鋼拱殼穹頂結構施工技術

□文/尹義松 葛在福 于澤濤

1 工程概況

天津高新區軟件和服務外包基地綜合配套區08R、09R地塊住宅區涉外專家公寓F為4層建筑，地下1層，建筑面積為6 445.64 m2。1～4層中央為半徑5 989 mm穹頂混凝土屋面，穹頂標高為24.385 m，飾面為陶瓷瓦的屋面。

2 工程特點及難點

1）穹頂為鋼筋混凝土結構，穹頂支模高度為24.435 m，屬高大模板，施工質量及安全難于控制。

2）穹頂結構施工難度大，混凝土施工質量難于保證，曾經有直徑為15.8 m鋼筋混凝土穹頂模板安裝3周后仍未完成，最后變更為金屬形式。

3）穹頂陶瓷瓦屋面無法在金屬結構上實現，金屬穹頂效果會隨時間推移越來越差。

4）穹頂采用85 mm厚擠塑板進行保溫，塊狀保溫板如何與穹頂結合嚴密，節能保溫質量難于保證。

3 主要施工技術

3.1 穹頂結構

結構采用鋼殼混凝土結構形式，這樣保溫防水及外飾面效果均能保證。穹頂鋼殼結構由鋼板和鋼板上鋼筋混凝土組成。由于整塊面積較大，運輸及吊裝無法完成，將鋼拱殼等分為16等分，每塊鋼板采用徑向翼緣板進行固定，穹頂鋼板間焊接嚴密。徑向翼緣板采用10 mm@600 mm螺栓進行拉結，鋼殼含有幾字型錨固筋，與鋼筋混凝土拉結。

穹頂底部為鋼筋混凝土環形圈梁，為保證穹頂鋼殼混凝土結構與原結構結合緊密，鋼筋混凝土環形圈梁按穹頂徑向翼緣板的數量和位置設置預埋件，預埋件與底翼緣板進行焊接；同時底部鋼筋混凝土環形圈梁上甩筋伸入鋼拱殼上鋼筋混凝土內進行錨固。這樣穹頂鋼拱殼與底部圈梁連接性能充分得到保證。

3.2 鋼拱殼穹頂安裝及混凝土澆筑

1）穹底圈梁埋件及錨筋。穹底圈梁鋼筋模板安裝完成后進行鋼拱殼埋件安裝，埋件位置及標高嚴格按圖紙進行，埋件標高不得高于設計標高，否則鋼拱殼無法拼裝完成。當埋件標高較低時，可墊加滿焊鋼板墊高。埋件必須牢固可靠，不因混凝土施工出現位移。埋件安裝完成后，根據穹殼位置進行穹頂錨固筋安裝。

2）鋼拱殼吊裝及連接。穹底圈梁混凝土澆筑時務必控制標高不得高于設計標高。鋼拱殼采用分件吊裝辦法，將下層拱殼分別吊裝至指定位置并在操作平臺架上設置臨時支撐。拱殼板先用螺栓進行臨時固定和定位，待校正固定位置后，將拱殼板對接處進行等強焊接，拱殼板底部徑向翼緣板與圈梁埋件進行等強滿焊。下層拱殼板固定完成后進行拱殼主頂的吊裝，拱殼主頂吊裝及固定完成后，拱殼板對接處進行等強滿焊，拱殼板主頂環梁與下層拱殼板和徑向翼緣板進行等強滿焊。

3）鋼拱殼上部混凝土結構施工。鋼拱殼安裝及固定完成后，可進行上部混凝土結構的施工。上部鋼筋混凝土板鋼筋安裝按深化圖紙進行，與鋼拱殼上幾字型錨筋點焊牢固。鋼筋安裝完成后進行拱殼上部混凝土澆筑。拱殼上部混凝土坍落度≯100 mm，采用人工方法將混凝土澆筑于鋼拱殼上，用木抹子拍壓至混凝土表面冒出灰漿即可。混凝土厚度為70 mm，采用插入法進行控制，以此控制鋼拱殼上部混凝土穹頂曲線。

3.3 穹頂保溫

鋼拱殼穹頂結構施工完成后立即實施穹頂金屬天溝和水泥砂漿找平層工作。待砂漿找平層含水量＜8%后實施第一道防水涂料工作，厚度為1.5～2 mm。涂料表面經毛化處理后可實施穹頂保溫工作。

原設計采用85 mm厚擠塑保溫板進行保溫，由于擠塑板屬于塊狀材料，與穹頂結合完畢需定制成弧形板，要采用專用模具進行模壓，數量少，成本高且施工質量難于保證。根據住建部《民用建筑外保溫系統及外墻裝飾防火暫行規定》第9條“屋頂與外墻交界處、屋頂開口部位四周的保溫層，應采用寬度≮500 mm的A級保溫材料設置水平防火隔離帶。公消[2011]65號文件“民用建筑外保溫材料采用燃燒性能為A級的材料”，擠塑保溫板燃燒性能無法達到A級。

目前市場上A級保溫材料較少，常用的巖棉板吸水且里面玻璃絲對作業人員影響非常大。FTC自調溫相變節能材料正好克服了吸水及操作難題且為A級保溫材料，保溫性能與擠塑板接近。因此，最終用FTC自調溫相變節能材料替代原設計的擠塑保溫板。

1）FTC自調溫相變節能材料概述。FTC自調溫相變節能材料是由植物臨界萃取、真空冷凍析層、蒸餾、皂化等新工藝復合而成，按照分歧溫度相變點調節室溫的純自然原創科技新材料。打破傳統保溫材料單一熱阻機能，具有熱熔性和熱阻性兩大絕熱性。通過二元相變原理，相變潛熱值大，節能效果明顯，傳熱系數可達到0.03 W/(m·K)，該材料用于外墻表面時，通過相變材料在相態變化時吸熱與放熱過程，可在一定范圍內調節室內溫度。

2）穹屋面熱工節能計算見表1。

表1 穹屋面系統各部分熱阻計算

屋面系統傳熱系數計算。系統總熱阻RO=Ri+∑Rj+Re=0.11+（0.021 5+0.0430+2.2222+0.029 4+0.021 5+0.040 2）+0.04=2.527 8,傳熱系數K=1/RO=1/2.5 278=0.396＜0.40，滿足DB29-1—2007《天津市居住建筑節能設計標準》要求。

3）穹屋面FTC施工工藝及操作要點。

（1）FTC屋面施工工藝。基層毛化處理→水泥基聚合物防水涂料→貼餅、沖筋→分層涂抹FTC材→坡屋面＞45°固定鋼絲網→刷水泥基聚合物防水涂料→涂料表面毛化處理→聚合物砂漿臥瓦。

（2）FTC施工要點。

①配制漿時需設專人專職進行人工攪拌保溫漿料。按水與材料的質量比1∶1.5攪拌均勻，不得在攪拌機中攪拌，以免漿料附著于攪拌機中，成膏狀稠度適中并有一定粘度，保溫層漿料應在4 h內用完。

②貼餅、沖筋。保溫施工前必須先找好穹頂屋面弧度進行貼灰餅工作，每灰餅之間的距離（橫、豎、斜向）不超過2 m。

③抹底層及中間層FTC節能材料。保溫層分3次進行，每次抹灰厚度最適宜一般在20 mm左右。每遍時間間隔不可太短以保證每層施工質量。在毛化基層濕潤的情況下抹底層FTC節能材料，用壓尺刮平找直，用木抹板搓毛。搓毛后，進行中間層FTC節能材料的施工，施工方法同底層，但抹面時需壓入鋼絲網進行加固。

④抹面層FTC節能材料。鍍鋅鋼絲網固定完成后，進行面層FTC節能材料抹面施工，厚度在20 mm以內，抹面時務必保證表面弧度與穹頂一致。

⑤噴刷憎水劑。當FTC表面干燥后（顏色呈灰白色）方可實施水泥基聚合物防水涂料工作。防水涂料厚度為1.5～2 mm，表面經毛化處理后可實施砂漿臥瓦工作。

4 質量控制

1）穹頂鋼構拱殼預埋件必須準確，以免拱殼安裝無法進行；鋼構拱殼吊裝時吊車大臂滿足穹頂拱殼安裝要求，吊裝安全保護措施到位；鋼拱殼板環周等分16塊加工，現場裝配滿焊，主頂固定在外圍混凝土圈梁上；所有鋼材雙面機械除銹后涂環氧富鋅、環氧云鐵防銹漆各一遍。

2）FTC自調溫相變節能材料實施前應對基層進行毛化處理，保溫厚度嚴格按照節能計算要求執行，保溫內鋼筋網架加固設置到位，表面防水涂料無漏涂。

5 結語

通過上述措施和施工方法，穹頂結構施工僅用一周完成，比原計劃節約20 d，縮短了工期，降低了施工難度，積累了穹頂施工經驗。

1）鋼構拱殼穹頂計算簡潔，實施簡便，工期較鋼筋混凝土穹頂大為縮短且不造成屋面效果改變。

2）FTC自調溫相變節能材料為A級保溫材料，節能效果好，操作簡單，特別適用于穹頂、弧形屋頂等屋面。