異形屋面板施工

1、馬鞍形屋面鋁鎂合金板施工技術(shù)楊東 宋敏 朱治國(guó)蘇州二建建筑集團(tuán)有限公司鋼結(jié)構(gòu)分公司【摘 要】：本文著重介紹了雙曲異型屋面的設(shè)計(jì)方案確定及施工方法的概述【關(guān)鍵詞】：雙曲屋面施工 屋面設(shè)計(jì)方案確定 鋁鎂錳板施工 1 工程概況 太湖游客中心屋面工程，工程造型獨(dú)特，外形美觀，結(jié)構(gòu)落差大。屋面平面長(zhǎng)約115米，寬約71米，屋面為馬鞍形雙曲面設(shè)計(jì)，投影面積約為6450平方米。屋面頂標(biāo)高最高約為32米，最低約為13米。整個(gè)屋面近似馬鞍形，屋面板做到即美觀又實(shí)用，對(duì)于此種復(fù)雜情況是一個(gè)挑戰(zhàn)。雙曲面的各點(diǎn)曲率不同，給屋面板的安裝質(zhì)量帶來了巨大的挑戰(zhàn)。屋面工程施工工期為2012年9月20日至2012年12月20日

2、。建成后將成為蘇州太湖旅游區(qū)的旅游集散中心。該工程為我公司創(chuàng)優(yōu)項(xiàng)目。效果圖（見圖1）a屋面俯視效果圖b屋面?zhèn)纫曅Ч麍D圖1屋面效果圖2 工程重點(diǎn)難點(diǎn)本屋面工程從設(shè)計(jì)至施工過程無案例可查。屋面的高落差及雙曲面設(shè)計(jì)，為檁條、屋面板及支架施工都帶來了很大挑戰(zhàn)。3 設(shè)計(jì)方案選擇3.1 屋面板布置方案確定常規(guī)屋面板的鋪設(shè)方案為平行屋脊方向鋪設(shè)、垂直屋脊方向鋪設(shè)。3.1.1 方案一：平行屋脊方向鋪設(shè)；屋面板平行屋脊方向鋪設(shè)方案：需要在屋面中軸線上設(shè)置一條天溝，將屋面積水排至低處。這一方案優(yōu)點(diǎn)為： 需要的板長(zhǎng)度較短，便于施工。 屋面基本無積水。 缺點(diǎn)為： 雨量大時(shí)板內(nèi)排水困難，會(huì)出現(xiàn)漫水現(xiàn)象，屋面似梯田。 屋

3、面天溝設(shè)置不美觀，影響整體效果。3.1.2 方案二：垂直屋脊方向鋪設(shè)屋面板，采取垂直方向鋪設(shè)屋面板：天溝為外側(cè)環(huán)向布置。這一方案優(yōu)點(diǎn)為： 排水順暢。缺點(diǎn)為： 屋面坡度大，水流速度過快，會(huì)沖出屋面。 積水點(diǎn)過多無法解決。經(jīng)過方案比對(duì)，這兩個(gè)方案均不理想。不能達(dá)到預(yù)期效果。 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(jié)構(gòu)標(biāo)高一一列出找出最佳排水角度，使屋面無積水，經(jīng)過反復(fù)比對(duì)選擇屋面板鋪設(shè)角度與軸線成約4165°。在這一角度上屋面板不存在積水現(xiàn)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4

4、5°。此種屋面板鋪設(shè)優(yōu)點(diǎn)： 排水高差小，水流速度不大， 屋面無積水點(diǎn)， 排水順暢。缺點(diǎn)：使用較長(zhǎng)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(shè)計(jì)方案。見圖2圖2 屋面板鋪設(shè)方案圖3.2 屋面板鋪設(shè)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： 方案一，由屋面分水嶺開始安裝，此方案有以下優(yōu)點(diǎn)：板材長(zhǎng)度接近最長(zhǎng)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(diǎn)：施工人員安全風(fēng)險(xiǎn)很大。中間一側(cè)向5軸側(cè)安裝時(shí)，還存在需將每張板掀起，將下一張板肋插入已

5、安裝板下的情況，由于板材較長(zhǎng)，且支架容易將板肋卡住，不但施工難度大且施工進(jìn)度緩慢。見圖3：圖3 大肋先施工示意圖 方案二，由5軸側(cè)最低點(diǎn)依次開始向上安裝，此施工方案有以下優(yōu)點(diǎn)： 順序安裝，安裝工序簡(jiǎn)單、 施工人員安全維護(hù)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)： 由于屋面曲線變化復(fù)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(huì)非常困難，需要先整體測(cè)設(shè)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(shè)順序示意圖經(jīng)過以上兩個(gè)方案的比選，優(yōu)先選擇方案二。3.3 板材選擇一級(jí)游客中心位于太湖畔，空氣濕度大、氣候環(huán)境惡劣，需要耐腐蝕板材、結(jié)構(gòu)落差大，屋面曲線變化復(fù)雜，需要柔韌性能好的板材，為人流密集的公共建筑，

6、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(jìn)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(xiàng)目彩鋼板直立鎖邊鋁鎂錳板材質(zhì)密度為7850kg/m³，材料硬度大，韌性差。易生銹、理論使用年限為10年。密度為2700kg/ m³材料硬度低于彩鋼板，但韌性優(yōu)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(jìn)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(zhǎng)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(yù)鈍化

7、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(zhǎng)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(shè)置。 屋面板熔點(diǎn)過高，不利于排煙，有利于火勢(shì)在室內(nèi)蔓延。屋面系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)整體的防雷體系緊密連接，可作為防雷接閃極。 熔點(diǎn)低，有利于排煙、有利于火勢(shì)向外蔓延。防火性能通過了歐洲的防火實(shí)驗(yàn)，等級(jí)達(dá)到AA級(jí)。施工性能搭接施工，屋面開洞處理復(fù)雜，防水隱患大?？珊附印⒛z粘連接、以及鉚接等，整體性好，屋面開洞處理簡(jiǎn)單，防水效果好。循環(huán)利用可利用性差，殘值低。幾乎可以做到100%回收利用，環(huán)保性好經(jīng)過以

8、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(jié)構(gòu)構(gòu)造圖4 屋面施工方案4.1 壓板機(jī)布置方案按照屋面板布置方案三及屋面板鋪設(shè)順序方案二結(jié)合屋面的特點(diǎn)，采用整張板材對(duì)于防水及外觀效果極為有利。但屋面板材最長(zhǎng)達(dá)到90米，這對(duì)于屋面板制作、安裝、運(yùn)輸來說難度相當(dāng)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(shè)平臺(tái)來滿足板的制作及垂直運(yùn)輸需求。考慮到支架成本及場(chǎng)地情況，選擇F軸-5軸外側(cè)，屋面最低點(diǎn)，壓板機(jī)頭對(duì)向屋面，方向盡量與板方向相同，在滿足板材長(zhǎng)度要求后，最大限度減小壓板機(jī)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(xiàn)場(chǎng)

9、組裝。布置圖見圖6壓板機(jī)支架設(shè)計(jì)：壓板機(jī)支撐平臺(tái)需要放置壓板機(jī)、卷板。設(shè)計(jì)荷載約為15噸。壓板機(jī)放置于12米*2.35*2.4米集裝箱中，平臺(tái)尺寸設(shè)計(jì)為15米*2.5米。支架采用14節(jié)組合支架現(xiàn)場(chǎng)拼裝。設(shè)計(jì)圖見圖7，施工完成圖見8圖6 壓板機(jī)布置圖圖7 壓板機(jī)支架設(shè)計(jì)圖圖8 支架安裝完成圖4.2 屋面檁條施工屋面造型復(fù)雜，曲線變化對(duì)于維護(hù)結(jié)構(gòu)的安裝要求相當(dāng)高。屋面檁條系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要確保屋面系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全可靠，同時(shí)還要合理布置，滿足屋面板系統(tǒng)的支撐及節(jié)點(diǎn)連接要求。構(gòu)造形式及連接要簡(jiǎn)便靈活，既要方便高空安裝，又能適應(yīng)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(diǎn)采用網(wǎng)架球結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，檐

10、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(wǎng)架支托方向采用球節(jié)點(diǎn)處曲面的法向方向。球中心至支托盤頂高度，屋面統(tǒng)一。這樣就方便了檁條安裝時(shí)的標(biāo)高施工。檁條與網(wǎng)架支托通過檁托板螺栓連接。檁條的加工采取最短單元長(zhǎng)度加工，即每檁托間距設(shè)為一根檁條，檁條拼接間距控制在10mm之內(nèi)。檁條加密區(qū)域，檁條會(huì)出現(xiàn)與弧面的標(biāo)高偏差。檁條的標(biāo)高控制點(diǎn)為空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，屋面曲率大，等高線密，冷彎薄壁型鋼檁條無法進(jìn)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(jìn)行調(diào)節(jié)。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

11、4.3.1 支架軸線測(cè)設(shè)由于屋面造型復(fù)雜，曲面多變，屋面檁條變化曲率大，因此現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量放線一定需要全站儀進(jìn)行主要控制點(diǎn)的測(cè)設(shè)，確保每一部位支架坐標(biāo)與設(shè)計(jì)吻合。根據(jù)工程實(shí)際情況，制定測(cè)量方案。測(cè)量方案如下：我們將屋面根據(jù)曲面的變化分為七個(gè)區(qū)，使用全站儀進(jìn)行每5張板測(cè)設(shè)五個(gè)點(diǎn)，中間使用經(jīng)緯儀、鋼絲、鋼尺、配合對(duì)支架安裝點(diǎn)進(jìn)行加密，對(duì)支架的軸線和標(biāo)高進(jìn)行測(cè)量。支架軸線測(cè)量：以三區(qū)支架軸線3-3為例。以5軸與C軸交點(diǎn)為原點(diǎn)建立測(cè)量坐標(biāo)系。設(shè)原點(diǎn)坐標(biāo)為(x,y)(0,0)。在軸線3-3上選取5個(gè)有利的控制點(diǎn)，于1：1圖紙中計(jì)算5個(gè)控制點(diǎn)坐標(biāo) 。依次為：(13.936,7.058);(26.253,21.3

12、55);(37.898,34.879);(48.259,46.938);(62.507,63.493)；將此5個(gè)控制點(diǎn)測(cè)設(shè)于屋面檁條上。然后將經(jīng)緯儀架設(shè)于控制點(diǎn)，對(duì)軸線加密，配合使用鋼絲檢查各點(diǎn)是否正確。同理依次測(cè)設(shè)其他軸線控制點(diǎn)，并進(jìn)行加密。相鄰兩軸線各點(diǎn)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(diǎn)。見圖10圖10支架坐標(biāo)系及坐標(biāo)4.3.2 支架標(biāo)高測(cè)量支架標(biāo)高主要為檁條標(biāo)高的復(fù)測(cè)及修正。于網(wǎng)架模型中計(jì)算出球節(jié)點(diǎn)法向方向支架底標(biāo)高（見圖11）。施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，并修正為設(shè)計(jì)標(biāo)高。修正完畢將各點(diǎn)間用鋼絲拉網(wǎng)，來建立標(biāo)高網(wǎng)（以小區(qū)域?qū)嵤橐耍?，支架采用高度?/p>

13、別為由高100125mm（高差5mm）來調(diào)節(jié)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(jìn)行調(diào)節(jié)誤差為負(fù)部分。小支托采用2mm鍍鋅板制作，高度為5mm30mm， 高差為5mm。圖11上弦球節(jié)點(diǎn)標(biāo)高布置圖圖12標(biāo)高調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)示意圖圖13 T型支架施工圖 屋面板寬度選擇本工程要求415型屋面板，根據(jù)屋面支架的測(cè)量結(jié)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(fēng)性能，還會(huì)影響到面板的縱向自由伸縮。 經(jīng)試驗(yàn)當(dāng)板材安裝寬度在約+10-10mm左右時(shí)不會(huì)對(duì)板材性能產(chǎn)生影響。即415型屋面板安裝偏差為+10-10mm。測(cè)量結(jié)

14、果顯示同一張板誤差最大達(dá)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(guī)格盡量少、以節(jié)約成本為原則，扇形板用量要盡量少。按照屋面系統(tǒng)的坡度不同，利用板材自身寬度調(diào)整及扇形板的配合，根據(jù)支架測(cè)量方案將屋面板劃分為若干區(qū)域，以控制鐮刀彎在10mm以內(nèi)。見圖16 區(qū)域一：屋面板自身寬度調(diào)節(jié)能滿足要求。區(qū)域二：少量使用扇形板即可滿足安裝要求。區(qū)域三：完全使用扇形板區(qū)

15、域。圖16屋面板區(qū)域布置圖4.4 板材壓制及運(yùn)輸壓板機(jī)直接與屋面對(duì)接，板材成型后順屋面坡度直接運(yùn)至屋面。屋面板壓制區(qū)域采用0.7mm760型角弛三型屋面板作為行走道板。一側(cè)使用60鋼管做維護(hù)欄桿立柱，中間使用繩索連接，方便系掛安全帶。機(jī)器出口使用滾軸支架，板材行進(jìn)路徑下方放置廢棄保溫棉，放止劃傷漆面，人員配合幫助機(jī)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(yùn)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(shè)在屋面檁條及天溝施工完成后即可進(jìn)行屋面板的施工，屋面板施工順序?yàn)椋簶?biāo)高軸線測(cè)設(shè)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

16、鎖邊鋁鎂錳板的運(yùn)輸及安裝收邊處理及防水板安裝。標(biāo)高軸線測(cè)設(shè)及T型支架安裝前面已經(jīng)詳細(xì)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(yùn)時(shí)安裝位置、按照T型支架位置對(duì)保溫棉開洞，開洞位置需準(zhǔn)確、尺寸不能過大。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(jìn)行加固處理，在保溫棉下需要加襯板等加強(qiáng)構(gòu)件。此處支架也需要加密，來加強(qiáng)板的整體性能。 由于板面較長(zhǎng)，壓板機(jī)在出板過程中有專人進(jìn)行跟蹤屋面板。防止出現(xiàn)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(yùn)輸至剛安裝好的保溫棉處。就位時(shí)對(duì)準(zhǔn)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(jìn)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(duì)安裝完成的板進(jìn)行咬邊處理，防止被風(fēng)吹走或漏咬。