1、馬鞍形屋面鋁鎂合金板施工技術 1 工程概況 太湖游客中心屋面工程，工程造型獨特，外形美觀，結構落差大。屋面平面長約115米，寬約71米，屋面為馬鞍形雙曲面設計，投影面積約為6450平方米。屋面頂標高最高約為32米，最低約為13米。整個屋面近似馬鞍形，屋面板做到即美觀又實用，對于此種復雜情況是一個挑戰。雙曲面的各點曲率不同，給屋面板的安裝質量帶來了巨大的挑戰。屋面工程施工工期為2012年9月20日至2012年12月20日。建成后將成為蘇州太湖旅游區的旅游集散中心。該工程為我公司創優項目。效果圖（見圖1）a屋面俯視效果圖b屋面側視效果圖圖1屋面效果圖2 工程重點難點本屋面工程從設計至施工過程無案例
2、可查。屋面的高落差及雙曲面設計，為檁條、屋面板及支架施工都帶來了很大挑戰。3 設計方案選擇3.1 屋面板布置方案確定常規屋面板的鋪設方案為平行屋脊方向鋪設、垂直屋脊方向鋪設。3.1.1 方案一：平行屋脊方向鋪設；屋面板平行屋脊方向鋪設方案：需要在屋面中軸線上設置一條天溝，將屋面積水排至低處。這一方案優點為： 需要的板長度較短，便于施工。 屋面基本無積水。 缺點為： 雨量大時板內排水困難，會出現漫水現象，屋面似梯田。 屋面天溝設置不美觀，影響整體效果。3.1.2 方案二：垂直屋脊方向鋪設屋面板，采取垂直方向鋪設屋面板：天溝為外側環向布置。這一方案優點為： 排水順暢。缺點為： 屋面坡度大，水流速度
3、過快，會沖出屋面。 積水點過多無法解決。經過方案比對，這兩個方案均不理想。不能達到預期效果。3.1.3 方案三：屋面板與屋脊成一定角度的斜向布置，在模型中將結構標高一一列出找出最佳排水角度，使屋面無積水，經過反復比對選擇屋面板鋪設角度與軸線成約4165。在這一角度上屋面板不存在積水現象。但是在4165范圍中可以使用的角度僅限于4150左右，如果角度增加將使板材跨越距離變大，不利受力，因此選擇45。此種屋面板鋪設優點： 排水高差小，水流速度不大， 屋面無積水點， 排水順暢。缺點：使用較長板材，加工、安裝困難。方案三是比較理想的，存在困難也是能夠克服的。因此選擇這一屋面設計方案。見圖2圖2 屋面板
4、鋪設方案圖3.2 屋面板鋪設順序方案無論采取什么樣的施工方案，必須保證屋面板與軸線成45度角。施工前制定了幾種施工順序方案：3.2.1 方案一，由屋面分水嶺開始安裝，此方案有以下優點：板材長度接近最長板，從此位置開始施工能夠很好地保持板材安裝的直線度，控制板材的鐮刀彎曲，為支架的安裝帶來方便。此方案的缺點：施工人員安全風險很大。中間一側向5軸側安裝時，還存在需將每張板掀起，將下一張板肋插入已安裝板下的情況，由于板材較長，且支架容易將板肋卡住，不但施工難度大且施工進度緩慢。見圖3：圖3 大肋先施工示意圖3.2.2 方案二，由5軸側最低點依次開始向上安裝，此施工方案有以下優點： 順序安裝，安裝工序
5、簡單、 施工人員安全維護簡單。缺點： 由于屋面曲線變化復雜，先安裝短板，要保證板材安裝的直線度及與軸線的角度將會非常困難，需要先整體測設支架安裝位置然后施工。見圖4a方案1 b方案2圖4 屋面板鋪設順序示意圖經過以上兩個方案的比選，優先選擇方案二。3.3 板材選擇一級游客中心位于太湖畔，空氣濕度大、氣候環境惡劣，需要耐腐蝕板材、結構落差大，屋面曲線變化復雜，需要柔韌性能好的板材，為人流密集的公共建筑，需要外觀美觀。按照游客中心屋面的要求，將擬選用的兩種材料進行比較。見表一 表一 直立鎖邊鋁鎂錳板與彩鋼板性能比較表項目彩鋼板直立鎖邊鋁鎂錳板材質密度為7850kg/m，材料硬度大，韌性差。易生銹、
6、理論使用年限為10年。密度為2700kg/ m材料硬度低于彩鋼板，但韌性優于彩鋼板，易于施工。 表面形成氧化膜，有防銹蝕能力，理論使用年限為25年50年。表面處理及使用性能表面必須進行涂漆處理（PVDF、SMP、PE、PVC等。 安裝后有外露螺釘、易生銹，影響防水性能、影響美觀。材料韌性差，自由伸縮性能差，安裝長度受限。 較緩坡度防水性能差。表面可分為非涂漆（錘紋、壓花、預鈍化氧化鋁表面處理等）和涂漆類（PVDF、SMP、PE、PVC等） 無外露螺釘、防水性能好、外觀觀感好。材料韌性好可自由伸縮，不受長度限制。 較緩坡度下防水及排水性能好防雷與消防一般不能直接作為防雷接閃極，需另外設置。 屋面
7、板熔點過高，不利于排煙，有利于火勢在室內蔓延。屋面系統與結構整體的防雷體系緊密連接，可作為防雷接閃極。 熔點低，有利于排煙、有利于火勢向外蔓延。防火性能通過了歐洲的防火實驗，等級達到AA級。施工性能搭接施工，屋面開洞處理復雜，防水隱患大。可焊接、膠粘連接、以及鉚接等，整體性好，屋面開洞處理簡單，防水效果好。循環利用可利用性差，殘值低。幾乎可以做到100%回收利用，環保性好經過以上板材的比選， 選擇直立鎖邊鋁鎂錳較為合理。板型選擇直立鎖邊415型屋面板。見圖5圖5 屋面結構構造圖4 屋面施工方案4.1 壓板機布置方案按照屋面板布置方案三及屋面板鋪設順序方案二結合屋面的特點，采用整張板材對于防水及
8、外觀效果極為有利。但屋面板材最長達到90米，這對于屋面板制作、安裝、運輸來說難度相當大。屋面板必須在屋面成型。本建筑附近無其他建筑可以利用，只能搭設平臺來滿足板的制作及垂直運輸需求。考慮到支架成本及場地情況，選擇F軸-5軸外側，屋面最低點，壓板機頭對向屋面，方向盡量與板方向相同，在滿足板材長度要求后，最大限度減小壓板機與屋面的傾角。支架采用工廠制作的可以回收利用的組合支架，現場組裝。布置圖見圖6壓板機支架設計：壓板機支撐平臺需要放置壓板機、卷板。設計荷載約為15噸。壓板機放置于12米*2.35*2.4米集裝箱中，平臺尺寸設計為15米*2.5米。支架采用14節組合支架現場拼裝。設計圖見圖7，施工
9、完成圖見8圖6 壓板機布置圖圖7 壓板機支架設計圖圖8 支架安裝完成圖4.2 屋面檁條施工屋面造型復雜，曲線變化對于維護結構的安裝要求相當高。屋面檁條系統的設計要確保屋面系統結構安全可靠，同時還要合理布置，滿足屋面板系統的支撐及節點連接要求。構造形式及連接要簡便靈活，既要方便高空安裝，又能適應屋面曲面變化。按照屋面板的布置方式，檁條與屋面板垂直布置，支撐點采用網架球結構節點，檐口處檁條加密，檁條布置與單元格上弦桿成45度角。檁條總體布置圖如圖9 所示： 圖9 屋面檁條布置圖網架支托方向采用球節點處曲面的法向方向。球中心至支托盤頂高度，屋面統一。這樣就方便了檁條安裝時的標高施工。檁條與網架支托通
10、過檁托板螺栓連接。檁條的加工采取最短單元長度加工，即每檁托間距設為一根檁條，檁條拼接間距控制在10mm之內。檁條加密區域，檁條會出現與弧面的標高偏差。檁條的標高控制點為空間網狀結構，屋面曲率大，等高線密，冷彎薄壁型鋼檁條無法進行彎弧加工，只能在固定座底部加不同高度的幾字形小支托來進行調節。小支托采用2mm鍍鋅板制作，高度為5mm30mm， 高差為5mm。4.3 屋面板支架安裝 4.3.1 支架軸線測設由于屋面造型復雜，曲面多變，屋面檁條變化曲率大，因此現場測量放線一定需要全站儀進行主要控制點的測設，確保每一部位支架坐標與設計吻合。根據工程實際情況，制定測量方案。測量方案如下：我們將屋面根據曲面
11、的變化分為七個區，使用全站儀進行每5張板測設五個點，中間使用經緯儀、鋼絲、鋼尺、配合對支架安裝點進行加密，對支架的軸線和標高進行測量。支架軸線測量：以三區支架軸線3-3為例。以5軸與C軸交點為原點建立測量坐標系。設原點坐標為(x,y)(0,0)。在軸線3-3上選取5個有利的控制點，于1：1圖紙中計算5個控制點坐標 。依次為：(13.936,7.058);(26.253,21.355);(37.898,34.879);(48.259,46.938);(62.507,63.493)；將此5個控制點測設于屋面檁條上。然后將經緯儀架設于控制點，對軸線加密，配合使用鋼絲檢查各點是否正確。同理依次測設其他
12、軸線控制點，并進行加密。相鄰兩軸線各點加密完成后，將同檁條上兩軸線間距離均分。即得兩軸線間5張板的全部軸線控制點。見圖10圖10支架坐標系及坐標4.3.2 支架標高測量支架標高主要為檁條標高的復測及修正。于網架模型中計算出球節點法向方向支架底標高（見圖11）。施工現場對此標高進行復測，并修正為設計標高。修正完畢將各點間用鋼絲拉網，來建立標高網（以小區域實施為宜），支架采用高度分別為由高100125mm（高差5mm）來調節誤差為正部分（見圖12）。另外，采取在固定座底部，加不同高度的幾字形小支托來進行調節誤差為負部分。小支托采用2mm鍍鋅板制作，高度為5mm30mm， 高差為5mm。圖11上弦球
13、節點標高布置圖圖12標高調節節點示意圖圖13 T型支架施工圖4.3.3 屋面板寬度選擇本工程要求415型屋面板，根據屋面支架的測量結果，可以得知同一張屋面板的安裝寬度由405465不等（圖14）。屋面板安裝寬度直接影響到屋面板的抗風性能，還會影響到面板的縱向自由伸縮。 經試驗當板材安裝寬度在約+10-10mm左右時不會對板材性能產生影響。即415型屋面板安裝偏差為+10-10mm。測量結果顯示同一張板誤差最大達到60mm（圖15），這就要求板材一端必須比另一端寬約為60mm，利用板材自身寬度變化顯然不能滿足使用要求。只有使用定尺板材，訂制有大小頭的基板，基板大頭需要比小頭大40mm才能壓制出滿
14、足要求的扇形板。圖14同一張板不同坡度水平距離示意圖圖15曲面水平展開示意圖 以施工方便為原則，板材規格盡量少、以節約成本為原則，扇形板用量要盡量少。按照屋面系統的坡度不同，利用板材自身寬度調整及扇形板的配合，根據支架測量方案將屋面板劃分為若干區域，以控制鐮刀彎在10mm以內。見圖16 區域一：屋面板自身寬度調節能滿足要求。區域二：少量使用扇形板即可滿足安裝要求。區域三：完全使用扇形板區域。圖16屋面板區域布置圖4.4 板材壓制及運輸壓板機直接與屋面對接，板材成型后順屋面坡度直接運至屋面。屋面板壓制區域采用0.7mm760型角弛三型屋面板作為行走道板。一側使用60鋼管做維護欄桿立柱，中間使用繩
15、索連接，方便系掛安全帶。機器出口使用滾軸支架，板材行進路徑下方放置廢棄保溫棉，放止劃傷漆面，人員配合幫助機器向屋面送板。板材壓制完成，每3米安排一名人員共同搬運屋面板，防止板材變形。見圖17圖17 板材壓制施工圖4.5 屋面板的鋪設在屋面檁條及天溝施工完成后即可進行屋面板的施工，屋面板施工順序為：標高軸線測設T型鋁合金支架安裝保溫棉安裝洞口處理及配件安裝直立鎖邊鋁鎂錳板的制作直立鎖邊直立鎖邊鋁鎂錳板的運輸及安裝收邊處理及防水板安裝。標高軸線測設及T型支架安裝前面已經詳細說明，這里不再贅述。保溫棉展開后需要兩米左右一名工人同步搬運時安裝位置、按照T型支架位置對保溫棉開洞，開洞位置需準確、尺寸不能
16、過大。保溫棉接縫處需要將保溫棉裁除約30cm以保證搭接平順。 屋面有洞口的，需要在洞口處進行加固處理，在保溫棉下需要加襯板等加強構件。此處支架也需要加密，來加強板的整體性能。 由于板面較長，壓板機在出板過程中有專人進行跟蹤屋面板。防止出現卡板、及造成不必要損傷。板制作完成后需要34米一名施工人員，共同抬板運輸至剛安裝好的保溫棉處。就位時對準端部控制線，然后將搭接邊壓入前一張板板肋。施工完成后必須檢查搭接邊，是否咬合緊密，如有問題，需要及早找出原因并進行處理。無問題后安裝端部板下的泡沫密封條。 面板安裝完成后馬上需要對安裝完成的板進行咬邊處理，防止被風吹走或漏咬。咬邊要求連續、平整，不能出現漏咬或現象。在咬邊機前方一米范圍內必須有工人用力使搭接邊緊密咬合。當天施工完成的保溫棉必須安裝屋面板，當天安裝的屋面板必須完成咬邊。檐口及天溝邊部的處理必須滿足設計要求。裁剪后的板邊需要進行打磨毛邊，安裝泛水折件。防止雨水被吹入屋面夾層中。咬邊見圖18 施工完成圖見圖19圖18 咬邊機咬邊圖19 屋面板完成圖5 小結 伴隨著建筑形式的多樣化，此類異形建筑將會越來越多。鋼結構及其附屬結構將會面臨越來越多的挑戰。太湖游客中心屋面工程的順利完成，為類似工程中屋面板的安裝提供了寶貴的經驗。
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