机场航站楼异形大跨度金属屋面抗风揭技术.pdf

机场航站楼异形大跨度金属屋面抗风揭技术赵 明曹敏德慕 洋姚 冲(中建二局第一建筑工程有限公司陕西分公司陕西 西安)收稿日期:作者简介:赵明()男河南周口人本科工程师主要从事建筑工程施工现场管理工作摘 要:简述金属屋面系统的常见形式提出直立锁边金属屋面系统的优势结合某机场航站楼工程项目确定直立锁边金属屋面系统的关键组成重点分析此类金属屋面系统在使用过程中易被风揭的原因进而探讨屋面加固措施以提升异形大跨度金属屋面的抗风揭能力保证屋面系统的稳定性为机场航站楼的日常使用提供安全保障关键词:机场航站楼金属屋面抗风揭原因分析加固技术中图分类号:文献标志码:文章编号:():/引 言大跨度金属屋面系统具有跨度大、构造复杂、重量轻等特殊性对外部荷载的抵御能力有限 直立锁边金属屋面属于建筑金属屋面系统中的代表形式其机械连接强度低在承受较强的风荷载或其他荷载作用时可能有连接失效、结构变形、受损等问题 因此深入研究大跨度直立锁边金属屋面抗风揭技术具有必要性需探明抗风揭效果差的原因采取行之有效的加固技术 金属屋面系统建筑工程领域的金属屋面系统包含直立锁边系统、平锁扣式系统、立边咬合系统等为建筑金属屋面系统的建设提供了丰富的选择 建筑工程中普遍采用直立锁边金属屋面系统以金属板块为基础单元组合而成直立锁边咬合设计安装便捷、板材强度高、热变形适应性强可根据工程屋面施工要求在现场加工出特定长度的板材避免传统方式下大尺寸板材受运输条件限制而难以有效施工的问题同时较长的板材可避免长向搭接对提升建筑的美观性、保证建筑的防水性均有益 从结构组成的角度来看直立锁边金属屋面系统具有如下优势)防渗漏性能优越 板材以机械咬合的方式连接至梅花支座无穿孔板材的完整性良好 板材立边高达 相比传统屋面系统具有更加突出的防渗漏性能 建筑直立锁边屋面系统通常采用铝镁锰合金板此类材料的加工可在现场完成高效加工出满足工程尺寸要求的完整板材大幅减少板材长度方向的搭接量在源头上规避搭接部位易渗漏的问题 锁缝有反毛细凹槽空腔部位水的表面张力较小水顺缝隙进入屋面的可能性降低)抗变形能力强 直立锁边金属屋面系统的锁边连接方式合理板材在长度方向可自由滑动温度的适应性得以提升有效减少因热胀冷缩而引起的变形现象 压型板材设有板肋可吸收由于温度变化引起的横向变形)美观性 直立锁边屋面系统具有充足的设计细节变动空间可根据建筑外观要求对屋面系统做针对性的设计发挥出屋面系统在改善建筑外观方面的作用 对于坡度大于()的坡屋面采用直立锁边屋面系统则能够取得良好的应用效果)抗风性能 对直立锁边点支撑金属屋面面板进行固定时选用的是专属铝合金 码支座搭配抗潮自攻螺钉使面板能够牢固安装在对应支座檩条上所有屋面支座均设有 枚自攻钉在确保临近支座纵向距离 后采用电动立边咬合设备锁住间隔板块立边和扣件套 当承受风荷载时板块能够利用支座自由移动达到缓冲屋面应力的效果使屋面拥有良好的抗风性能)适用性良好 相较于传统屋面板的底板及面板需要远距离定制与运输铝合金屋面板能够做到现场随造随用极大优化材料成本及工程效率且能够根据工程实际需求将金属屋面板制作成各类形式如直线、折线、弧线乃至扇形板以快速适应工程对平、坡、球形、曲形等各类不同形式屋面的建筑需求)避雷性 相较于传统建筑采用避雷针或避雷带导致屋面观感不佳、防水性能不好本金属屋盖系统利用金属面板替代闪接器只需去除一部分 固定座内螺丝胶垫便可提升整体屋面的导电性从而达到防雷功效无需再次耗费成本专门设置防雷模块在节约成本的同时同样满足了国际标准中对接地电阻的要求更好地提高了屋面整体观感随着社会经济的发展和交通基础设施的进步机场、火车站等大跨度建筑的建设正如火如荼进行以直立锁边金属屋面为代表的金属屋面形式取得广泛应用但同时各界也对屋面的安全性提出更高的要求 现阶段部分大跨度金属屋面在使用过程中存在抗风揭能力弱的问题不利于建筑的安全使用为有效突破此现状需探明抗风揭能力弱的原因并采取应对措施本文结合工程实例展开分析 工程概况某机场 号航站楼(以下简称)总建筑面积约 建筑高度 南北总长 东西宽 为双曲拱形结构 中的 布置在中间两侧以“人”字形对称方式布置 、采用金属屋面包含金属屋面主体、不锈钢天沟、铝蜂巢板檐口、采光天窗等可抗击 级风.金属屋面主体结构面板为表面经氟碳喷涂处理的锰镁铝合金板厚度为.屋面为瑞典“贝姆”直立锁边屋面系统主体的钢承底板采用两肋穿孔彩色钢底板孔径 面板为直立锁边贝姆板用锁扣连接连接部位可靠性良好且具有可伸缩活动、防雨的特性 屋面主体的保温层、气密层、吸音层材料分别为玻璃棉、铝塑夹筋薄膜、吸音玻璃棉.屋面天窗三角形采光天窗包含 个可开启天窗和 个固定天窗共 个天窗高出屋面.不锈钢天沟屋面有间距为 的南北排水天沟通长布置 的天沟类型主要有内天沟、外檐口边天沟、采光天窗周围的天沟三类长度分别为 、局部有暗天沟.铝蜂巢板檐口材料采用铝蜂巢板厚度为.金属屋面局部被风揭现象描述 屋面共出现 次严重的被风揭现象具体如下)第 次:时间为 年 月 日最大瞬时风速./相当于 级风致使.东北翼出现面积约 的破损)第 次:时间为 年 月 日最大瞬时风速/相当于 级风致使.东北翼出现面积约 的破损且集中在前 次破损部位的周边 直立锁边金属屋面被风揭的关键原因.屋面设计的负风压标准值偏低在本工程中直立锁边金属屋面设计时风荷载的取值主要根据建筑结构荷载规范()而定而在此标准中设计负风压的取值相对较低 在 级风压条件下直立锁边金属屋面稳定性良好结构完整维持正常状态的关键原因在于风负压作用由于结构重力荷载的存在而被削弱产生的不良影响相对有限 但金属屋面面板的自重较轻此部分材料虽然可减弱负风压但效果微乎其微因此在大风天气易被风揭而此特性也较好地解释了为何多数金属屋面面板被风揭而主体结构仍维持完好的现象.金属屋面设计对风荷载的考虑不周(仅进行风洞试验)风荷载是金属屋面设计中不可忽视的一类荷载 金属屋面为大跨度、重量轻的双曲面形状属于典型的风敏感结构若结构设计不合理在遇到大风天气时易出现失稳、受损等问题 为提升 金属屋面对风荷载的抵御能力在设计时进行理论计算和风洞试验但有所不足的是风洞试验难以全面模拟金属屋面使用过程中可能出现的各类风荷载且尤为突出的是难以模拟金属屋面使用时的最不利情况在此局限性下设计出的金属屋面难以抵御各类特殊的风荷载 屋面破坏集中在弧形段此部位在使用过程中受到的瞬间风力超过建设标准引起严重的面板破坏问题对于超长、超宽、受风面积大的直立锁边金属屋面由于结构条件和使用条件的特殊性面板实际风压和负风压的计算难度较大结果缺乏准确性且部分建筑采用双曲、波浪等特殊造型的屋面形态的异常致使计算难度进一步增加仅根据理论计算结果进行设计时设计阶段获取到的参考信息不完善设计方案的全面性不足可行性差具体表现出安全裕度低、抗风揭能力弱等问题且在受力复杂的部位体现得愈发明显.薄弱部位的加工不到位由于直立锁边金属屋面各部位的抗风揭能力存在差异在遇到大风天气时异常部位的出现有先后顺序 通常异常部位最初见于山墙节点、屋脊节点等薄弱处随后向周边屋面板蔓延严重时引起整个屋面系统受损在 直立锁边金属屋面系统中屋面板的咬合部位是整个屋面系统受到强风作用时最易受损且最先受损的部位但在施工中并未针对此类薄弱部位采取加固措施遇较恶劣的大风天气时薄弱部位的面板被风揭出现明显的损伤 金属屋面加固施工技术分析基于前述的分析明确大跨度直立锁边金属屋面被风揭时的主要问题)支座的锁缝分离滑动支座受损紧固件松动由其连接的材料失稳面板受损较为严重)屋面对强风的抵御能力有限在较强风力条件下有失稳、受损的可能)码与檩条的连接强度不足稳定性欠佳在明确大跨度直立锁边金属屋面的薄弱部位后探寻提高屋面抗风揭能力的措施 加固处理是重要的应对策略对屋脊、檐口、天沟边等部位做加固处理后提升局部的稳定性进而构成稳定性良好的整体屋面系统.外檐口天沟的加固沿金属面板与屋面边沟、内天沟的交界线布设型钢龙骨加固屋面板的边缘部分 为固定外檐口边沟沿外檐口一侧上、下各设一道镀锌方钢管 于临近外檐口一侧屋面板距板端 处设铝卡件利用此构件将围护结构稳固在板肋上方使此部位的面板被稳定压住 通过 型镀锌方钢管连接上、下两道镀锌方钢管钢连接件与侧墙连接 两根镀锌方钢管间用钢板连接件连接为一体为满足檩条热胀冷缩及外力变形的要求檩条间预留 的缝隙 自攻螺丝与屋面板接触加固时向两者的接触面设防水垫片 为避免紧固件在使用过程中因生锈而影响紧固效果统一采用不锈钢螺栓.屋面内檐口的加固按双排结构加固屋面内檐口加固杆件的布设间距控制在.双排结构采用规格为 的镀锌钢管用方钢管连接双排结构并将镀锌钢管作为横杆以起到加固檐口板的效果 为使围护结构稳固在板肋上方进而稳定压住面板在屋面板上设置面板铝卡件 紧固件统一采用不锈钢螺栓避免锈蚀 屋面内檐口加固示意如图 所示图 屋面内檐口加固示意.内天沟的加固屋面天沟将双曲面弧形的屋面划分为 个区域每块屋面板由大肋边搭扣小肋并以咬口锁合的方法加以固定使每块屋面板均具有稳定性为增强屋面板和铝合金支架的咬合力用夹具对天沟部位上、下口咬合的板肋做加固处理同时在上、下口的屋面板通长布置一道不锈钢方钢管组成结构完整、稳定可靠的框架体系稳定压住屋面板确保屋面板即便在较强风力作用下仍具有稳定性 同时由于局部板的稳定性得以提升屋面板被风吹掀所产生的不良影响范围得到控制即此时不良连锁反应的发生率较低 并且通过钢绞线将天沟的横向杆件连接为整体结构完整受力时稳定可靠 内天沟加固如图 所示图 内天沟加固示意.天沟之间的加固在天沟间通长设围护结构加固结构通过双卡件连接至屋面板上方设置镀锌方钢管用螺栓连接 由于镀锌方钢管的设置屋面板将更具稳定性降低被风揭的几率以及减小极端大风天气下被风揭的范围 考虑到温度的变化檩条间预留 的缝隙使檩条热胀冷缩 此外通过双螺母、弹簧垫、垫片等对天沟之间做强化加固处理通过此类配套构件共同提升加固效果 紧固件采用不锈钢螺栓避免锈蚀.天窗周边的加固针对采光天窗四周做加固处理避免此部位的屋面板发生松动 加固材料以 的镀锌钢管为主将其作为围护结构设置在采光天窗三边准备面板卡具布设在天沟两侧屋面板距板端 的部位确保镀锌方钢管与板肋形成稳定连接的关系此时面板将被压住而具有稳定性通过螺栓连接镀锌方钢管檩条间预留 的缝隙适应环境温度的变化保证檩条的正常热胀冷缩 紧固件采用不锈钢螺栓避免锈蚀.两翼指廊加密加固首先分析各部位的风压再根据分析结果进行加密加固在本屋面结构中风压较强的部位是 东南和西南翼、东北和西北翼属于重点处理部位具体按照如下方法加以处理以期提高屋面板的抗风能力:在屋面板肋上设置钢结构网用双卡件予以固定按照 的网格状通长布置可压住屋面板的镀锌方钢管再用不锈钢螺栓加固 至此屋面板形成可靠的受力体系提高屋面板的抗风能力确保在较强风力的侵袭下屋面板仍维持稳定此外在 、边角的 码间布设方钢管沿东西方向布设龙骨.屋面 码穿钉和满布卡具为提高屋面面板与 码的连接强度采取以下措施)板中穿钉:取 的螺钉在屋面板中部穿刺稳定连接面板和 码 考虑到穿刺点可能渗漏的情况向该部位打胶防止渗漏)满布卡具:以增设铝合金卡具的方法加固未穿刺的 码使面板直立锁边构造维持稳定保证此部位即便受到强烈的风振也仍然维持稳定.屋面钢缆的加固在风揭破坏下局部出现小范围的破损而 金属屋面属于锁合系统小部分的破损未及时处理时将引起连锁反应出现大范围的屋面被掀现象 为应对该问题用钢连接件将 的钢缆连至屋面加固结构确保在屋面板局部受到破坏后无大范围的破损、散落问题 钢绞线的加固需具有全面性要求屋面的各部位均得到加固处理使建设成型的屋面体系具备较强的抗风揭能力.檐口铝蜂巢板加固在板下结构龙骨上设置铝型材压片和防水螺丝提高檐口板的固定强度确保此部位在风荷载的作用下仍维持稳定 结束语直立锁边金属屋面体系在大新公共建筑中取得广泛的应用但此类屋面结构在使用过程中可能被风揭开出现不同程度的损伤影响屋面体系乃至建筑整体的正常使用 抗风揭是保证直立锁边金属屋面体系稳定性的重要举措经过本文的分析后提出大跨度直立锁边金属屋面体系的加固思路及具体方法通过对各薄弱部位的加固提高金属屋面的抗风能力有效防止大风对金属屋面结构产生不良影响保障金属屋面结构的稳定性和安全性:参 考 文 献:汤亮韩庆张乐乐.珠海机场 航站楼金属屋面选型与设计.工程建设与设计():.韩晋.金属屋面系统抗风揭试验关键技术.建筑技术():.莫卓凯赖燕德.直立锁边金属屋面抗风性能试验研究.广东土木与建筑():.石东婉.可提高抗风揭性能金属屋面结构设计与分析.工程建设与设计():.(上接第 页)踪管理在信息方面的要求 在以信息为指导的跟踪管理策略下提升管理的有效性避免在生产、运输期间出现各式各样的问题 同时信息的可溯性较好对员工的依赖性降低无须花费过多的人力资源进行信息的跟踪管理因此基于 技术的信息跟踪管理方式在保证工作有效性的同时还可减轻员工的劳动强度.物料跟踪管理针对构件开展登记、注销、跟踪同步一系列活动在及时的跟踪管理之下为下一个动作提供依据使工程活动有条不紊地进行 通过对 平台中构件信息的应用统计构件的工程量基于掌握的信息在软件中生成资源曲线确定每日生产活动中消耗的各类资源的类型以及具体数量根据工程计划和当前的物料剩余量安排备料活动保证物料供应的及时性在避免现场停工等料的同时还可规避由于物料过量供应引发的现场乱堆乱放、材料受损等问题 因此 技术视域下的物料跟踪管理可起到减轻物料管理难度、提高管理效率、降低成本多项效果 结束语本项目采用 技术建立模型以便优化梁场规划方案以及提高制梁工艺水平取得如下效果)技术可用于梁场规划的验证评估可行性做好各功能区的优化布置导出经过优化后的布置平面图)实现预制小箱梁及钢筋、波纹管模型的建立构建参数化节点库建模的质量可靠、效率高便于校核设计图纸为工程质量提供保障)仿真模拟预制小箱梁的施工过程各项工程活动能够被直观展现可在源头上发现问题并加以处理 同时三维形式辅助技术交底的全面性、准确性均有所提升)实现对施工进度、物料的跟踪管理施工的主动性增强强化对施工质量和安全的管控降低异常状况的发生率减小由于异常状况造成的不良影响:参 考 文 献:张军高月波付绍强.基于 新技术的陡坡填方梁场设计方法研究.科学技术创新():.鲍英基刘俊邓庆奥.基于 的预制梁场 轻量化应用研究.工程建设与设计():.张勇.高铁箱梁制梁场模块化 建造关键技术.工程建设与设计():.刘长卿.技术在高速铁路梁场信息化管理中的应用.市政技术():.