上海浦東足球場金屬屋面施工工藝研究

王 群 楊 清 伍彩單

1.上海久事體育產業發展（集團）有限公司 上海 200082；

2.上海市機械施工集團有限公司 上海 200072

上海浦東足球場位于上海市浦東新區金橋鎮金滇路以東、錦繡東路規劃綠地以南、規劃金湘路以西、規劃金葵路以北地塊，總建筑面積139 304 m2，是1座滿足國際足聯A級比賽要求的專業足球場。屋蓋主鋼結構為張弦結構，鋼結構上下表面分別為屋面圍護系統及膜結構系統，最高點標高38.550 m；白色金屬表皮和彎曲的屋面造型，共同刻畫出扁平而緊湊的幾何輪廓，打造出上海新地標“白瓷碗”的整體效果。屋頂靠近足球場內場部分為聚碳酸酯波形陽光板采光帶，陽光可透射進球場內部，滿足草皮的日照需求。

上海浦東足球場屋面部分按圍護體系劃分，主要有聚碳酸酯陽光板采光帶、鋁蜂窩板雙層金屬屋面構造系統、鋁復合板內外檐口系統、天溝排水系統、防雷體系、防墜落措施等[1-2]。

本文主要以屋面圍護系統的構造做法及類型為基礎，重點介紹屋面內圈采光帶、雙層金屬屋面及內外檐口的構造形式以及施工工藝（圖1、圖2）。

圖1 屋蓋上表面實景

圖2 屋蓋下表面實景

1 屋面工程概況

上海浦東足球場屋蓋分為上下面層2個部分：屋蓋上表面主要由聚碳酸酯陽光板采光帶、鋁蜂窩板雙層金屬屋面系統（階梯區）、鋁蜂窩板雙層屋面系統（曲面區）、中天溝及外天溝系統組成；屋蓋下表面主要由鋁復合板內外檐口系統、膜結構及環向裝飾帶組成。

具體結構如圖3、圖4所示。

圖3 屋蓋剖面示意（1/4區域）

圖4 屋面系統分類示意

2 金屬屋面構造體系

2.1 聚碳酸酯波形陽光板系統

上海浦東足球場屋頂靠近足球場內場部分為寬度約6.5 m的采光帶，采用3 mm厚聚碳酸酯透明波形陽光板作為防水層，波高96 mm，波峰間距322 mm，分直板和異形拼接板2種板型，如圖5所示。異形拼接板之間采用型材及防水條搭接固定。

圖5 直板及異形拼接聚碳酸酯板

2.2 鋁蜂窩板雙層金屬屋面

鋁蜂窩板雙層屋面系統主要分布于屋蓋上表面，覆蓋屋蓋上表面的大部分區域。鋁蜂窩板總厚度為25 mm，面板及背板均為1 mm厚，中間為鋁蜂窩芯層。鋁蜂窩板安裝區域上部分為階梯式雙層屋面系統（圖6），臺階處內凹槽為燈光亮化工程；下部分為曲面雙層屋面系統（圖7）。

圖6 鋁蜂窩板雙層屋面構造層（階梯區）

圖7 鋁蜂窩板雙層屋面構造層（曲面區）

此區域內的鋁蜂窩板分格形式分環向（中部區域）和縱向（檐口區上表面區域）2種方式，環向布置鋁蜂窩板與縱向布置鋁蜂窩板之間為中天溝，縱向布置鋁蜂窩板外側為外圈天溝（圖8）。

圖8 天溝骨架及屋面檁條模型

2.3 檐口系統

檐口系統按分布位置區分主要包括內場檐口及外懸挑檐口2個部分。內場鋁復合板檐口（圖9）位于雙層金屬屋面與陽光板交界處下方、與膜吊頂面銜接的豎向封修區域；外懸挑檐口（圖10）位于搖擺柱外側，包括外圈天溝的外側包邊、檐口外立面及鋁復合板吊頂。

圖9 內場檐口骨架及模型效果圖

圖10 外懸挑檐口骨架及模型效果圖

內外檐口面層裝飾板為總厚度6 mm的鋁復合板，正面為厚0.5 mm氟碳輥涂白色幻彩鋁面板，背面為厚0.5 mm防腐處理鋁背板，中間為礦物芯層；支撐體系為鋼骨架，材質為Q235B，表面熱浸鍍鋅處理。

3 施工工藝

3.1 施工難點

上海浦東足球場屋蓋主鋼結構為張弦結構，與常規鋼桁架或網架體系不同的是，張弦結構對其上部屋面荷載、吊掛荷載、溫度應力等較為敏感。屋面系統安裝時需考慮因金屬屋面等圍護體系自重及施工焊接對屋蓋主鋼結構的影響。屋面圍護體系的施工主要從3個方面解決上述問題。

1）構造連接節點的設置應充分考慮屋蓋鋼結構的變形量，通過豎向長圓孔及二次轉接構造解決主鋼結構變形問題。

2）屋面圍護體系與主鋼結構連接部位設置鋼支座，鋼支座與主鋼結構的徑向梁、環梁等一起加工、焊接，再進行整體吊裝作業。

3）屋面施工時采用對稱施工法，分區對稱安裝（圖11），平衡施工過程中持續施加的屋面荷載，減小屋面荷載對主鋼結構的不利影響。

圖11 分區對稱施工流程

根據屋面各系統間的銜接做法和防水做法要求，各分區中的系統銜接工序大致如下：雙層金屬屋面區域檁條等支撐構件→內外圈檐口→天溝系統→金屬屋面直立鎖邊屋面板及其以下構造材料→內圈采光帶→裝飾板及其支撐型材→裝飾板收邊收口。

3.2 鋁蜂窩板雙層金屬屋面施工工藝

鋁蜂窩板雙層金屬屋面構造材料組成相對復雜，主要材料包括檁條及檁托、壓型鋼板、吸聲棉、直立鎖邊鋁鎂錳屋面板、裝飾板型材骨架及連接件、鋁蜂窩板等。

除與主體鋼結構一同加工的槽鋼外，主體鋼結構完成面以上金屬屋面系統的施工工序依次為：主檁條→下層次檁條→上層次檁條→壓型鋼板→隔聲棉→固定支座→鋁鎂錳合金屋面板→型材轉接件→蜂窩鋁復合板。屋面材料主要利用汽車吊和履帶吊進行垂直運輸，直立鎖邊屋面板在場內地面現場壓型后，用履帶吊運輸至屋面安裝區域，其余材料均在工廠加工。

屋面主次檁條施工安裝（圖12）主要難點在于次檁條檁托、底板連接板角度隨屋面坡度趨勢不斷變化，雙向均有角度，屋面次檁條檁托長短不一。次檁條為雙層檁條支撐體系，分為下層底板檁條和上層屋面板檁條，上下層次檁條共11 914根，檁托23 828個，安裝體量大。為保證次檁條安裝精度、滿足工期要求，施工前對調差構件進行差異化設計，對檁條規格進行了尺寸歸并，同時綜合考慮主體鋼結構變形理論數據及施工誤差對螺栓孔長度進行調整，安裝所需材料均依據材料進場計劃分批次加工進場。

圖12 雙層金屬屋面主次檁條與主鋼結構連接節點

屋面中天溝骨架于天溝兩側屋面檁條安裝后進行，外圈天溝骨架于外懸挑檐口骨架安裝后進行，天溝骨架拼裝在地面進行，以4.5～6.0 m為1個單元，拼裝完成后吊裝至屋面實際位置，然后鋪設不銹鋼天溝板。

屋面檁條、天溝、壓型鋼板、吸聲棉、直立鎖邊板、裝飾板型材骨架、鋁蜂窩板等材料的安裝均為分區流水作業。屋面下層次檁條、上層次檁托安裝完成后，壓型鋼板及吸聲棉先于上層檁條鋪設；上層次檁條安裝完成后進行屋面板固定支座的定位與安裝，之后鋪設直立鎖邊屋面板。屋面板與裝飾板鋁合金型材骨架之間的肋頂夾根據設計要求進行安裝，嚴格控制安裝部位及安裝間距，以確保屋面系統的抗風揭性能。

屋面轉角區裝飾板型材骨架根據設計要求進行彎弧處理，安裝時，龍骨中心線與裝飾板弧邊保持平行關系，裝飾板尺寸以及彎弧曲率根據BIM模型及插件分析數據進行加工。

3.3 屋面內圈采光帶施工工藝

屋面內圈采光帶以聚碳酸酯波形陽光板為主要防水、采光材料。陽光板采用不銹鋼自攻釘固定，自攻釘穿過U形不銹鋼預鉆孔壓板及EPDM防水墊片，將陽光板固定于支座上。

波形陽光板下方支座分固定支座和滑動支座2種類型，陽光板最上端為固定支座，其余點位為滑動支座，在控制陽光板伸縮方向的同時滿足陽光板熱脹冷縮變形需求（圖13）。

圖13 聚碳酸酯波形陽光板零配件

由于單個連接節點處零配件數量較多，施工時需預先將陽光板底部鋼支座與滑動組件組裝為支座模塊，再將支座模塊安裝固定于陽光板支座定位點上。支座模塊安裝完成后鋪設聚碳酸酯波形陽光板，采用不銹鋼自攻釘及不銹鋼壓塊、EPDM防水墊片將陽光板固定于支座模塊上，最后在自攻釘四周打好耐候密封膠。陽光板支座采用滑動模塊的安裝方式，可有效避免陽光板熱脹冷縮時與自攻釘相互拉伸導致的擴孔問題。

3.4 鋁復合板檐口施工工藝

3.4.1 內場檐口

內場檐口主要由鋼骨架、幻彩鋁復合板組成，其頂部與金屬屋面板交界，底部與膜結構交界。由于內場檐口裝飾完成面到主鋼結構環梁的距離為變值，導致骨架構件尺寸長短不一，單榀支撐架大小不一，安裝定位也較為復雜（圖14）。

圖14 內場檐口單榀支撐架類型

為解決上述問題，內場檐口骨架及部分裝飾板施工安裝時采用單元式施工工藝，在場芯地面將單榀支撐架、環向骨架及部分裝飾板組裝成46個（6～9） m×1.5 m×0.6 m、質量250～350 kg的吊裝單元，吊裝單元組合就位后，進行裝飾板補空安裝（圖15）。

圖15 內場檐口吊裝單元

3.4.2 外懸挑檐口

外懸挑檐口骨架同樣采取單元式施工工藝。吊裝單元分A、B兩種單元形式（圖16），在地面設置拼裝胎架，同步測量控制拼裝精度。

圖16 外懸挑檐口吊裝單元

鋁復合板的加工工藝要求較高，板塊折邊前需進行刨槽處理，折邊之后還需要對折邊進行加固，并設置加強筋，加工工序多、刨槽精度要求高、加固材料類型多、加工周期較長，施工前需充分考慮其周期對施工進度的影響。受多因素影響，鋁復合板平整度控制難度較大，板塊不宜過寬過長。如特別需要，需在折邊內側設置繞板邊一周的通長鋁合金副框，配合加強筋組成一體化板塊。

因吊裝位置空間有限（檐口底面與幕墻頂面之間空間高度僅1.6～1.8 m），骨架單元吊裝時，采用汽車吊提升、配合卷揚機及手拉葫蘆安裝就位的吊裝方法，多區域同步施工。骨架單元板塊吊至實際檐口高度后，采用卷揚機將單元骨架向場芯方向拉至安裝面，然后用吊帶將骨架單元臨時固定于主鋼結構鋼梁上，吊機脫鉤后再用手拉葫蘆將骨架提升至單元連接定位點，骨架單元安裝完成后在場外采用登高車進行鋁復合板的安裝（圖17）。

圖17 檐口裝飾板安裝

4 結語

1）對于主鋼結構為張弦結構、對屋面荷載較為敏感的屋蓋體系，屋面施工時采用分區對稱施工工法，可有效降低屋面荷載對主鋼結構變形的影響。

2）屋面系統的施工均為高空作業，施工安全要求較高，施工前對屋面各系統進行分解與整合，盡可能地采用單元式施工工法進行吊裝，可有效降低施工操作風險，提高施工工效，節約工期，降低措施費用，提高經濟效益。