北洋园体育场金属屋面系统三维双曲檐口铝单板施工工艺.pdf

一 搬，l 鞭 lmm黼懈 _ 北 洋 园体 育场 金 属 屋 面 系统 三 维 双 曲 檐 口铝 单板 施 工 工艺 张秀刚， 杨 戟 ( 上海宝冶集团有限公司， 上海 2 0 1 9 0 8 ) 摘要： 铝单板 系统多用来处理复杂造型的金属屋面系统。北洋园体育场双曲屋面檐口铝单板为三维双曲造型， 采用犀 牛软件建模并合理施X - ， 可使施工简化 ， 并可保证工程质量。 关键词： 金属屋面系统； 三维双曲檐口； 铝单板； 施工 文章编号： 1 0 0 7 4 9 7 X( 2 0 1 4 ) 一 0 3 0 0 1 1 - 0 4 中图分类号： T U 2 3 1 ； T U 7 4 5 文献标识码 ： B Co n s t r u c t i o n Te c h n o l o g y o f Al u mi n u m Pl a t e i n Th r e e - di m e n s i o na l Hy pe r b o l i c Ea v e s o f M e t a l Ro o fing S y s t e m o f Be i y a n g y u a n S t a d i u m Z h a n g Xi u g a n g ， Ya n g j i ( S h a n g h a i B a o y e G r o u p C o ， L t d ， S h a n g h a i 2 0 1 9 0 8 ) Ab s t r a c t ：Al u mi n u m p l a t e s y s t e m i s mo s t l y a p p l i e d i n me t a l r o o fi n g s y s t e m w i t h c o mp l e x mo u l d i n g T h e mo u l d i n g o f a l u mi n u m p l a t e i n h y p e r b o l i c r o o fin g e a v e s o f B e i y a n g y u a n S t a d i u m i s t h r e e d i me n s i o n a l h y p e r b o l i c T h e s o f t w a r e Rh i n o c e r o s wh i c h wa s u s e d f o r mo u l d i n g a n d r e a s o n a b l e c o n s t r u c t i o n c a n s i mp l i f y t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y a n d e n s u r e t h e q u a l i t y o f t h e e n g i n e e r i n g Ke y wo r d s ： me t a l r o o f s y s t e m； t h r e e - d i me n s i o n a l h y p e r b o l i c e a v e s ； a l u mi n u m p l a t e ； c o n s t r u c t i o n 1 工程概况 金属屋面系统是机场、 体育场馆、 火车站、 展馆及 会所和一些有独特艺术造型要求的建筑主要使用的 屋面系统。铝镁锰合金直立锁边金属屋面系统， 以其 完善的防水、 隔热、 消音性能， 基材的耐久性和良好的 造型能力 ， 成为高端市场的首选。但是 ， 由于其屋面 板板型的限制， 该系统很难满足复杂金属屋面檐口造 型的要求。铝单板系统以其任意的造型， 刚好符合檐 口美观以及造型复杂的要求。因此， 现在金属屋面系 收稿 日期 ： 2 0 1 3 0 5 3 0 作者简介： 张秀刚， 男， 1 9 8 4年生， 主要从事钢结构设计施工工 作。联 系地址： 2 0 1 9 0 8上海市宝山区罗店镇罗新路 3 0 5号， E ma i l ： n e t 1 9 6 2 9 6 1 2 6 c o n。 统多采用铝镁锰直立锁边板屋面和铝单板檐 口的组 合方式， 这样不仅使整个建筑的使用功能得到保障， 而且使整个金属屋面系统的整体性 、美观性都有很 大的提高。所以， 铝单板在整个金属屋面系统中占有 很重要的一部分， 天津北洋园体育场金属屋面工程在 檐 口 铝单板的处理上， 有一定的代表性。 天津海河教育园区一期综合配套工程体育场( 下 称北洋园体育场) 金属屋面面积约 3 0 0 0 0 m ， 金属屋 面造型为椭圆马鞍形双曲屋面 ( 图 1 o按伸缩缝划 分， 整个屋面分为东、 西、 南、 北四个区， 其中东、 西区 各分为 3 个小区。整个建筑平面南北呈镜面对称( 图 2 ) 。屋面采用国内最先进的铝镁锰合金直立锁边扇 形板， 檐口采用铝单板 ， 外墙面主要采用的是格栅及 2 0 1 4 3 中国 建筑防水 屋面工程 1 1 I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m l 一 叁 金属屋面 图1体育场金属屋面效果图 区 2区 区 图2体育 场 金属屋 面布置图 石材。金属屋 面采用比较 常用 的室外金 属屋面结 构 层次，从上到下依次为铝镁合金直立锁边扇形板、降 噪棉、吸音无纺布、穿孔钢底板。檐口铝单板为三维 双曲造型。 2 外檐口铝单板施工工艺 21基本情况 北洋园体育场金属屋 面系统外檐口节点如图3 所示，总体分铝单板A、B、c三块板。铝单板B为圆 弧板，半径为04 m ；铝单板A和铝单板c都与铝单 板B相切；铝单板c与垂直面的夹角届为变化值， 22 。 口4 5 。 。檐口最高点(西区)与最低点高差，最大 可达到15 i n。 由此展 开的体育场整个檐口的2 000 块铝单板，没有任何两块的尺寸相同 ，这对整个檐口 节点的设计、加工、施工都造成了很大的困难。原设 计中铝单板c表面同幕墙格栅在同 一 个平面上，而 且是檐口铝单板先行施工，所以铝单板定位必须非常 准确，这无形中又增加了工程的难度。 体育场金属屋面外轮廓线半径，分别为127 315 m 、92315 m 、140475m。取半径最小部分92 315m ， 按常规的l200 m m宽度分割铝单板 ，弦高2m m，忽 I 12C B W - Roof ingE ngineering20143 铝 铝镁锰合金直 立锁边屋 面板 图3体育场金属屋面系统外檐口节点图 略不计，铝单板在建筑环向方向可以不弯弧。 22 外檐口铝单板处理方法 铝单板龙骨模型建立步骤：第 一 ，根据钢结构模 型，建立每榀桁架处 的铝单板龙骨模型；第二，运用 犀牛软件，创建过铝单板龙骨处与铝单板外表面平行 的三维曲面模型；第三，平面环向弧长，用定距等分确 定每榀铝单板龙骨的水平环向定位；第四，每榀铝单 板龙骨定位点和过建筑圆心铅 垂面与三维曲面的相 交线，即为铝单板龙骨中心线 。 钢结构桁架按结构桁架圆心方向径向布置，每两 榀桁架外檐口的间距约l lm。每两榀桁架之问钢结 构呈直线状，没有弯弧，所以外檐口铝单板水平面的 弧度需依据铝单板龙骨进行调节。相邻两榀桁架之 间外檐口高差不同，且相邻两段外檐口主结构之间 在立面上就会形成 一 定折角(图4)，因而铝单板立面 上的弧度也要依据铝单板龙骨来调节。由于铝单板 龙骨需要微调的地方太多，而且从钢结构中无法找 出调整依据，所以无法单独根据钢结构建模。因此在 建模前，先根据铝单板A的斜率(同屋 面斜率)、铝单 板B圆心定位及铝单板C的斜率p，给每榀桁架处铝 单板龙骨定位。据此，用犀牛软件创建过铝单板龙骨 处与铝单板外表面平行的三维曲面模型，再根据主体 结构伸缩缝的设置，按约l200m m距离均匀分隔伸 缩缝之间外轮廓线来确定分割点(即每榀铝单板龙 骨的水平环向定位)。过分割点及建筑外轮廓圆心铅 垂面与三维曲面的相交线，即为每榀铝单板龙骨的中 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图4结构桁 架外檐口折角 心线。， 3设计、施工过程中遇到的主要问题 及调整 31主要问题 原设计中建筑外轮廓圆心与结构桁架 的圆心不 一 致(图5)。半角度 3=o 。(即铝单板 及幕墙的格栅是 竖直的)， f i管建筑外轮廓圆心与结构桁架圆心是 否 一 致，锅单板分割竖向胶缝都垂直于地面；当角度 届0 。(即本工 程遇到的情况)，建筑外轮廓圆心与结 构桁架圆心不 一 致，因而依据两种圆心分割出的铝单 板胶缝方 向亦小 一 致。 建筑圆心3 建筑圆心2 纳构桁架圆心I 结构桁架圆心2 建筑圆心1 建筑 圆心4 图5金属屋面建筑外轮廓圆心图(上) 及屋面结构桁架圆心 图(下) 圆心3 心4 本工程中檐口铝单板部分，按过建筑圆心且垂直 于地 面的平面进行分割(从建筑圆心的方向看去 ，竖 向胶缝垂直于地 面。由于口角度的存在，只有在特定 的方向看，竖向胶缝才垂直于地面)，铝单板的分割尺 寸比较标准 一 致。所以，如果单独考虑铝单板的施工， 依据建筑圆心分割是最合理的方法。幕墙部分铝单 板 的施工由于受门洞、墙面格栅的影响，必须按结构 桁架圆心设置格栅及石材。原设计要求墙面格栅与 金属屋面 F 一 _ l_ 檐口铝单板的竖向胶缝方向应保持 一 敛，如按锚单板 及格栅各自考虑的方法施工就存在矛盾，所以必须有 一 项作出调整。 3-2檐口铝单板调 整 经综合各方讨论 的情况后，研究决定对销单板c 进行调整，使其竖向胶缝同格栅保持 一 致(即按过结 构桁架圆心的竖直面与铝单板c相交线没胃胶缝)， 将铝单板竖向胶缝同格栅的夹角：移到销单板B与 铝单板c之间(图6)。由于铝单板B在立 面上显示部 分很小，故该夹角可以忽略。 钏单板Bj i iI 铝币板B 。 格栅 UlHllUnUUI 格栅 I1HIlIIUUlI 图6铝单板C调整前的立面展开图(左) 及调整后的立面展开图( 右 ) 据图5(下)可知：按结构桁架圆心布置，外檐口 处于不同半径的同心圆上。以屋面南区结构桁架为 例(图7)，A点与B点半径相差约6 m。相邻铝单板 龙骨处于 不同半径的 同心圆上，铝单板龙骨 外表面与该处的建筑 外轮廓线会形成 一 定 夹角，安装铝单板时在 该胶缝处就会 出现错 台现象(图8)，最明显 处约20m m；且由于铝 j4 B 国 图7桁架檐口在结构桁架圆心 不同半径的同心圆上 单板龙骨与主结构角度肛的存在，使铝单板龙骨在 施工过程中很难准确定位。所以，铝单板龙骨只能按 建筑外轮廓圆心分割铝单板的方式安装，然后在此基 础上，依据此曲面所在面增加结构方向的胶缝龙骨。 铝单板C按结构半径施工与按建筑半径施工相比， 上点位置不变，下边偏移已达到400m m以上(图9)。 4 结语 按前述的处理方法，单就金属屋面的檐口铝单板 20143 中国建筑防水屋面工程13I 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 金 属 屋 面 嬲 艄 露： 铝单板 铝单板 建筑外轮廓 铝单板错台 铝J ( 建 图8 铝单板龙骨按建筑外轮廓圆心安装( 上) 及按结构桁架圆心安装( 下) 系统来讲， 不论加工难度还是施工难度都大为增加； 但是将檐口铝单板系统和墙面一起看作一个整体的 建筑外立面， 不仅能达到原设计的建筑要求 ， 而且能 展现出该金属屋面完美的建筑外观效果 。 按建筑分隔板型 按结构分隔板型 原龙骨位置 增加龙骨位置 图 9 建筑分 隔与结构分隔铝单板板型比较 经过合理地运用三维软件建模以及后期施工处 理方法， 保证了本工程金属屋面系统三维双曲檐口铝 单板系统的施工顺利完成， 这一经验或可为以后类似 工程提供借鉴。 参考文献 ： 1 】 山西省住房和城 乡建设厅 G B 5 0 3 4 5 -2 0 1 2屋面工程技 术规范 S 】 北京： 中国建筑工业出版社 ， 2 0 1 2 【 2 】 全国有色金属标准化技术委员会 G B T 3 8 8 0 - - 2 0 0 6一般 工业用铝及铝合金板、 带材 S 】 北京： 中国标准出版社 ， 20 07 3 山西省住房和城 乡建设厅 G B 5 0 2 0 7 -2 0 1 2屋面工程质 量验收规范 s 】 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 2 ( 上接第 1 0页) 常采用强度为 3 5 0 M P a 以下等级的材料制成。前已 提及 ，扣合式构造需要采用屈服强度达 5 5 0 M P a 的 板材才能提高扣合连接的性能。因此 ， 目前 国内的角 驰板是一种集合了多种矛盾于一体的板型， 存在较大 的抗风和防水问题。由于是通用板型， 采用角驰板型 的厂家， 局限于设备厂家的产品水平， 基本没有企业 对此进行深入研究， 加之各种以次充好的支架充斥市 场， 目前我国大量的角驰型金属板屋面的抗风和防水 能力着实堪忧 。此外 ， 截至 目前为止 ， 尚未见到有 国 内的角驰板通过 F M抗风揭测试 的。以笔者浅见 ， 这 种角驰板型应予淘汰。 4结语 本文仅从锁缝连接构造的力学特性方面， 对常见 的金属屋面板的特性进行了分析， 限于篇幅， 未涉及 其他如支座的详细分析研究、 板端搭接构造、 防水构 造等方面， 也没有涉及项 目 设计、 生产质量控制环节 等 。 I 1 4 I C B W - R o o fi n g E n g in e e r i n g 2 0 1 4 3 当前， 国内金属屋面产品市场尚处于良莠不齐和 无序竞争的环境中， 迫切需要建立起相关的产品性能 测试标准和方法， 如抗风测试、 气密水密测试等， 推动 市场向以具体的性能指标及测试认证作为评价标准 的方向发展。只有在一个规范的市场环境中， 企业才 会真正着力于技术研发， 通过开发新产品、 提升产品 的性价比来获取项 目， 而非恶性杀价竞争。随着我国 建筑防水协会金属屋面技术分会暨中国钢结构协会 钢结构围护系统专业委员会的成立和相关工作的陆 续开展， 相信我国建筑金属屋面市场很快将迎来健康 发展的新阶段。 参考文献 ： 1 】 中冶建筑研究总院有限公司 压型金属板应用技术规范 ( 报批稿) s 北京： 中国 台 金建设协会， 2 0 1 2 2 1 M B MA Me t a l R o o fi n g S y s t e ms D e s i g n Ma n u a l M 】 U S ： C l e v e r l a n d MB MA， 2 01 2 3 葛连福 压型铝板屋面局部被掀原因及抗掀对策 J 】 建筑技 术 ， 2 0 1 3 ( 2 ) ： 6 8 7 3 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m