新型鈦鋅板組合屋面系統制作安裝關鍵技術*

孫曉陽

(中國建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 201204)

0 引言

隨著國家經濟快速發展，新型高品質的屋面系統不斷涌現，鈦鋅板作為一種新型綠色建材，因其良好的自潔性、耐腐蝕、耐候性及更長的生命期且對環境友好無污染等特點，在金屬屋面領域得到廣泛應用。鈦鋅板屋面系統將新型材料與屋面結合運用，提升了設計效率與實施效率，通過通風降噪絲網，達到降噪隔聲作用；采用360°立邊咬合鋪裝，板塊之間使用防水膠條，提高氣密性，達到全面防水，具有長期穩定、完全免維護、結構安全、綠色環保等優越性能。

1 工程概況

江蘇園博園項目位于南京市湯山風景區，旨在打造江蘇新名片和世界級園藝博覽園，威斯汀酒店毗鄰城市展園區，與13個城市精品園形成整體園林式景觀，酒店造型著重考慮高視點的觀賞效果，及協調于城市展園的古典園林風格，以連續的坡屋面組合化整為零，營造高低錯落的江南建筑意境。屋面采用新型鈦鋅板組合屋面系統，具有材料新穎，構造復雜(1.5mm厚單組分聚氨酯防水涂料，60×4.0熱浸鋅方管檁條，1.0mm鍍鋁鋅壓型鋼板HV100-680，100mm厚保溫巖棉，0.8mm厚鍍鋁鋅壓型鋼板HV5-940，1.5mm厚無胎自粘聚合物改性瀝青防水卷材，6mm厚通風降噪絲網，0.7mm厚鈦鋅屋面板及鈦鋅板扣蓋)，防水性能要求高，平整度、安裝精度控制及安裝變形控制難度大等特點。鈦鋅板屋面系統構造如圖1所示。

圖1 鈦鋅板屋面系統構造

2 技術難點分析及對策

1)采用三維空間定位、檁條布置安裝技術，分層分步驟安裝組合屋面；通過折邊鎖定、校形修補等工藝流程，解決鈦鋅屋面精確安裝難題。

2)鈦鋅屋面板采用BIM技術結合數控等離子加工技術，實現鈦鋅屋面板工業化、標準化、精密化制作，有利于環境保護并保證制作質量。

3)原材及構件屬于散裝式，運輸方便，成品保護容易；鈦鋅屋面材料具有自潔性、耐久性、安全性，無須清潔、維修。

4)鈦鋅屋面板采用360°立邊咬合方式，固定扣與屋面板咬合后并非完全固定，存在可伸縮性，板塊之間使用防水膠條，提高了屋面板氣密性。既可達到全面防水的效果，又能適應較大屋面的三維變形，可延展性能極佳，施工效率高，質量易于保證。

5)屋面系統深化過程中對各節點的處理，均考慮了施工中各種不利因素，設置面層、呼吸層、防水層設防，防水效果顯著。

6)采用現代三維數字化設計、空間高精度屋面板安裝、薄金屬板變形控制裝置及矯形打磨等技術，解決了鈦鋅屋面板安裝矯形難題。

7)屋面采用鈦鋅、鍍鋁鋅鋼板等材料，能夠循環再利用，回收價值高，減少石材、木材使用，綠色環保。

3 工藝流程及操作要點

3.1 工藝流程(見圖2)

圖2 工藝流程

3.2 操作要點

3.2.1測量放線

首先清理檢查屋面，對結構進行實測復核，主要檢查其平面尺寸、標高等是否符合設計要求，若出現超過設計及規范標準的情況，應先進行相應調整，后安裝屋面系統。在屋面結構上放出控制線及標出檁條位置，安裝檁條完成后，復核檢查其平整度及標高。

3.2.2安裝檁條

1)預埋定位、安裝基礎錨栓

角碼安裝是確保整體工期和順利安裝，保證結構安全和整體美觀的關鍵。首先進行測量放線，保證角碼安裝垂直度和平整度，確保角碼牢固可靠，如圖3所示。

圖3 屋面角碼安裝示意

2)檁條加工制作

檁條加工制作在工廠統一完成。根據施工圖紙計算整理詳細的檁條構件下料清單，由工廠制作加工和鍍鋅。每根檁條均需做好明確標識，以便現場清料。構件到達現場后，必須輕拿輕放，并采取措施保護構件，防止鍍鋅面損壞。

3)檁條垂直運輸

選用塔式起重機或25t汽車式起重機吊裝檁條，對于超出吊車回轉半徑的檁條，可先由起重機成捆吊至屋面，并放置穩定，然后由人工抬至安裝位置，采用一鉤多吊的方法來提高工作效率。

4)角碼、檁條安裝方法

角碼安裝方法為先放線，檢查合格后，打孔、吹風機吹干凈粉塵。角碼安裝角度應為直角，定位后位置偏差在5mm，再用化學螺栓植入，不合格的要校正角度。所有檁條采用焊接處理，點焊要牢固。采用型號為E4303、直徑為4mm的焊條。焊接時電流要適當，焊縫成型后不能出現氣孔和裂紋，也不能出現咬邊和焊瘤，焊縫尺寸需達到設計要求，焊波均勻，焊縫成型應美觀。檁條安裝與焊接如圖4所示。

圖4 檁條安裝與焊接示意

5)防腐處理

因焊接時會破壞角碼鍍鋅層，所以焊接完成后，應清除焊縫表面藥皮和污物，再涂刷2道防銹漆或富鋅漆對焊縫及其四周進行防腐處理。

3.2.3680壓型鋼板加工及安裝

1)選型 680壓型鋼板由鍍鋅板壓制而成。根據施工圖紙計算整理詳細的壓型鋼板構件下料清單，記錄不同形狀壓型板的長度、數量并進行編號，以便現場清料。構件到達現場后，必須輕拿輕放，并采取措施保護構件，防止鍍鋅面的損壞。

2)加工 680壓型鋼板的加工原則上是在工廠制作完成后運至現場安裝，也可根據現場實際情況和工期要求將設備運至現場進行加工制作。

3)垂直運輸 首先利用鋼管腳手架搭設操作平臺堆放材料,選用塔式起重機或20t汽車式起重機將壓型板吊放至平臺，再由施工人員抬平安裝位置。

4)安裝方法 鍍鋅壓型鋼板采用自攻螺釘固定在檁條上，如圖5所示。

圖5 680壓型鋼板安裝示意

3.2.4保溫隔熱材料安裝

保溫隔熱材料由人工搬運的工作面鋪放，厚薄均勻，不得少鋪漏鋪。為避免屋面暴露在外被雨水淋濕，鋪設完成的屋面要及時封上找平板，如圖6所示。

圖6 巖棉保溫層鋪裝示意

3.2.5找平鋼板安裝

找平鋼板在檁條和680壓型鋼板、保溫面安裝完成后進行安裝，結合本項目屋面支撐體系特點，選擇940鍍鋁鋅壓型鋼板為屋面找平層，采用平頭自攻釘固定，安裝時要保證板塊之間平整，如圖7所示。

圖7 找平鋼板安裝示意

3.2.6自粘防水卷材鋪設、屋面排版放線、降噪絲網安裝

防水卷材滿鋪設在找平鋼板上，卷材與卷材搭接5cm。防水層是屋面系統防水的第2道防線，采用自粘性柔性防水卷材，具有良好的伸縮性。鋪設自粘防水卷材前，先清潔找平鋼板上垃圾及毛刺，保證自粘卷材平整度、密閉性。之后鋪設通風降噪絲網，采用6mm厚通風降噪絲網，無數孔徑相互交叉鋪設，形成呼吸層，保證鈦鋅板屋面系統與防水卷材中間形成一定空腔。降噪絲網具有很好的隔聲效果，有利于雨水及冰雹等打在鈦鋅板屋面的回聲循環。利用空氣流通，將空腔中的水汽帶走，有利于鈦鋅合金材料表面形成灰色的碳酸鋅保護層，延長鈦鋅屋面板使用生命周期。降噪網鋪設如圖8所示。

圖8 降噪網鋪設示意

3.2.7鈦鋅屋面板及扣件安裝

3.2.7.1鈦鋅屋面板加工制作

1)開箱上料 剪斷鋼帶，將上套箱提升1倍箱子高度即可移開，利用裁紙刀打開塑料包裝膜和防潮紙，然后將開卷器裝入萊茵鋅卷材芯桶中并張緊。利用提升機將開卷器及萊茵鋅卷材一并起吊裝入開卷器支座。

2)送料 確定萊茵鋅卷材展開正面(有塑料包裝膜)向上，并且控制萊茵鋅卷材兩側與成型機對齊，以免產生變形。

3)加工 材料成型時張拉力度以現場成型測試為準，張拉太緊會產生應力集中，張拉太松會使應力無法釋放。卷材生產過程中可能會存在未釋放的應力，加工前宜對卷材先進行開平處理再進行材料加工。

3.2.7.2數值模擬

鈦鋅板屋面板厚度僅0.7mm，標準單板展開寬度為400mm,縱向長度由屋面尺寸確定。鈦鋅板兩側立面卷邊通過一定數量的鍍鋅扣件咬合，由鉚釘固定于下部底板上。扣件縱向布置間距直接影響到鈦鋅板受力與變形，但扣件間距通常依據經驗設置為250～500mm，板件變形計算僅按單跨簡支梁或多跨連續梁理論簡化處理，國內無相關計算報道。

為確保鈦鋅板變形滿足建筑設計要求，本文采用ABAQUS有限元軟件對0.7mm厚25-400標準規格鈦鋅板進行數值模擬。有限元模型按實際截面建模并考慮截面的立面卷邊加勁作用，扣件間距300mm，縱向長度1 500mm,選取6個扣件間距范圍，考慮多跨多點約束影響。采用殼單元精確模擬扣件約束范圍內的鉸接作用。

鈦鋅板材屈服強度fy取100 N/mm2，彈性模量E取1.5×105N/mm2，泊松比0.3；板上表面受風吸作用,均布荷載取0.45kN/m2。鈦鋅屋面板數值模擬結果如圖9所示。

圖9 鈦鋅屋面板數值模擬結果

由圖9可知，鈦鋅板最大von Mises應力為50.9MPa，小于屈服強度100N/mm2，施工荷載應嚴格控制，面荷載達到0.9kN/m2時鈦鋅板將達到屈服強度。最大變形位于板中部區域，為0.4mm，滿足風荷載下變形要求。

JG/T 339—2012《建筑用鈦鋅合金飾面復合板》規定鈦鋅板實心板彎曲彈性模量僅為2.8×104N/mm2，而歐洲規范BS EN 988—1997《鋅和鋅合金 建筑用軋制平板材規范》彈性模量規定為1.5×105N/mm2，差異較大，故選用材料時應明確給出材料特性要求，確保材料合格。

3.2.7.3鈦鋅屋面板安裝

鈦鋅板金屬屋面系統面板安裝的關鍵是鍍鋅鋼扣件安裝，必須保證扣件安裝的位置正確。首先在防水卷材上放出控制線，安裝好扣件，再從低到高、由左至右的順序進行扣板安裝。

板塊加工立邊前應貼上保護膜，安裝順序為先由屋面中間向兩邊安裝,最后安裝檐口邊緣板塊。鈦鋅屋面板采用360°立邊咬合方式連接，板塊之間使用防水膠條，提高了屋面板氣密性。立邊曲折和密封可通過手動或機械設備進行，輕松實現凹凸曲線的特殊設計。具體做法如下：將鈦鋅板沿長度方向整體向上立邊，立邊的鈦鋅板通過折邊鎖定，使屋面形成一個整體，面板通過不銹鋼扣件利用拉鉚釘固定。

3.2.8扣蓋安裝、屋檐收口、清理保護膜

鈦鋅屋面板立邊咬合連接后，板塊之間使用防水膠條，采用不銹鋼固定扣件。先安裝鋁合金夾具，后依次安裝鋁合金型材及0.7mm厚鈦鋅板扣蓋。

排水天溝中的檐口附件極其復雜且較難處理，制作安裝附件時需尤為注意。檐口附件采用與屋面板同材質板材，連接板采用鍍鋅鋼板；須根據現場測量標準尺寸確定其加工尺寸。連接板之間須設置搭接，且附件接縫須與搭接縫錯開。連接板通過拉釘固定在基層上，連接板與附件采用扣接固定。安裝附件時必須保證附件之間搭口平整，下沿直線度及整體觀感應確保美觀。鈦鋅屋面板扣蓋如圖10所示。

圖10 鈦鋅屋面板扣蓋示意

4 質量控制要點

1)金屬壓型板應采用塑料保護薄膜進行保護，以避免在制造、運輸和安裝過程中對板面油漆造成劃傷和污染。

2)金屬壓型板應保證輪廓清晰、線條整齊、形狀一致，不得有折裂、劃痕等缺陷；因成型所造成的表面缺陷，其深度或高度不得超過原板材標準所規定厚度公差的一半，不允許有用10倍放大鏡可觀察到的裂紋存在。

3)屋面系統安裝前，對結構標高、軸線進行復測，避免結構安裝累積誤差影響屋面板安裝質量。

4)底板安裝前應先放出定位板邊線，根據邊線安裝定位板，再安裝底板，每10排版需設置1條復核線，用來復核底板安裝尺寸偏差并進行調整，以免產生較大累積誤差，造成屋面板移動和扇形。

5)壓型底板采用自攻螺釘與檁條連接，自攻螺釘橫向為1個波距離，在波谷處與檁條連接；并沿流水方向安裝鋼底板。

6)按設計圖紙要求，嚴格控制固定支座安裝數量、質量，避免出現傾斜、錯位、漏裝等現象。

7)屋面排版順序需與屋面結構造型相結合，注意屋面板鋪設方向，防止板與板側向滲漏。

8)屋面板就位調整好后，采用專用電動咬邊機進行咬邊，須保證咬過的邊連續、平整，不能出現扭曲和裂口。在咬邊機咬合爬行過程中，為防止雨水順板間縫隙滲入，其前方1mm范圍內必須用力卡緊以保證搭接邊接合緊密。

9)保溫層、防雷件等安裝完畢后且屋面板安裝前，需進行隱蔽工程檢查驗收，并做好隱蔽工程驗收記錄，確保滿足保溫隔熱和防雷構造要求。

5 結語

江蘇園博園項目旨在打造江蘇新名片和世界級園藝博覽園，核心建筑威斯汀酒店以連續的坡屋面組合營造高低錯落的江南建筑意境。屋面采用以鈦鋅合金為系統材料，采用三維數字化設計、工廠數控加工、現場裝配安裝、薄金屬板變形控制及矯形修正，利用360°立邊咬合連接方式，將新型材料與屋面結合運用，提升了設計與實施效率，滿足了業主及設計師對建筑造型的高要求，大大提高了屋面耐久性，解決了屋面清洗維護難、安裝精度高、變形控制難等難題，有效保證了屋面結構安全與藝術造型設計的完美結合，具有廣泛的推廣應用前景。