铝镁锰直立缝锁边板在某大型体育场金属屋面上的应用

李蕾 解雨生

1 北京外企人力资源服务青岛有限公司（266000） 2 中国石油工程建设公司华东设计分公司（266071）

铝镁锰直立缝锁边板在某大型体育场金属屋面上的应用

李蕾1解雨生2

1 北京外企人力资源服务青岛有限公司（266000） 2 中国石油工程建设公司华东设计分公司（266071）

以某大型体育场金属屋面的实际工程为例，介绍铝镁锰合金直立锁边板金属屋面的基本概念、结构与构造设计原理、节点的设计思路，针对在异型屋面设计中碰到的难点，从屋面最外面的装饰面板到最里层压型钢板的设计做一介绍。

铝镁锰板；直立锁缝；异型金属屋面；双曲

现有建筑造型已经呈现多元化的发展方向，建筑师不再满足于设计中规中矩的建筑形式，许多极富视觉冲击力的建筑越来越多的呈现在我们面前。如何实现建筑创意，甚至如何将建筑的语言表达地更加透彻，已经是许多设计院及建筑公司必须面临的问题。

曲面建筑，特别是双曲面的建筑造型越来越多的应用在许多国内外建筑造型中。以往只是作为建筑造型中的个别单体，现在已经大范围的应用到整个建筑造型中。

1 工程概况

1.1 工程简介

此大型体育场为乙级大型建筑，主体高度约48.13 m，建筑面积约41 075 m2，总座位约3万个。

图1 大型体育场

1.2 工程特点及难点

由“图1”可见，此大型体育场的金属维护系统的造型由59个双曲小单体组成，丰富的层次感好像云冈石窟的格局和韵律。如何使这59个不规则的双曲小单体金属屋面系统在达到其建筑的外立面效果的同时，保证其防水、保温等功能性，便是我们对于整个铝镁锰合金直立缝锁边板屋面系统的要求。

2 屋面系统设计

2.1 屋面构造层次

1）装饰层:3 mm厚铝单板装饰层。

此体育场金属屋面外表面光滑平整，且带有一定的弯曲弧度。为了达到设计的外立面效果，此层采用3 mm厚铝单板，氟碳喷涂。此层铝单板仅当做装饰层，不具备防水效果。

2）防水功能层:0.9 mm厚铝镁锰合金直立锁边板。

防水是屋面系统最基本也是最重要的功能，它的好坏直接影响着工程的形象和声誉。正因如此屋面系统的防水性能是金属屋面最为值得关注的方面。

根据本工程的特点，我们在屋面外层压型金属板，选用铝镁锰合金直立锁边板，这种板型主要特点是:①通过特制的铝合金支座同屋面檩条相连接，采用先进的直立锁边安装方式,屋面无螺钉穿透，确保极佳的水密性能。②固定座与屋面板间可相对滑动，形成“浮动”型屋面系统，满足大跨度屋面对热胀冷缩的要求。③压型设备集装箱化，根据项目需求可提供现场压型，以满足单坡用板通长不搭接的要求。同时，可以提供扇形板、弧形板，以满足建筑造型，见图2。

图2 建筑造型

考虑到当地风压荷载条件以及屋面外板的抗腐蚀性能，本项目选用0.9 mm厚采用PVDF(氟碳涂层)的铝镁锰合金直立缝锁边板。同时，通过转接夹具及龙骨，在不穿透屋面外板的前提下，可以承受屋面外层铝单板所带来的荷载。

a）保温层:50 mm厚32 kg/m3的玻璃丝棉保温层。通过热工计算，此项目需要50 mm厚32 kg/m3的玻璃丝棉，玻璃棉带单层铝箔（铝箔朝下），可有效防止玻璃丝棉脱落。

b）玻璃丝棉支托层:50 mm×1.5 mm×1.5 mm镀锌钢丝网。本层选用1.5 mm丝径，50 mm×50 mm孔径的镀锌钢丝网，功能是防止长时间重力作用下，玻璃丝棉保温层产生的垂落现象。

c）结构层:主次檩条。主次檩条的规格，需依据结构计算确定，同时，通过不同尺寸的檩托板调节屋面高度，以达到实现屋面曲线的目的。

d）吸音层:0.47 mm镀铝锌穿孔压型钢板。整个项目有一定的吸声要求，因此要求底层封闭钢板具有一定的透声性能。因此选用穿孔率为25%的镀铝锌压型钢板。

2.2 屋面系统设计

本工程屋面外形是一个具有丰富层次感的不规则造型，这就给金属屋面板的排版设计工作增添了很大的难度。金属屋面板的排板设计是否可行，屋面板对曲面的顺滑覆盖是保证屋面板能自由伸缩及防水的关键，因而分析屋面板铺设在曲面上的效果，并根据分析结果制定相应的排板方案决定着整个屋面工程的成败。为了确保其使用功能必须对不规则的外形进行详细的分析，这样才能完成合理的排版设计。

根据建筑图纸,将整个项目划分为59个双曲小单体，小单体之间由天沟来分界。截取每个小单体建立精确的三维模型，来分析具体的排板方案及檩条布置方案。

2.2.1 屋面上下层檩条布置

1）屋面上层檩条

根据现有结构图以及屋面曲率，建出上层檩条顶标高的三维模型以及主结构顶标高的三维模型。上层檩条布置图见图3。

主结构钢梁为工字型钢，无法弯弧，而整个屋面是双曲的，那么我们就需要通过檩托板来调节檩条的标高。

a）当主结构钢梁与屋面间隙≤450 mm时,使用方管立柱调节屋面高度。现场根据实际情况，现用螺栓临时定位，一旦最终确定高度，即将檩托板与方管立柱焊死。

b）当主结构钢梁与屋面间隙≥450 mm时,使用在方管立柱下加一道圆管支撑。此做法的好处是可调节高度更充裕。

图3 檩条布置图

图4 合成形

2）屋面下层檩条

由于屋面底衬穿孔吸音板无需承担防水要求，且不需要弯弧处理。因此固定屋面底衬板的下层檩条则无需调节高度，按照通常做法与主结构钢梁相连接即可。

2.2.2 屋面铝镁锰合金直立缝锁边外板布置

根据现有的屋面上层檩条模型，结合固定座高度，建立屋面外板三维模型。根据三维模型中所显示出的坡度走势等因素,使之自然形成6个分区。每个分区中的板型都是根据所在位置的不同而产生变化的。有的分区全部都由扇形弯弧板组成,有的分区是由扇形弯弧板与弧形板组合而成，有的分区是由扇板、弧板、直板相互组合成形的。见图4。

2.2.3 屋面穿孔吸音底衬板布置

相对屋面外板而言，屋面底衬板没有防水、弯弧等功能性上的要求，因此使用直板即可。因此，可根据屋面下层檩条布置图直接做出屋面底衬板三维模型。

2.3 屋面细部节点做法

此项目外形复杂，高低起伏曲面转角多，建筑外形要求过度顺滑，因此在细部节点构造方面要求颇高。

2.3.1 屋脊节点

此项目在视觉上无明确的屋脊线。但是由于功能的要求,在相邻的两个区域中的排水走向不一致，每一块金属面板的伸缩变形方向不一致。所以，必须在适当的位置设置屋脊。用它来作为屋面排水方向的分界和金属面板的可变形伸缩端。

2.3.2 天沟节点

天沟板使用2 mm不锈钢，采用氩弧焊接，通过50 mm×4 mm的方管与主结构钢梁相连接，屋面外板深入天沟内100 mm,下置防水堵头以防止天沟水倒流。

3 结语

此项目的金属屋面施工至现在为止已经基本竣工成形，施工现场正在进行工程的收边、收尾工作。在这个项目施工图设计和现场施工过程中，我们遇到很多新的难点和新问题,通过分析研究，问题都得到了顺利地解决。通过此次项目，铝镁锰合金直立缝锁边板金属屋面围护系统证明了它的抗风、防水、保温等能力是可靠实用的。

[1]GB 50009-2012,建筑结构荷载规范[S].中国建筑科学研究院(2012版),北京:中国建筑工业出版社,2012.

[2]GB 50017-2003,钢结构设计规范[S].北京钢铁设计研究总院,北京:中国计划出版社,2003.

[3]GB 50018-2002,冷弯薄壁型钢结构技术规范[S].中南建筑设计院,北京:中国计划出版社,2002.