鋁鎂錳直立縫鎖邊板在某大型體育場金屬屋面上的應用

李蕾 解雨生

1 北京外企人力資源服務青島有限公司（266000） 2 中國石油工程建設公司華東設計分公司（266071）

鋁鎂錳直立縫鎖邊板在某大型體育場金屬屋面上的應用

李蕾1解雨生2

1 北京外企人力資源服務青島有限公司（266000） 2 中國石油工程建設公司華東設計分公司（266071）

以某大型體育場金屬屋面的實際工程為例，介紹鋁鎂錳合金直立鎖邊板金屬屋面的基本概念、結構與構造設計原理、節點的設計思路，針對在異型屋面設計中碰到的難點，從屋面最外面的裝飾面板到最里層壓型鋼板的設計做一介紹。

鋁鎂錳板；直立鎖縫；異型金屬屋面；雙曲

現有建筑造型已經呈現多元化的發展方向，建筑師不再滿足于設計中規中矩的建筑形式，許多極富視覺沖擊力的建筑越來越多的呈現在我們面前。如何實現建筑創意，甚至如何將建筑的語言表達地更加透徹，已經是許多設計院及建筑公司必須面臨的問題。

曲面建筑，特別是雙曲面的建筑造型越來越多的應用在許多國內外建筑造型中。以往只是作為建筑造型中的個別單體，現在已經大范圍的應用到整個建筑造型中。

1 工程概況

1.1 工程簡介

此大型體育場為乙級大型建筑，主體高度約48.13 m，建筑面積約41 075 m2，總座位約3萬個。

圖1 大型體育場

1.2 工程特點及難點

由“圖1”可見，此大型體育場的金屬維護系統的造型由59個雙曲小單體組成，豐富的層次感好像云岡石窟的格局和韻律。如何使這59個不規則的雙曲小單體金屬屋面系統在達到其建筑的外立面效果的同時，保證其防水、保溫等功能性，便是我們對于整個鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板屋面系統的要求。

2 屋面系統設計

2.1 屋面構造層次

1）裝飾層:3 mm厚鋁單板裝飾層。

此體育場金屬屋面外表面光滑平整，且帶有一定的彎曲弧度。為了達到設計的外立面效果，此層采用3 mm厚鋁單板，氟碳噴涂。此層鋁單板僅當做裝飾層，不具備防水效果。

2）防水功能層:0.9 mm厚鋁鎂錳合金直立鎖邊板。

防水是屋面系統最基本也是最重要的功能，它的好壞直接影響著工程的形象和聲譽。正因如此屋面系統的防水性能是金屬屋面最為值得關注的方面。

根據本工程的特點，我們在屋面外層壓型金屬板，選用鋁鎂錳合金直立鎖邊板，這種板型主要特點是:①通過特制的鋁合金支座同屋面檁條相連接，采用先進的直立鎖邊安裝方式,屋面無螺釘穿透，確保極佳的水密性能。②固定座與屋面板間可相對滑動，形成“浮動”型屋面系統，滿足大跨度屋面對熱脹冷縮的要求。③壓型設備集裝箱化，根據項目需求可提供現場壓型，以滿足單坡用板通長不搭接的要求。同時，可以提供扇形板、弧形板，以滿足建筑造型，見圖2。

圖2 建筑造型

考慮到當地風壓荷載條件以及屋面外板的抗腐蝕性能，本項目選用0.9 mm厚采用PVDF(氟碳涂層)的鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板。同時，通過轉接夾具及龍骨，在不穿透屋面外板的前提下，可以承受屋面外層鋁單板所帶來的荷載。

a）保溫層:50 mm厚32 kg/m3的玻璃絲棉保溫層。通過熱工計算，此項目需要50 mm厚32 kg/m3的玻璃絲棉，玻璃棉帶單層鋁箔（鋁箔朝下），可有效防止玻璃絲棉脫落。

b）玻璃絲棉支托層:50 mm×1.5 mm×1.5 mm鍍鋅鋼絲網。本層選用1.5 mm絲徑，50 mm×50 mm孔徑的鍍鋅鋼絲網，功能是防止長時間重力作用下，玻璃絲棉保溫層產生的垂落現象。

c）結構層:主次檁條。主次檁條的規格，需依據結構計算確定，同時，通過不同尺寸的檁托板調節屋面高度，以達到實現屋面曲線的目的。

d）吸音層:0.47 mm鍍鋁鋅穿孔壓型鋼板。整個項目有一定的吸聲要求，因此要求底層封閉鋼板具有一定的透聲性能。因此選用穿孔率為25%的鍍鋁鋅壓型鋼板。

2.2 屋面系統設計

本工程屋面外形是一個具有豐富層次感的不規則造型，這就給金屬屋面板的排版設計工作增添了很大的難度。金屬屋面板的排板設計是否可行，屋面板對曲面的順滑覆蓋是保證屋面板能自由伸縮及防水的關鍵，因而分析屋面板鋪設在曲面上的效果，并根據分析結果制定相應的排板方案決定著整個屋面工程的成敗。為了確保其使用功能必須對不規則的外形進行詳細的分析，這樣才能完成合理的排版設計。

根據建筑圖紙,將整個項目劃分為59個雙曲小單體，小單體之間由天溝來分界。截取每個小單體建立精確的三維模型，來分析具體的排板方案及檁條布置方案。

2.2.1 屋面上下層檁條布置

1）屋面上層檁條

根據現有結構圖以及屋面曲率，建出上層檁條頂標高的三維模型以及主結構頂標高的三維模型。上層檁條布置圖見圖3。

主結構鋼梁為工字型鋼，無法彎弧，而整個屋面是雙曲的，那么我們就需要通過檁托板來調節檁條的標高。

a）當主結構鋼梁與屋面間隙≤450 mm時,使用方管立柱調節屋面高度。現場根據實際情況，現用螺栓臨時定位，一旦最終確定高度，即將檁托板與方管立柱焊死。

b）當主結構鋼梁與屋面間隙≥450 mm時,使用在方管立柱下加一道圓管支撐。此做法的好處是可調節高度更充裕。

圖3 檁條布置圖

圖4 合成形

2）屋面下層檁條

由于屋面底襯穿孔吸音板無需承擔防水要求，且不需要彎弧處理。因此固定屋面底襯板的下層檁條則無需調節高度，按照通常做法與主結構鋼梁相連接即可。

2.2.2 屋面鋁鎂錳合金直立縫鎖邊外板布置

根據現有的屋面上層檁條模型，結合固定座高度，建立屋面外板三維模型。根據三維模型中所顯示出的坡度走勢等因素,使之自然形成6個分區。每個分區中的板型都是根據所在位置的不同而產生變化的。有的分區全部都由扇形彎弧板組成,有的分區是由扇形彎弧板與弧形板組合而成，有的分區是由扇板、弧板、直板相互組合成形的。見圖4。

2.2.3 屋面穿孔吸音底襯板布置

相對屋面外板而言，屋面底襯板沒有防水、彎弧等功能性上的要求，因此使用直板即可。因此，可根據屋面下層檁條布置圖直接做出屋面底襯板三維模型。

2.3 屋面細部節點做法

此項目外形復雜，高低起伏曲面轉角多，建筑外形要求過度順滑，因此在細部節點構造方面要求頗高。

2.3.1 屋脊節點

此項目在視覺上無明確的屋脊線。但是由于功能的要求,在相鄰的兩個區域中的排水走向不一致，每一塊金屬面板的伸縮變形方向不一致。所以，必須在適當的位置設置屋脊。用它來作為屋面排水方向的分界和金屬面板的可變形伸縮端。

2.3.2 天溝節點

天溝板使用2 mm不銹鋼，采用氬弧焊接，通過50 mm×4 mm的方管與主結構鋼梁相連接，屋面外板深入天溝內100 mm,下置防水堵頭以防止天溝水倒流。

3 結語

此項目的金屬屋面施工至現在為止已經基本竣工成形，施工現場正在進行工程的收邊、收尾工作。在這個項目施工圖設計和現場施工過程中，我們遇到很多新的難點和新問題,通過分析研究，問題都得到了順利地解決。通過此次項目，鋁鎂錳合金直立縫鎖邊板金屬屋面圍護系統證明了它的抗風、防水、保溫等能力是可靠實用的。

[1]GB 50009-2012,建筑結構荷載規范[S].中國建筑科學研究院(2012版),北京:中國建筑工業出版社,2012.

[2]GB 50017-2003,鋼結構設計規范[S].北京鋼鐵設計研究總院,北京:中國計劃出版社,2003.

[3]GB 50018-2002,冷彎薄壁型鋼結構技術規范[S].中南建筑設計院,北京:中國計劃出版社,2002.