装时设置固定点，以及同步控制、异形结构测量定位放线等做了进一步论述，提出了大型场馆异形金属屋面采用铝镁锰金属屋面最能符合设计要求，并呈现出造型建筑美感。

1 工程概况

内蒙古冰上运动训练中心建设项目大道速滑馆工程位于呼伦贝尔市，建筑面积26 957.71m2，地下1 层，地上2 层，设置座椅3 000 个，建筑最高点40.28m。该工程下部结构为混凝土框架结构，上部屋面造型为铝镁锰金属屋面系统。屋盖平面呈“矩形”，横向宽度为187.2m，纵向尺寸为88.9m，纵向整体立面造型呈“飞舞哈达”状，造型波澜起伏，如图1 所示。

图1 大道速滑馆效果图

工程建设积极响应“三亿人上冰雪”的号召，贯彻落实内蒙古自治区政府和体育局关于发展冬季冰雪运动的要求，建成后作为全国第十四届冬运会的赛事主场馆，同时也可承担世界性国际大型滑冰赛事，为推动冰雪运动发展奠定了强有力的基础。

2 工程特点及难点

（1）本项目位于我国北部边境地区，气候相对寒冷，易出现冰冻、寒流等极端气候，受气候影响，每年实际可施工的时间仅为6 个月，故建设时间短、技术难度大。

（2）屋面造型复杂，铝镁锰板金属屋面与排烟天窗、不锈钢天沟、山墙装饰铝板的衔接处是控制的重难点，如果处理不当，势必引起屋面渗漏水。

（3）本工程跨度为88.9m，为了降低屋面渗漏的可能性，应避免屋面板在同一坡度内出现搭接。铝镁锰板下料长度及固定方式应充分考虑屋面板热胀冷缩，屋面板下料长度较长，且要求固定支撑屋面板铝合金支座安装的顺直度必须满足设计要求。

（4）铝镁锰金属屋面作为本工程的“脸面”，工程量巨大，工序众多，尤其是铝镁锰金属屋面与结构屋面结合部位，钢结构焊接节点众多，更增加了本工程工序的复杂性。

3 工艺流程及施工方法

3.1 工艺流程

总体施工安排→底板安装→铝合金支座安装→各构造层铺装→铝锰镁合金直立锁边板金属板安装→细部节点处理。

3.2 主要施工方法

3.2.1 总体张拉安排

根据屋脊线将屋面分为12 个区段进行施工，现场施工过程是按照1 区→2 区→3 区→4 区→5 区→6 区→7 区→8 区→9 区→10 区→11 区→12 区的顺序进行流水施工。屋面板施工时利用现有塔吊配合移动汽车吊进行吊装、转运。屋面板采用现场压制成型，鉴于本工程屋面跨度较大，屋面板利用专用起吊器具将屋面板运输至屋面，吊装时一次性吊装15 块金属屋面板，然后通过人工搬运至安装位置，如图2 所示。

图2 屋面分区施工示意图

3.2.2 底板安装

本工程屋面冲孔底板采用0.47mm 厚TD 高强（G550）镀铝锌穿孔压型钢板，肋高29mm，板宽995mm，自檩条上安装，采用自攻钉固定。在安装基础上，应对工作面进行检查，满足标准后，方可施工，待安装完毕后，要注意对其进行最后的防护，不得直接踩踏或放置重物，在后续工序施工前要对底板进行必要的保护措施。

底板安装前，在已架设好的檩条上，用水平仪、经纬仪，先测放一排板的安装基准线，以该条线为基准，按20 片板宽为一组间距，对底板安装位置进行测量。在施工之前，先在屋面次檩条上测量每一块板的安装位置。用这条线作为基准，用板的宽度作为间隔，放出每一块板安装位置线。在安装底板时，首先在檩条的安装面上安装一排底板，再把已经安装好的面板作为工作平面，按顺序往前安装，搭接长度不小于50mm。在安装基础板之前，首先松开定位板的边线，然后进行定位。按照定位板的顺序进行基板的安装，每隔10 行进行一次测量。为避免出现过大累计误差，安装过程中对底板的安装尺寸偏差及时进行检查和校正。

安装过程中，严禁将压型钢板拖在凹凸不平的地面或钢结构方通上，不得将其他杂物和工具拖到压型板上。将第一块压板安装到位后，将其两端和顶部分别拉出一条不间断的准线钢丝。这两条钢丝与前一条钢丝作为导向钢丝，方便随后的冲压成型。在安装完一段面积后，进行顶面检测，通过测量已经固定好的压板的宽度，从上至下进行测量，确保无移位或缺边的情况。在下一次放样的标志点上安装，检查钢板的安装偏差，符合设计要求后，再对钢板进行整体紧固。如不能达到要求，可在下一个标识区段中进行调整，此时可在此标识区段上调整好，将标识区段调整到原来的区段后，再完全拧紧。安装完毕后，要及时检查是否有漏接的地方，对压型钢板的角隅部位，要用隔热材料填补。

3.2.3 铝合金支座安装

铝合金板支撑结构是将风载荷传给次梁的承载构件，其安装质量对屋盖结构的抗风能力有很大的影响。另外，铝合金支架的装配误差也会对顶板纵向自由膨胀和前屋盖切口的紧密性产生影响。所以，屋面支撑件的安装是整个施工过程中的一个重要环节。

面板固定座在施工过程中，对支座的水平位置偏差，倾斜角，平面角进行控制。当支座的横向位移大于5mm 时，就意味着支座与其他支座的纵长不在一条线上，就会对面板的纵向自由膨胀产生一定的影响。当板材受热膨胀时，在偏心支座上会产生较大的阻力，或者由于长时间的摩擦，板筋断裂而导致漏水。支座倾斜角度大于2°时，板肋在咬合时会咬破板肋，造成漏水[4]。

利用经纬仪将檩条上的轴线引出，作为安装铝合金支架的纵向线。第一排铝合金支架的安装是一个非常重要的环节，它对后面支架的装配精度有很大的影响。为此，对首行支承的位置进行了反复的检查，并用刻度尺测定了它们之间的距离。此外，在屋盖结构中，支撑板的数目也直接影响到屋盖的抗风承载力。因此，在板材长度方向上，要严格按照图纸要求布置，不得有遗漏。屋面板支架的安装质量控制，是在屋面板安装之后，由于热胀冷缩的作用，可以让屋面板自由滑动，避免了由于支架安装不当而导致的屋面板滑动时撕裂。在安装铝合金支架时，首先要在支架下面安装隔热垫。支架上的两个自攻丝是对称的。在安装过程中，首先安装一根自攻钉，再对支架进行一次矫正，调整好偏差，并注意支座端头安装方向应与屋面板铺板方向一致。再将第二个螺丝插进去，并将它固定住。安装完成后，要对螺丝拧紧情况进行检查，防止出现沉钉、浮钉。首先，对每个铝合金支架进行目视检查，以确定其与同一直线。当铝合金支撑变形量过大时，屋面变形过大，屋面板的自由膨胀将受到一定的影响，严重时，板肋还会因温差而发生磨损。所以，如果出现了很大的偏差，要及时校正，直到符合安装要求为止。在支架安装完毕后，对支架进行全面检测，并利用拉线的方法对固定支架的梅花头位置进行复查，如有错位，坡度不一致，与顶板不平行，应立即进行校正，如图3 所示。

图3 铝合金支座安装完成图

3.2.4 构造层铺装

屋面各构造层材料用塔吊提升至屋面后，由施工人员转移至安装位置进行安装。保温材料在施工过程中运到屋面后要及时用完，避免大量堆放。在每一种结构层的铺设之前，都要事先确定铺设的方法，并按照铺设的方法对其进行切割，切割边的直线偏差不得超过5mm，接缝偏差不得超过2mm，板与板之间的接缝处要用特制的胶带粘合。其安装顺序为：由屋顶一端向另一端安装，相邻两片隔热吸音棉之间的搭缝宜交错排列，两端及边沿用专用工具钉牢。隔热和吸音层的施工重点是防水，为了避免长期裸露在外，施工过程中要严格组织/集中施工，尽可能缩短保温材料的外露时间，还要备好防雨苫布，施工完毕后，要将没有覆盖的隔热吸音材料暂时遮盖起来，以免晚上被雨水打湿。在施工过程中，应注意绑扎牢固，在接缝处进行重叠，以避免出现冷桥。保温、吸音棉的安装，特别要做好转角部分的施工质量，例如，屋面与天窗交口处、山墙边、泛水处、边缘立面封堵等地方，这是施工中易被忽视的地方，冷空气就会从这些地方进入到房间里，从而影响到整体屋面的隔热性能，所以，它是施工中的关键控制区域。为了防止因气候变化而影响铺设，应尽量与屋面板平行施工。为确保项目的质量，严禁在雨天、雪天、大风等恶劣天气进行施工。

3.2.5 铝镁锰金属屋面板安装

首先对面板的安装位置进行放样，通常以面板与天沟之间的距离作为控制线。面板出天沟的长度按板长1/1000+下弯15mm+30mm 宽+30mm 尺寸余量C 确定，其中，夏天安装C 为25mm，冬天为15mm，但不少于100mm。例如：屋面板长度30m，屋面板伸入天沟长度为100mm。

屋面板在现场加工完成，按照屋面的总体施工次序，在屋面檐口的空地上各开一片屋面处理场地，作为屋面板和卷材的堆放场地。屋面板加工场地应平整，对加工场地承载力不足的地面，采取加固。用钢扁担将屋面板吊运至施工位置，并固定牢固。

工人将钢板吊装至安装位置，检查钢板的小边缘是否全部与固定座相扣，首先要对齐钢板端部的控制线，再将其强行插入前面一片钢板的搭接边上。检查搭接的接缝能否严密，不能拼接的要及时发现问题，及时进行处理如图4 所示。

图4 屋面板安装示意

为确保屋盖在热胀冷缩时按预先确定的方向进行伸缩，在屋面上应设锚固点。同时，考虑到屋盖长度较长，屋盖具有一定的弧形，因此，为了避免屋盖的滑移，在屋盖上也必须设置相应的锚固点[5]。其安装位置与屋面板长度、屋面坡度、板材宽度及屋顶荷载等因素有关。根据现场实际情况，将屋面板沿纵向的两个方向进行自由伸缩，从而很好地解决了这个问题。固定点施工时必须注意不锈钢螺栓的选用必须符合要求，以保证固定点既能铆固稳定，又不至于伸出太多而导致面板磨损，如图5 所示。

图5 屋面板固定示意

面板位置调整好后，将端面板下面的泡沫密封盖上，并将其锁住。锁边要连续，平整，无变形，无开裂。当锁边机向前推进时，应将其前端1m 以内的压力压紧，以使其紧贴。对当日安装的嵌板进行封边处理，以防止夜间来风时，嵌板不会被风刮走。当板材的厚度为0.9 ～1.2mm 时，锁边的直径在21±1mm 范围内，通常选择21mm。

对檐口及天沟处的板边缘进行修整，使屋面板伸出天沟的长度不低于规范要求，从而能有效地避免因风力而将雨水刮进屋中。

金属屋顶的部件等必须采取防护措施，避免碰撞变形，变色，污染。金属屋面安装完成后，及时对屋顶进行清扫；如果使用中性清洗剂清洁屋顶，清理前屋面必须做抗腐蚀性测试。用中性清洁剂清洗后，要立即用水清洗。

4 结论

本文对内蒙古冰上运动训练中心建设项目大道速滑馆金属屋面施工，提出了一整套完整的异形金属屋面施工技术，通过采用大跨度异型铝锰镁合金直立锁边板金属屋面系统的安装，提高了施工效率，并节约了施工成本。具体结论如下：

（1）异形金属屋面铝镁锰板根据现场实际尺寸加工制作，有效提高了材料利用率，同一坡度范围内屋面板没有接头，降低屋面渗漏概率，减少后期维修保养，经济效益突出。

（2）通过对异形金属屋面安装施工的研发及应用，为大道速滑馆的早日运营创造了必要的条件，得到业主及社会各界的一致好评。

（3）在今后大型场馆异形金属屋面施工技术中提供重要参考价值，可在生产现场制作所需不同长度板提供了借鉴，并减少材料浪费。