北京大学体育馆双曲形铝合金屋面施工技术

北京大学体育馆双曲形铝合金屋面施工技术
樊廷福1
,王 隽2
,王召新
3
(1.北京城建九建设工程有限公司,北京 100039; 2.北京城建安装工程有限公司,北京 100045;
3.中建一局集团建设发展有限公司,北京 100102)
[摘要]北京大学体育馆屋面由双曲螺旋形金属屋面与中央透明球体组成,屋面板为通长的直立锁边铝镁锰面板。

屋面表面曲率较大、异形板种类多、面板薄且较长导致侧向弯曲变形大等特点导致其施工难度大。

利用计算机技术绘制双曲屋面等高线,对屋面排版和放样进行模拟分析,选用合理的防水节点做法。

制定合理的施工方案,分层次安装屋面各构造层,严格控制屋面结构安装质量,取得了良好的经济效益和社会效益。

[关键词]北京大学体育馆;双曲屋面;铝镁锰面板;排版;防水;测量[中图分类号]TU758 1
[文献标识码]A [文章编号]1002-8498(2009)05-0104-04
Construction Technology of Hyperbolic Aluminum Alloy Roof
in Peking University Gymnasium
Fan Tingfu 1,Wang Jun 2,Wang Zhaoxin 3
(1.No .9Construction Engine ering Co .,Ltd .o f BU CG ,Be ijing 100039,China ;2.Be ijing U rban Construction Installat ion Engineering Co .,Lt d .,Bei jing 100045,China ;
3.China Construction First Div ision Group Construction &Deve lo pment Co .,L t d .,Be ijing 100102,China )
Abs tract :Roof of Peki ng University G ymnasi um is compos ed of hyperbolic spi ral metal roof and central transparent sphere.Vertical ful-l length
alumi num -magnesium -manganese lock side plates are difficult to ins tall because of the characteristics s uch as large s urface curvature of roof,many kinds of special s haped plates and large lateral bending deformation of thi n and long plates.Good economical and s ocial benefits are gained by taki ng measures i ncludi ng usi ng computer technology to draw roof contours and analyze layout and se tting out,selecti ng reas onable waterproof joints,designing rational cons truction s cheme,i nstalling s truc tural layers by mult-i levels,as well as s trictly c ontrolling installation quality.
K ey words :Peking University Gymnasium;hyperbolic roof;aluminum -magnesium -manganes e plate;layout;waterproof;surveying
[收稿日期]2009-03-06
[作者简介]樊廷福,北京城建九建设工程有限公司高级工程师,北京市海淀区复兴路81号院城建九公司208室 100039,电
话:(010)68215588,E -mail:cgg -ftf@
1 工程概况
北京大学体育馆是2008年奥运会乒乓球正式比赛场馆,建筑面积为26900m 2,呈长方形布局,屋面由双曲螺旋形金属屋面与中央透明球体组成,屋面板为通长的直立锁边铝镁锰面板,施工完成后整体呈中国脊样式。

屋面系统包括彩色镀铝锌穿孔压型底板、檩条、无纺布、1mm 厚镀锌钢板、挤塑板、PE 膜、三元乙丙防水、直立锁边铝镁锰面板以及屋面排水系统等,构造厚度350mm(见图1)。

图1 屋面排版及构造示意
Fig.1 Roof plates layout and structure
2 工程特点、难点
1)体育馆屋面的表面曲率较大,从玻璃穹顶至檐口为整条金属板,异形板材种类较多。

由于面板只有0 9mm 厚,最长板35 7m,侧向弯曲变形大,板材加工时不能皱折、变形。

扇形板需要严格按照图纸定位,确保每片板的侧向弯曲及变形均在可调节范围内,板材加工和施工均有很大难度。

2)铝合金屋面板的固定支架要穿透板下的三元乙丙卷材防水层,穿透点水平间距400mm,约有15000个。

由于屋面表面曲率较大,屋面容易积水,因此支架的防水、泛水处理是施工主要解决的难题。

3)双曲屋面的次结构测量定位难度大。

檩条的标高控制点为空间网状结构,屋面曲率大,等高线密,冷弯薄壁型钢檩条无法进行弯弧加工,需要分段调整檩条,或在固定座底部加不同高度的 几 字形支托来进行调节。

固定座为悬臂式固定方式,施工时要保证固
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施 工 技 术
CONSTRUC TION TECHNOLOGY 2009年5月第38卷 第5期
定座的牢固性,控制其水平位置、倾斜角度、平面角度及相对高差等4个方面的偏差,难度较大。

3 屋面系统排版与放样
采用计算机技术对排版和放样进行模拟分析,绘制等高线,有效解决屋面的排水问题,使屋面不会因为局部积水而产生渗漏。

1)绘制屋面等高线 等高线的取点应密集,保证图2 等高线轴测图
Fig.2 A xono metric dra w i ng of
contours
每个固定支架都有标高点。

通过等高线图(见图2),检查坡度变化以及固定支架标高,检查屋面是否积水。

对局部积水的部位,通过调整檩条和支架高度,局部抬高,确保流水通畅。

2)在平面上进行分区排版 按照屋面等高线以及建筑师对外观的要求,先在平面上对屋面板分区、排布,根据板的类型及排水角度,将屋面分成4个施工区域(见图3)。

区屋面的屋脊与檐口近似平行,可全部使用直板; 区屋面全部使用扇形板,使得屋面能在交角处不产生斜屋脊而顺利过渡; 区屋面使用直板,排版方向与等高线相结合,保证屋面始终是内侧高,
外侧图3 屋面分区排版示意
Fi g.3 Layout of roof
pl ates subarea
低,中间不积水; 区为狭长弧形,很难用一片板排布,故结合屋面的坡度以及平面角度,将 区又分成4个小区,并且以台阶式由外向内抬高,通过跌级处理,使水从上一层能够排到下一层。

3)将平面排版投影到三维曲面上,得出屋面的三维排版图。

4)将每片三维板展开,进行验证分析,确保每片板的侧向弯曲以及变形均在施工可调节范围内。

按照安装平面量出屋面的面积,安排好板宽。

对于曲面来说,安装宽度应比覆盖宽度大3mm 。

板的间隔宽度一定不能小于其覆盖宽度,否则会阻碍板的热胀冷缩。

5)檩条放样 根据屋面排版图绘制檩条平面布置图,使檩条尽量与铝合金屋面板长向垂直或接近垂直。

将平面檩条投影到檩条所在三维曲面上(见图4),测量檩条标高,为檩条安装奠定基础。

6)固定座定位 铝合金屋面板线仅是固定座的端
头线,安装时需要测量固定座底部的位置线。

在每条
图4 檩条三维布置示意
Fig.4 Three -dimensional arrange ment of purlins
板肋上,对3个固定座进行定位,起控制作用。

然后再根据这3个固定座定位该肋上的其它固定座,通过在固定座底部加不同高度的支托进行调节。

4 施工准备
1)施工铝合金屋面系统前应进行钢结构验收,检查相关部位的钢结构标高与轴线位置是否和图纸一致,超过允许误差的部位,必须在屋面系统开始安装前进行调整和处理。

2)施工机械有直立锁边面板压板机、电动锁边机、手动封口机、板脊折弯机、开边机和小型电动设备。

3)屋面工程需要的工种较多,在工程施工前,应安排技术培训,针对面板压型板系统的材料特点、安装方法予以详细、重点交底。

5 施工方法5 1 测量放线
1)控制网和基准(控制)线测设 在每一施工区测设纵横交错的平面控制网,先把全站仪架设在控制网点上,依次测出各个分区控制线点位,再把全站仪依次架设在各个分区控制线的延长线上,测放出分区控制线上的加密点,连接各点,即为分区控制线。

2)先计算出每一点的设计标高,再用水准仪逐点进行测量,完成测量并绘制屋面等高线图。

3)用经纬仪、水准仪将檩条轴线、标高测设到安装点上,测设完后进行复核,无误后再安装。

4)固定座底面放线 首先用经纬仪测放出一条面板安装控制线上的几个点,点位间距以相互能通视为宜,然后将经纬仪和水准仪架设在已知控制点上,依次测放出该板其它支座点的标高和定位线。

5 2 垂直、水平运输
1)屋面吸音板、檩条、镀锌板按规格型号打成捆,用塔吊放在临时卸料平台上,再由屋面搭设的水平运输通道由人工运至安装位置。

2)挤塑板、吸音棉、固定座等散件的重量都不大,可用钢筋吊笼吊装。

3)屋面铝合金屋面板长度不等,宜采用不同方式进行垂直运输: 为保证金属板在垂直运输过程中不产生变形,采用长度与板长相适合的铁扁担来完成6m 以下板材的垂直运输。

采用钢管三角桁架作为铁扁担,在使用时根据铁扁担长度适当增加吊点来减少其挠度,同时应使吊索与水平面的夹角 60 。

铁扁担的最大吊运能力为12块板,严禁超载吊运,吊运时必须
2009No.5樊廷福等:北京大学体育馆双曲形铝合金屋面施工技术105
把板材和铁扁担临时固定牢固。

对超长板,可在挑檐结构与地面之间挂 8mm@4m 钢丝绳,每个钢丝绳套一个套环,用绳索把板块沿钢丝绳向上拉,每次运输数量不宜超过6块。

用脚手架钢管搭设屋面水平运输通道骨架,钢管搭设在结构檩条上,上铺两块木跳板。

由于铝合金屋面板较长且侧向刚度低,在地面和屋面上运输时都要从两侧水平抬运,抬板人数根据铝合金屋面板延米单重确定,间距 3m,抬板时板要端平。

板的存放方向要同屋面的铺板方向相协调。

5 3 檩托、檩条安装
1)根据等高线图,先放好檩条的安装位置线。

用水准仪测量檩条支座处结构实际标高,屋面檩条在该点的设计标高与结构实际标高之差即为该点檩条支座的高度。

檩条支座安装完成后,对其标高进行复测,符合要求后再安装檩条。

2)檩托与主钢结构焊接,焊条型号应与主钢结构相匹配,焊缝应满足钢结构质量验收要求。

由于焊接时破坏了防腐层,焊接后应对焊缝及其四周刷2道防锈漆进行防腐处理。

3)要形成屋面曲面,每根次檩的顶面标高必须在弧线上。

先用檩托调整檩条的标高,如果还不能满足要求,可通过调整铝合金屋面板支托来调整顶部标高,确保铝合金屋面板表面形成设计曲面。

施工过程中,要控制好檩条的标高和倾斜度。

5 4 屋面吸音吊顶安装
1)压型吊顶板为0 5mm 厚有吸音功能的彩色镀锌穿孔板,宽900mm,肋高15mm,孔径3mm,穿孔率大于20%,长度按现场实际需要进行切割。

采用逆作法安装底层的吸音板,利用原有的钢结构脚手架作操作平台,安装完檩条后,先安装吊顶吸音板,再安装其它层。

2)吊顶板安装时可直接在檩条下部固定,先在檩条上弹出底板安装边线。

吊顶板用自攻螺钉固定,自攻螺钉纵横方向要在一条直线上,钉距均匀,自攻螺钉固定力度适中,不得出现歪斜。

3)吊顶板不能承重,严禁在已安装完的吊顶板上堆放物料。

施工时应注意安全防护,防止施工人员踩坏吊顶板。

施工时散落在吊顶板上的铁屑、废料要及时清理,以免腐蚀吊顶板。

4)吸音材料采用两层50mm 厚48kg m 3的离心玻璃棉,吸音层要铺设严密,雨期施工时,要特别注意无纺布、吸音棉防雨。

5 5 底板安装
1)屋面保温材料的承重底板采用1mm 厚镀锌钢板,固定于檩条上,同时起到为吸音层和防水层找平的作用。

2)底板安装前应先在檩条上弹出安装边线,根据
边线测放相邻底板的定位线,再依次安装底板,可直接把底板用自攻螺钉固定在结构檩条上。

5 6 铝合金屋面板固定座安装
1)固定座穿透底板直接固定在檩条上(见图5),用拉线目测,复查每一列面板固定座是否在一条直线上,如发现有较大偏差,屋面板安装前一定要纠正,直至满足板材安装要求,否则会影响铝合金屋面板的自由伸缩,严重时板肋将在温度应力反复作用下被磨穿。

图5 固定座定位示意
Fi g.5 Location of fixing s upport
2)将固定座面板对准其安装位置,然后打入一颗带有抗老化密封圈的自攻螺钉,同时安装下面的隔热垫。

安装时自攻螺钉与电钻必须垂直于檩条上表面。

一侧的自攻螺钉固定后,面板固定座位置会有偏移,重新校核其位置后,方可打入另一侧的自攻螺钉。

3)面板固定座的位置要保证在檩条重心的顶面,其数量决定着铝合金屋面板的抗风能力,固定座沿板长方向的间距不得大于1500mm 。

固定座由工厂锻铸,高150~210mm,要求固定座露出的净高度不小于65mm,不宜太高,否则容易造成面板失稳,但也不宜太小,否则面板锁不死。

4)面板固定座施工时要控制其水平位置、倾斜角度、平面角度及相对高差的偏差。

5 7 PE 膜、挤塑板铺装
保温层必须铺设严密,接缝处采用搭接,防止形成冷桥。

雨期施工时,防止内层材料长时间暴露,每天施工完后及时将未完成的材料临时覆盖,以防淋雨。

5 8 三元乙丙防水施工
1)根据图纸及选用原材的宽度布置好卷材铺设位置,弹出基准线,划出搭接位置线。

从低处往高处铺设水平防水层,对于突出屋面部位均须铺设200mm 宽的三元乙丙卷材作为附加增强条。

平面采用空铺法,其它突出屋面的结构立面在泛水高度内采用满粘法。

2)卷材长边搭接100mm,短边搭接150mm,沿长边的搭接边每隔400mm 安装一个固定片。

清洁完相邻卷材搭接区后,在搭接区域内(包括两个面)均匀涂刷EP -95搭接胶粘剂。

待搭接胶粘剂干燥至仍有粘性但指触不粘时,在搭接区沿底部卷材的内边缘13mm 以内挤涂4mm 宽的内密封膏,在所有的接缝上,要确保密封膏不间断。

内密封膏挤涂完毕后,用手一边压
106 施工技术第38卷
合一边排除空气,不要拉伸卷材或使卷材出现皱折;随后立即用钢压辊以正向压力向接缝外边缘滚压,保证
图6 搭接做法示意
Fig.6 Lap j oint structure
粘结牢固,滚压方向应与接缝方向相垂直。

清理接缝,以接缝为中心线挤涂外密封膏,并用带有凹槽的刮板沿接缝中心线以45 角刮涂压实外密封膏(见图6)。

3)在铝合金屋面板固定座的根部,除了用自硫化泛水卷材外,顶部用外密
封膏处理(见图7)。

图7 固定座防水及密封处理
Fig.7 Waterproof structure and sealing of fi xing support
5 9 铝合金屋面板安装
1)铝合金屋面板在现场制作,加工前,通过排版优图8 异形板加工排版示意
Fig.8 Layout of special
s haped
plates
化,不同类型的异形板材组合加工,减少板材损耗(见图8)。

加工生产时先在电脑中输入板的长度,当加工到设计板长时,压板机会自动停止、切割。

2)根据铝合金屋面板的排版确定安装方向,一般按从一边到另一边顺序安装。

铝镁锰金属板就位时先将小肋对准板端控制线,把屋面板小肋扣紧在固定好的固定座上,然后将另一块板大肋用力压入前一块板的小肋。

3)在板端头(一般在屋脊处)的小肋上沿45 角穿过固定座的梅花头钻一小孔,然后用 11~12mm 的铆钉将板与铝合金屋面板固定座固定在一起,铆钉前端会被下一块板的大肋隐藏。

每块铝合金屋面板有且仅有一个固定点,以防板滑动,又能允许板单向伸缩。

4)出于安全考虑,板必须在扣好后立即锁边,以复合受力,增强其承载力。

锁边时应连续、平整,不能出现扭曲和裂口。

锁边机可以在没有横向接头的肋上进退,在不平坦或弯曲的屋面上,锁边机需手动牵引。

5 10 檐口滴水片安装
先修剪檐口和天沟处的板边,然后安装檐口密封件,最后安装滴水片,滴水片用铆钉固定,滴水片之间留5mm 间隙。

5 11 收边泛水安装
1)天沟两侧的泛水必须在铝合金屋面板安装前安装,泛水的搭接长度、铆钉数量和位置严格按设计施工。

泛水搭接前先用干布擦拭搭接处,除去水和灰尘,保证硅胶的可靠粘结。

2)在安装屋面四周收边泛水的同时,安装泡沫塑料封条,封条不能歪斜,与铝合金屋面板和泛水接合紧密,防止雨水吹进板内。

5 12 不锈钢天沟安装
1)不锈钢天沟主要依靠其下部的天沟支架承重,天沟安装时,要保证每段天沟都能与支架完全接触,使天沟支架受力均匀。

根据设计坡度,调整支架标高,本工程的天沟坡度为3%。

2)两段天沟之间采用氩弧焊对接连接,不锈钢板天沟搭接前将切割口打磨干净,搭接缝间隙不能超过1mm,先每隔100mm 点焊,满足焊接要求后再焊接。

6 工程验收
1)屋面工程所采用的材料、成品、零配件等应按照现行国家和北京市相关标准进场验收。

2)屋面卷材完成后,应进行整体或局部淋水试验,淋水时间不得少于2h,并填写淋水试验记录。

天沟应进行蓄水试验,蓄水时间不少于24h,最低蓄水深度不应小于天沟深度的50%,且不宜小于150mm,并填写蓄水试验记录。

3)铝合金屋面板完成后,要进行局部淋水试验。

4)金属板屋面应在雨后进行验收。

7 经济效益和社会效益分析
北京大学体育馆屋面通过排版优化,把不同类型的异型板材组合加工,减少板材损耗。

利用原有的钢结构脚手架作操作平台,采用逆作法,安装完檩条后先安装吊顶吸音板,节省脚手架二次搭设费用。

采用通长的铝镁锰金属屋面板材,减少搭接和自攻螺钉,减少了漏水的概率。

施工中所采用的新技术、新工艺比常规施工方案节约成本累计约70万元。

奥运会期间经历了几次大雨,未发生渗漏现象。

参考文献:
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2009No.5樊廷福等:北京大学体育馆双曲形铝合金屋面施工技术107。