楊廷海 趙 鵬 盛 輝

北京佑榮索福恩建筑咨詢有限公司

1 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，一些大型體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)、展示場(chǎng)館及高鐵站房[1]等建筑物不斷涌現(xiàn)，如首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓、北京汽車博物館、津秦客運(yùn)專線唐山火車站站房等大跨度公共建筑中輕型鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面憑著其色彩豐富的外觀、優(yōu)異的結(jié)構(gòu)防水性能、優(yōu)良的抗風(fēng)性能、施工的方便快捷以及良好的保溫降噪的特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。本文主要結(jié)合北京汽車博物館工程，針對(duì)鋁鎂錳合金直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與施工技術(shù)進(jìn)行研究。

2 工程概況

北京汽車博物館屋面為一只“眼睛”的造型。有以開(kāi)放和包容的視野看世界的寓意（圖1）。

圖1 北京汽車博物館模型圖

其結(jié)構(gòu)由裝飾鋁板、鋁鎂錳直立鎖邊金屬板與保溫巖棉、吸音棉及壓型鋼板組成。

3 北京汽車博物館項(xiàng)目鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)基本構(gòu)造

對(duì)于各層面的球面設(shè)計(jì)，采用了三維空間設(shè)計(jì)的方式，采用空間坐標(biāo)定位等準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)幾個(gè)層面的位置關(guān)系，如圖2所示。

圖2 立體節(jié)點(diǎn)圖

（1）外層是裝飾鋁板。（2）中層為鋁鎂錳直立鎖邊金屬板和保溫巖棉，采用扇形分格，通過(guò)空間坐標(biāo)定位確定面材及龍骨位置與弧度。（3）內(nèi)層為壓型鋼板和吸音棉，亦采用扇形分格，通過(guò)空間坐標(biāo)定位確定面材及龍骨具體位置曲度弧度等。

3.1 主要材料

（1）裝飾鋁板：3mm板單板，材質(zhì)5005-H34。（2）防水板：1.0mm鋁鎂錳合金直立鎖邊板。（3）承托板：0.5mm彩色鍍鋁鋅壓型鋼底板。（4）泛水板：2mm氧化鋁板。（5）鋁型材：陽(yáng)極氧化處理。材質(zhì)為6063A-T5。（6）鋁管：Φ50×5mm圓鋁管，表面陽(yáng)極氧化。（7）鋼型材：C型檁條200mm×70mm×20mm×3mm，表面氟碳噴涂處理。轉(zhuǎn)接鋼件，材質(zhì)Q235B，表面熱浸鍍鋅。（8）密封膠：?jiǎn)谓M分，黑色。（9）其他：25mm吸音棉（外包黑色玻璃絲布）、100mm保溫棉、鋼制連接件、連接緊固件、隔離墊片等。

3.2 構(gòu)造設(shè)計(jì)（圖3）

圖3 基本節(jié)點(diǎn)

3.2.1 主次檁條連接設(shè)計(jì)

總包負(fù)責(zé)主體鋼結(jié)構(gòu)，主、次檁條由幕墻施工單位施工。主檁條與主體鋼結(jié)構(gòu)通過(guò)鋼制轉(zhuǎn)接件連接。沿球面的經(jīng)線設(shè)置。轉(zhuǎn)接件設(shè)計(jì)長(zhǎng)條孔，采用螺栓連接。次檁條通過(guò)螺栓連接到主檁條上。次檁條也設(shè)計(jì)有長(zhǎng)條孔，通過(guò)長(zhǎng)條孔設(shè)計(jì)即加強(qiáng)了抗震形變能力又可消除幕墻的伸縮噪聲。

3.2.2 壓型鋼板與吸音棉的連接設(shè)計(jì)

壓型鋼板位于主檁條的頂部，通過(guò)不銹鋼自攻自鉆釘與主檁條連接。不銹鋼自攻自鉆釘釘帽處使用防水墊圈，并采用耐候密封膠進(jìn)行密封。壓型鋼板需由下往上豎向排布，壓型鋼板通過(guò)相鄰的波峰（或波谷）實(shí)現(xiàn)橫向搭接，豎向由上而下搭接，搭接量約50mm～80mm為宜。隔音層采用無(wú)機(jī)纖維噴涂25mm厚吸音棉。在壓型鋼板上平鋪吸音棉，需要拼接密實(shí)且不要留有縫隙，宜錯(cuò)開(kāi)搭接。吸音棉與檁條也要不留有縫隙，壓型鋼板宜開(kāi)設(shè)用來(lái)消音的孔以保證吸音效果。

3.2.3 鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板和保溫巖棉的連接設(shè)計(jì)

鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板和保溫棉應(yīng)按先保溫后防水的安裝順序。采用100mm厚保溫巖棉。使用鋼絲與次檁條連接，鋼絲起到承托作用，保溫巖棉平鋪在鋼絲上。同時(shí)在橢圓球的下半部，也采用鋼絲在外側(cè)拉設(shè)鋼絲，以保證保溫棉固定的穩(wěn)固。保溫巖棉鋪設(shè)同吸音棉搭接密實(shí)不留縫隙。

鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板的連接設(shè)計(jì)：由于屋面扭曲，導(dǎo)致局部板寬變化，板肋產(chǎn)生側(cè)偏現(xiàn)象，局部設(shè)計(jì)上窄下寬的扇形板來(lái)解決，避免采用全部直板時(shí)，屋面最大扭曲部位板肋需側(cè)偏。若用直板則不能連續(xù)鋪設(shè)覆蓋屋面，如強(qiáng)行安裝，存在鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板受損，導(dǎo)致重大漏水安全隱患。鋁鎂錳合金直立鎖邊防水板的固定，首先是將鋁合金固定座用高強(qiáng)不銹鋼螺釘固定于鍍鋅檁條上翼緣，再將屋面板扣在鋁合金固定座的梅花頭上，最后用電動(dòng)鎖邊機(jī)將屋面板的搭接邊咬合在一起[4]。

屋面板在實(shí)際工程中要通長(zhǎng)安裝，不許搭接[2]，由于板比較薄，在加工、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，易造成各種損壞現(xiàn)象，導(dǎo)致滲漏隱患。所以屋面板通常是現(xiàn)場(chǎng)加工安裝（圖4）。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)壓型

收邊、泛水、伸縮等是金屬屋面常見(jiàn)的問(wèn)題，本工程采用了2mm泛水板與屋面板連接搭接，并在此部位打膠密封，保證泛水板既能伸縮自如又保證整體結(jié)構(gòu)的防水性能。

3.2.4 裝飾鋁板的設(shè)計(jì)

裝飾鋁板采用方形，鋁單板通過(guò)螺釘與鋁合金副框連接。曲面通過(guò)裝飾鋁板折線拼裝來(lái)完成。通過(guò)三維空間設(shè)計(jì)的方式，采用空間坐標(biāo)定位，從而明確各板塊的實(shí)際尺寸規(guī)格。在曲率較大部位鋁板采用冷壓或接技術(shù)保證板塊安裝效果。

3.2.5 裝飾鋁板的連接設(shè)計(jì)（圖5）[4]

裝飾鋁板通過(guò)鋁合金副框及角鋁與鋁板幕墻龍骨連接，鋁板幕墻龍骨通過(guò)鋁合金特殊夾具固定在屋面板T型固定支座上。角鋁通過(guò)連接螺栓與鋁合金副框固定，在角鋁立板上，設(shè)計(jì)豎向長(zhǎng)條孔，用以實(shí)現(xiàn)調(diào)整高度。角鋁預(yù)先安裝在鋁合金副框上。裝飾鋁板通過(guò)鋁合金壓板與鋁板幕墻龍骨連接。此結(jié)構(gòu)即滿足安裝過(guò)程中三維調(diào)整，又通過(guò)角鋁與裝飾板塊的自由調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)各個(gè)自由度方向的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而大大提高了幕墻的溫度變形和抗震變位能力。同時(shí)，在角鋁立板上還開(kāi)有條紋，與螺母墊圈配合使用，達(dá)到板塊的限位和固定作用。

3.3 防水設(shè)計(jì)

排水與防水性能是屋面系統(tǒng)工程的關(guān)鍵。本工程外層是裝飾鋁板，下層鋁鎂錳合金直立鎖邊板實(shí)現(xiàn)防水。此防水板使用專用機(jī)器進(jìn)行鎖邊，不需要用螺釘穿透屋面板，也不需要使用防水密縫膠，即可形成一個(gè)防水及抗風(fēng)的整體[1]，肋高采用65mm，具有更理想的防水性能。從以下三個(gè)部分介紹如何保證水密性能。

3.3.1 鋁鎂錳合金直立鎖邊板系統(tǒng)讓雨水有序收集排放

鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板由上至下分層設(shè)計(jì)，板與板間通過(guò)對(duì)泛水節(jié)點(diǎn)處理形成環(huán)向伸縮縫，使上下層板既能伸縮自由又密閉良好，具有良好防水和保溫性能?；⌒紊让嫖菝姘謇吒?5mm，板面寬度400mm，確保雨水順利排出。經(jīng)計(jì)算，此系統(tǒng)可抵御每小時(shí)79.2mm的強(qiáng)降雨而不出現(xiàn)滲漏。

3.3.2 在殼體的最大橫剖面上四周設(shè)有集水槽

集水槽采用3mm厚316不銹鋼板加工，集水槽寬500mm，高250mm，一邊設(shè)計(jì)在鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板內(nèi)部，收集順?shù)X鎂錳合金直立鎖邊屋面板流下的雨水。

采光天窗與屋面板交接收口處設(shè)有泛水的2mm氧化鋁板，從天窗排下的水沿著屋面防水板進(jìn)入周圈排水溝（圖6）。

3.3.3 在集水槽上周圈均布Φ150mm的不銹鋼落水管（圖7）

落水管沿直立鎖邊屋面板曲線布置。落水管與集水槽可靠連接，保證水密性能。

綜上所述，使雨水有序排出，保證系統(tǒng)水密性能。

3.4 抗風(fēng)荷載能力

鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面通過(guò)調(diào)整支撐檁條間距及T型支架距離，能夠滿足較強(qiáng)的抗風(fēng)荷載要求。有研究模型試驗(yàn)表明，鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)，風(fēng)壓小于風(fēng)揭極限荷載前，屋面板支座與屋面板鎖縫處連接較好，沒(méi)有發(fā)生咬合松弛；但接近或達(dá)到風(fēng)揭極限荷載時(shí)，會(huì)產(chǎn)生塑性變形，最終導(dǎo)致風(fēng)揭破壞。所以，為提高金屬屋面系統(tǒng)的整體抗風(fēng)揭強(qiáng)度，應(yīng)著重提高鎖邊處的咬合力，例如可以優(yōu)化鎖邊咬合方式或者在無(wú)支座處的跨中位置增設(shè)抗風(fēng)夾等措施來(lái)提升系統(tǒng)抗風(fēng)揭能力[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)耐腐性強(qiáng)，對(duì)建筑物復(fù)雜造型有很好的適應(yīng)性，并可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)制板，所以制作長(zhǎng)度可以達(dá)到整個(gè)跨度，避免搭接節(jié)點(diǎn)，大大減少雨水滲漏的可能性。目前作為一種較成熟的建筑幕墻系統(tǒng)，值得廣泛的推廣與應(yīng)用，希望能給類似工程提供一些參考。