平潭海洋國際會展中心不銹鋼金屬屋面施工技術(shù)

劉龍龍，王紅軍，翟英帥，梁君智，張滿江紅

(1.中國建筑第二工程局有限公司華南分公司，廣東 深圳 518048；2.中建二局安裝工程有限公司，北京 100042)

1 工程概況

平潭海洋國際會展中心位于福建省福州市平潭島，是一個集展覽、會議、酒店等功能于一體的大型場館類建筑，總建筑面積約14.8萬m2，總用鋼量約1.6萬t(見圖1)。該工程設(shè)一層地下室，地上包括展覽中心、新聞發(fā)布廳、五星級酒店、會議中心和宴會中心五個單體建筑。

展覽中心東西方向長約300 m，南北方向長約110 m，共包含4個展館，由西向東A，B，C，D館呈扇形排開，其中A，B，C館為單層展館，D館為雙層展館，展覽中心由梁柱框架、平面桁架結(jié)構(gòu)和倒三角桁架結(jié)構(gòu)構(gòu)成，展覽中心屋面呈階梯造型，高度22.3 m～28.4 m。會議和宴會中心為兩個橢圓形平面的三層建筑，與酒店裙樓的鋼結(jié)構(gòu)部分連為一個整體。酒店裙樓、會議中心和宴會中心由梁柱框架、正放四角錐焊接空心球曲面網(wǎng)架構(gòu)成，基本網(wǎng)格尺寸為4 m×4 m，網(wǎng)架厚度為3 m，屋面為起伏的曲面，平均高度23.8 m。

2 不銹鋼屋面系統(tǒng)概況

該工程展覽中心、會議中心和宴會中心均采用不銹鋼屋面系統(tǒng)[1]，屋面面積約4.6萬m2。屋面主要構(gòu)造層達13層，由外至內(nèi)包括：0.5 mm厚25/400型445J2不銹鋼連續(xù)焊接屋面板、3 mm厚吸音降噪泡棉、1.0 mm厚自粘柔性防水卷材、1.2 mm厚鍍鋁鋅平鋼板、1.0 mm YX51-250-750型鍍鋁鋅壓型鋼板、3 mm厚鍍鋅幾字形襯檁、0.3 mm厚PE防潮膜、120 mm厚120k憎水保溫巖棉、50 mm 厚24k玻璃纖維吸音棉、145 mm高鍍鋅襯檁支座、0.8 mm厚YX25-210-840型鍍鋁鋅穿孔壓型鋼底板、200 mm×100 mm×5 mm Q345B鍍鋅矩形管次檁、250 mm×150 mm×6 mm Q345B鍍鋅矩形管主檁等。金屬屋面系統(tǒng)典型構(gòu)造圖見圖2。

3 不銹鋼屋面系統(tǒng)施工重難點

該項目屋面系統(tǒng)構(gòu)造層數(shù)多，面積大，工期緊；屋面造型不規(guī)則，有弧形檁條、弧形板、扇形板等非常多非標(biāo)構(gòu)件，需要單獨設(shè)計、下料、加工；標(biāo)高變化多，構(gòu)件安裝過程中，每個支座的位置和標(biāo)高都需要單獨計算、準(zhǔn)確定位；金屬屋面單塊板最長焊縫達85 m，保證超長焊縫連接牢靠，是保證不銹鋼焊接屋面系統(tǒng)防水性能的關(guān)鍵[2-3]。

4 屋面構(gòu)件深化設(shè)計

針對該工程屋面造型不規(guī)則，標(biāo)高起伏變化，又有弧形檁條、弧形板、扇形板等非常多非標(biāo)構(gòu)件的情況，項目采用了包括Revit，犀牛6，AutoCAD在內(nèi)的多款軟件對鋼結(jié)構(gòu)骨架及屋面板各構(gòu)造層進行精確建模、深化設(shè)計和調(diào)整優(yōu)化。

1)考慮到該工程屋面造型的標(biāo)高各不相同，檁托標(biāo)高數(shù)據(jù)繁多，繪制了檁托深化圖，明確每個檁托的座標(biāo)和標(biāo)高。

2)該工程屋面鋼結(jié)構(gòu)支點分部不均勻，構(gòu)件通長下料易引起材料浪費。技術(shù)人員從模型上、圖紙上提取下料數(shù)據(jù)，并在施工后現(xiàn)場復(fù)核點位實際數(shù)據(jù)后，對主檁條、次檁條、襯檁等進行深化設(shè)計，生成加工圖，確保構(gòu)件加工的準(zhǔn)確度。

3)為了精細把控該工程弧形、扇形屋面板加工數(shù)據(jù)，保證工程造型美觀，技術(shù)人員按照加工標(biāo)準(zhǔn)化、精細化的原則，繪制各型板材的排版圖，力求使板材和現(xiàn)場能夠吻合匹配。

5 主檁安裝工藝

5.1 檁條安裝安全防護措施

在施工作業(yè)面水平封閉滿鋪雙層兜底國標(biāo)安全網(wǎng)(見圖3)，規(guī)格為3 m×6 m國標(biāo)安全網(wǎng)網(wǎng)眼孔徑50 mm×50 mm，材質(zhì)為滌綸，可經(jīng)受7 m高空100 kg沙袋墜落沖擊試驗。

屋面施工分區(qū)主要以天溝為分界線，施工時施工通道設(shè)置在天溝位置，既方便工人行走又便于現(xiàn)場施工。

屋面臨邊處設(shè)置高度1.2 m符合規(guī)范要求的L50 mm×3 mm的角鋼防護欄桿，拉設(shè)兩道鋼絲繩，再掛安全立網(wǎng)(見圖4)。

5.2 主檁檁托安裝

酒店裙樓屋架采用異型正放四角錐空心焊接球網(wǎng)架，展覽中心屋架采用倒三角空間管桁架，在屋架安裝前，在每個上弦節(jié)點上預(yù)先焊接檁條支托。支托為一段圓管，頂部焊接400 mm×400 mm×8 mm托板，托板上焊接兩塊8 mm厚鋼板，用于夾住主檁條并使用螺栓連接固定。鋼板兩側(cè)各加焊一塊8 mm厚Q235B鋼板加筋肋，表面均涂聚氨酯面漆。檁托間距與屋面網(wǎng)架上弦節(jié)點球相同，2 000 mm～6 300 mm不等(見圖5，圖6)。

5.3 主檁檁條安裝

該工程屋面標(biāo)高變化多，為準(zhǔn)確控制主檁條的安裝標(biāo)高，依據(jù)安裝標(biāo)高確定檁托的設(shè)計高度，一方面通過采用BIM技術(shù)獲取每個檁托的安裝標(biāo)高，盡量使檁托的安裝標(biāo)高精確，另一方面檁托托板上的螺栓孔設(shè)計為豎向長孔，檁條端部螺栓孔設(shè)計為水平長孔，豎向和水平調(diào)節(jié)范圍均為±20 mm，可進一步精確調(diào)節(jié)檁條的豎向標(biāo)高和水平位置。

靠近檐口部位的屋面承受風(fēng)壓較大，屋面外圍一周的主檁條尺寸由250 mm×150 mm×6 mm加大為300 mm×200 mm×6 mm。主檁條安裝時(見圖7)，用全站儀將檁條軸線、標(biāo)高測設(shè)到檁托平面托板上表面安裝點上，復(fù)核無誤后進行檁條安裝。主檁條安裝后，調(diào)整檁條使其上表面與標(biāo)高控制線重合后再固定主檁條。

5.4 次檁安裝

該工程次檁標(biāo)準(zhǔn)間距為1 500 mm，考慮到靠近檐口部位的屋面承受風(fēng)壓較大，屋面外圍一周的次檁間距由1 500 mm調(diào)整為1 200 mm。

該項目部分次檁呈曲線形，展覽中心的次檁曲率較大，采用以直代曲的方式可滿足設(shè)計要求。酒店裙樓部分次檁曲率較小，需從模型上、圖紙上提取下料數(shù)據(jù)，在加工廠內(nèi)采用拉彎機對次檁沿長度方向進行拉彎。

該項目屋面在標(biāo)高上有起伏變化，要形成光滑的曲面屋面，安裝時每一根次檁還需沿截面高度方向進行彎曲。為確保次檁的頂面標(biāo)高必須在設(shè)計要求的弧線上，檁條安裝前事先按屋面曲線用鋁合金條制作模具，模具曲率與該位置屋面曲率一致，模具長度同主檁跨距。先安裝好主檁支托處次檁，嚴(yán)格控制其標(biāo)高，在安裝中間次檁時，將模具兩端與主檁支托處平齊，以此為依據(jù)調(diào)節(jié)中間次檁的標(biāo)高。與主檁相同，該工程次檁也是通過檁托的高度和檁托托板上豎向長螺栓孔精確調(diào)節(jié)檁條的標(biāo)高。檁條調(diào)整完用6 mm厚圓孔方墊片與檁托板點焊牢固，以防檁條在高度方向發(fā)生位移(見圖8)。

5.5 檁托、主次檁條防腐處理

在主次檁條的安裝過程中，焊接會破壞金屬表面的防腐層，因此焊接后應(yīng)對焊縫及其四周進行防腐處理。防腐材料選用與結(jié)構(gòu)防腐相同的防腐材料，涂刷厚度與金屬原材相同。鍍鋅檁條防腐處理時，先涂一遍防腐漆、再涂面漆，最后刷一道銀粉。

5.6 鍍鋁鋅穿孔壓型鋼底板安裝

該工程次檁之上的第一層鋼板為0.8 mm厚穿孔YX25-210-840型鍍鋁鋅壓型鋼板，壓型鋼板安裝在次檁上，壓型鋼板的標(biāo)準(zhǔn)長度為4 500 mm，跨越4條次檁，次檁標(biāo)準(zhǔn)間距為1 500 mm。沿屋面坡度方向采取上壓下的搭接方式，沿壓型板板肋方向的搭接長度應(yīng)不小于250 mm，板寬方向搭接連接，然后采用不銹鋼自攻釘固定。底板安裝基準(zhǔn)線需要使用全站儀進行打點定位，自攻釘距波峰兩側(cè)20 mm處打成一條直線，間距1.5 m，確保底板安裝順直(見圖9)。

5.7 襯檁支托安裝

襯檁支托固定底板和次檁條之上，襯檁與次檁上下對應(yīng)，橫向間距為底板寬度即840 mm，縱向間距為次檁條間距即1 500 mm，每個支座兩側(cè)各打3顆不銹鋼自攻釘。

5.8 玻璃纖維吸音棉、無紡布、保溫巖棉鋪裝

吸音、保溫層鋪設(shè)時注意必須鋪設(shè)嚴(yán)密，防止形成冷橋。玻璃纖維吸音棉及無紡布鋪設(shè)沿壓型板波峰波谷鋪設(shè)，無紡布短邊搭接150 mm，長邊搭接1/3幅寬，無紡布搭接部位采用訂書機裝訂，確保無紡布搭接嚴(yán)密，保證了無紡布的防塵作用。巖棉板必須鋪平、無翹邊、折疊；接縫嚴(yán)密。巖棉板的固定采用帶套筒專用保溫巖棉板固定釘，每塊巖棉的尺寸以600 mm×1 200 mm計，其固定釘?shù)臄?shù)量不能低于2個，巖棉板固定釘必須穿透保溫板固定在鍍鋁鋅鋼板上。襯檁支托處，需將吸音、保溫材料挖洞，露出襯檁支托(見圖10)。

吸音、保溫材料施工的關(guān)鍵是防水，施工時必須嚴(yán)密組織、集中施工，盡量減少吸音、保溫材料暴露潮濕空氣中的時間，同時準(zhǔn)備防雨苫布，每天及時將未完工的吸音、保溫材料覆蓋，以防被雨淋濕。

5.9 幾字襯檁安裝

幾字檁條固定于襯檁支托上，方向與次檁條相同。在每個施工段上，用全站儀在壓型鋼底板表面，測放安裝襯檁支撐的位置控制線，并依據(jù)襯檁支撐間距離，確定安裝襯檁位置線。

5.10 鍍鋁鋅壓型鋼板與平鋼板施工

該項目采用1.0 mm YX51-250-750型鍍鋁鋅壓型鋼板，上覆一層1.2 mm厚鍍鋁鋅平鋼板，采用不銹鋼自攻釘固定于幾字襯檁上，橫向間距為750 mm，縱向間距為1.5 m(見圖11)。

5.11 吸音玻璃絲棉、自粘防水卷材施工

對基層進行清理，首先是將大量的灰塵、雜物用掃把清掃干凈。二次清潔一般用抹布清理將附著在鍍鋁鋅鋼板表面的灰塵清理干凈，對存在油污或者難以清理干凈的部位，要使用丙酮等有機溶劑進行清潔處理。然后，把自然疏松的吸音玻璃絲棉和防水卷材布置在鍍鋁鋅鋼板上，平整順直，按照設(shè)計的排布方向平鋪好，并進行適當(dāng)?shù)募舨谩＞聿臋M縱向最小搭接符合規(guī)范，鋪設(shè)時盡量避免形成褶皺、氣泡等缺陷，自粘卷材沿順?biāo)较虼罱訛樯洗钕隆Ｎ舨ＡЫz棉和防水卷材沿板肋方向鋪設(shè)，短邊搭接150 mm，長邊搭接1/3幅寬，孔洞四周連續(xù)搭接(見圖12)。

6 不銹鋼連續(xù)焊接屋面板安裝

6.1 抗風(fēng)措施

平潭島夏季高溫多雨，冬季氣溫可降至0 ℃以下，年平均風(fēng)速6.9 m/s，全年7級以上大風(fēng)日數(shù)為125 d，屬于多陣風(fēng)地區(qū)，可見平潭島的氣候條件對金屬屋面有較不利的影響。

1)該項目不銹鋼屋面板選用型號為445J2超純鐵素體不銹鋼，其線膨脹系數(shù)比其他不銹鋼及鋁板都要小很多，同等條件下伸縮量只有不銹鋼板的40%，在溫度變化下產(chǎn)生的伸縮及內(nèi)應(yīng)力也小。在任何溫度下其金相組織呈鐵素體組織，比起其他的材料及其他牌號的不銹鋼，超純鐵素體具有更好的耐腐蝕性、更好的加工成形及焊接性能。

2)該項目不銹鋼屋面板的固定座全部為固定式，不可滑動，包括普通固定座及約束固定座。普通固定座長60 mm，鋪設(shè)間距為300 mm～600 mm，約束固定座長為300 mm～700 mm，鋪設(shè)間距30 m，鋼板板厚均為8 mm。每個固定座采用2顆自攻螺釘與1顆拉爆鉚釘與下面的底層鋼板連接固定，將屋面荷載有效可靠地傳遞到底板及檁條上。該項目兩種緊固件的聯(lián)合使用，可以有效的增加抵抗橫向剪力及縱向拉力的能力。普通固定座與約束固定座分布示意圖見圖13。

3)該項目采用的不銹鋼屋面板專用壓型機，在輥壓屋面板時，會在板面板壓出微小的橫紋。這些橫紋不僅提高了屋面板的平整度，還能夠在不銹鋼屋面板被拉伸或壓縮時提供一定的可伸縮性，進一步減小溫度應(yīng)力。

4)該項目不銹鋼屋面板與不銹鋼固定座用自動焊機焊接在一起，板與固定座形成一個整體，連接牢固可靠，提高了屋面板抗風(fēng)能力的同時避免了漏水的隱患。

6.2 不銹鋼屋面板制作

該項目金屬屋面采用不銹鋼連續(xù)焊接屋面，不銹鋼板厚0.5 mm，板型為25/400，肋高25 mm，板寬400 mm，局部扇形，金屬屋面面積超過4.6萬m2，體量巨大，體型復(fù)雜。為確保屋面防水的整體性，該項目金屬屋面在順坡方向采用無搭接整體式通長面板，根據(jù)平面排版圖可知，大量屋面板跨度在50 m～100 m，板型包括直板、扇板。

該項目選擇了先進的數(shù)控壓型設(shè)備，該設(shè)備既能生產(chǎn)直板又能生產(chǎn)扇板，能夠連續(xù)將不銹鋼卷直接裁切，然后兩邊板肋同時壓型，做到扇形屋面板的一次成型。屋面板壓型加工平臺直接設(shè)在屋面，屋面板加工直接在屋面平臺上完成(見圖14)，省掉了屋面板垂直運輸環(huán)節(jié)，節(jié)約運輸時間，提高生產(chǎn)率，同時屋面板加工的質(zhì)量得到可靠的保障。

6.3 不銹鋼連續(xù)焊接屋面系統(tǒng)安裝工藝

根據(jù)屋面分區(qū)，測放控制線，按板肋方向畫出固定座的定位線，并按固定座間距位置及約束固定座的位置畫出固定座位置線。不銹鋼固定支座采用L=60 mm，間距不大于500 mm，材質(zhì)同屋面板的材質(zhì)，固定座用自攻螺釘固定在750板上，這樣使屋面板與底層受力結(jié)構(gòu)直接可靠連接。防雷墊片采用L-200 mm，橫縱間距不大于10 m材質(zhì)同屋面板的材質(zhì)，防雷固定支座遇到防水卷材時，防水卷材開口，使防雷墊片直接固定在750板上。

在天溝或屋脊處設(shè)置定位線，然后將屋面板的一端對準(zhǔn)定位線鋪設(shè)；注意大小肋的方向，每片板鋪設(shè)好后都要在小肋一側(cè)，按畫好的線安裝固定座；然后再鋪設(shè)下一塊板。固定座縱向誤差必須控制在1 mm以內(nèi)，每個普通固定座(如圖15所示)用2顆自攻螺釘及1顆拉爆鉚釘固定，約束固定座螺釘間距100 mm。屋面板安裝示意圖見圖16。

屋面板鋪設(shè)完成一定區(qū)域后，即可進行屋面板的焊接。當(dāng)天鋪設(shè)的屋面板必須當(dāng)天完成鎖邊焊接。焊接包括板肋的自動縫焊接，節(jié)點部位的手持焊接及點焊接。焊接順序要根據(jù)圖紙設(shè)計的步驟進行，根據(jù)節(jié)點的不同選擇是先焊節(jié)點部分再焊板肋部分。該項目焊接工作量非常大，自動焊縫長度達13萬m，單塊板最長焊縫達85 m。全自動便攜式焊機沿著立邊以大約3.5 m/min的速度進行自動焊接，焊縫寬度約3 mm。

7 結(jié)語

平潭海洋國際會展中心不銹鋼屋面面積約4.6萬m2，屋面造型不規(guī)則，屋面構(gòu)造層多達13層。該工程所處的平潭島夏季高溫多雨，冬季氣溫可降至0 ℃以下，全年7級以上大風(fēng)日數(shù)為125 d，屬于多陣風(fēng)地區(qū)。該項目在金屬屋面的安裝過程中，對每個支座的位置和標(biāo)高進行單獨計算、準(zhǔn)確定位；并對大量弧形檁條、弧形板、扇形板等非標(biāo)構(gòu)件單獨設(shè)計、下料、加工。項目通過BIM技術(shù)建模，實現(xiàn)精確下料、精細化加工、準(zhǔn)確定位安裝。該項目不銹鋼連續(xù)焊接屋面選擇超純鐵素體不銹鋼作為主板材，將屋面板與固定座通過自動焊機焊接在一起，板與固定座形成一個整體，固定座與下面鋼底板之間采用2顆自攻釘和1顆拉爆鉚釘固定，兩種緊固件的聯(lián)合使用，有效地增加了屋面板抵抗橫向剪力及縱向拉力的能力，提高了屋面板的抗風(fēng)能力。同時，該項目采用全自動連續(xù)焊縫機完成超長焊縫焊接，并通過多種施工工藝創(chuàng)新和質(zhì)量保證措施順利完成了金屬屋面的安裝任務(wù)。抗風(fēng)實驗數(shù)據(jù)表明，不銹鋼焊接屋面系統(tǒng)的極限抗風(fēng)能力可以達到10 kPa 甚至更高，完全滿足工程對抗風(fēng)性能的要求。