新型钛锌板组合屋面系统制作安装关键技术*

孙晓阳

(中国建筑第八工程局有限公司总承包公司，上海 201204)

0 引言

随着国家经济快速发展，新型高品质的屋面系统不断涌现，钛锌板作为一种新型绿色建材，因其良好的自洁性、耐腐蚀、耐候性及更长的生命期且对环境友好无污染等特点，在金属屋面领域得到广泛应用。钛锌板屋面系统将新型材料与屋面结合运用，提升了设计效率与实施效率，通过通风降噪丝网，达到降噪隔声作用；采用360°立边咬合铺装，板块之间使用防水胶条，提高气密性，达到全面防水，具有长期稳定、完全免维护、结构安全、绿色环保等优越性能。

1 工程概况

江苏园博园项目位于南京市汤山风景区，旨在打造江苏新名片和世界级园艺博览园，威斯汀酒店毗邻城市展园区，与13个城市精品园形成整体园林式景观，酒店造型着重考虑高视点的观赏效果，及协调于城市展园的古典园林风格，以连续的坡屋面组合化整为零，营造高低错落的江南建筑意境。屋面采用新型钛锌板组合屋面系统，具有材料新颖，构造复杂(1.5mm厚单组分聚氨酯防水涂料，60×4.0热浸锌方管檩条，1.0mm镀铝锌压型钢板HV100-680，100mm厚保温岩棉，0.8mm厚镀铝锌压型钢板HV5-940，1.5mm厚无胎自粘聚合物改性沥青防水卷材，6mm厚通风降噪丝网，0.7mm厚钛锌屋面板及钛锌板扣盖)，防水性能要求高，平整度、安装精度控制及安装变形控制难度大等特点。钛锌板屋面系统构造如图1所示。

图1 钛锌板屋面系统构造

2 技术难点分析及对策

1)采用三维空间定位、檩条布置安装技术，分层分步骤安装组合屋面；通过折边锁定、校形修补等工艺流程，解决钛锌屋面精确安装难题。

2)钛锌屋面板采用BIM技术结合数控等离子加工技术，实现钛锌屋面板工业化、标准化、精密化制作，有利于环境保护并保证制作质量。

3)原材及构件属于散装式，运输方便，成品保护容易；钛锌屋面材料具有自洁性、耐久性、安全性，无须清洁、维修。

4)钛锌屋面板采用360°立边咬合方式，固定扣与屋面板咬合后并非完全固定，存在可伸缩性，板块之间使用防水胶条，提高了屋面板气密性。既可达到全面防水的效果，又能适应较大屋面的三维变形，可延展性能极佳，施工效率高，质量易于保证。

5)屋面系统深化过程中对各节点的处理，均考虑了施工中各种不利因素，设置面层、呼吸层、防水层设防，防水效果显著。

6)采用现代三维数字化设计、空间高精度屋面板安装、薄金属板变形控制装置及矫形打磨等技术，解决了钛锌屋面板安装矫形难题。

7)屋面采用钛锌、镀铝锌钢板等材料，能够循环再利用，回收价值高，减少石材、木材使用，绿色环保。

3 工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程(见图2)

图2 工艺流程

3.2 操作要点

3.2.1测量放线

首先清理检查屋面，对结构进行实测复核，主要检查其平面尺寸、标高等是否符合设计要求，若出现超过设计及规范标准的情况，应先进行相应调整，后安装屋面系统。在屋面结构上放出控制线及标出檩条位置，安装檩条完成后，复核检查其平整度及标高。

3.2.2安装檩条

1)预埋定位、安装基础锚栓

角码安装是确保整体工期和顺利安装，保证结构安全和整体美观的关键。首先进行测量放线，保证角码安装垂直度和平整度，确保角码牢固可靠，如图3所示。

图3 屋面角码安装示意

2)檩条加工制作

檩条加工制作在工厂统一完成。根据施工图纸计算整理详细的檩条构件下料清单，由工厂制作加工和镀锌。每根檩条均需做好明确标识，以便现场清料。构件到达现场后，必须轻拿轻放，并采取措施保护构件，防止镀锌面损坏。

3)檩条垂直运输

选用塔式起重机或25t汽车式起重机吊装檩条，对于超出吊车回转半径的檩条，可先由起重机成捆吊至屋面，并放置稳定，然后由人工抬至安装位置，采用一钩多吊的方法来提高工作效率。

4)角码、檩条安装方法

角码安装方法为先放线，检查合格后，打孔、吹风机吹干净粉尘。角码安装角度应为直角，定位后位置偏差在5mm，再用化学螺栓植入，不合格的要校正角度。所有檩条采用焊接处理，点焊要牢固。采用型号为E4303、直径为4mm的焊条。焊接时电流要适当，焊缝成型后不能出现气孔和裂纹，也不能出现咬边和焊瘤，焊缝尺寸需达到设计要求，焊波均匀，焊缝成型应美观。檩条安装与焊接如图4所示。

图4 檩条安装与焊接示意

5)防腐处理

因焊接时会破坏角码镀锌层，所以焊接完成后，应清除焊缝表面药皮和污物，再涂刷2道防锈漆或富锌漆对焊缝及其四周进行防腐处理。

3.2.3680压型钢板加工及安装

1)选型 680压型钢板由镀锌板压制而成。根据施工图纸计算整理详细的压型钢板构件下料清单，记录不同形状压型板的长度、数量并进行编号，以便现场清料。构件到达现场后，必须轻拿轻放，并采取措施保护构件，防止镀锌面的损坏。

2)加工 680压型钢板的加工原则上是在工厂制作完成后运至现场安装，也可根据现场实际情况和工期要求将设备运至现场进行加工制作。

3)垂直运输 首先利用钢管脚手架搭设操作平台堆放材料,选用塔式起重机或20t汽车式起重机将压型板吊放至平台，再由施工人员抬平安装位置。

4)安装方法 镀锌压型钢板采用自攻螺钉固定在檩条上，如图5所示。

图5 680压型钢板安装示意

3.2.4保温隔热材料安装

保温隔热材料由人工搬运的工作面铺放，厚薄均匀，不得少铺漏铺。为避免屋面暴露在外被雨水淋湿，铺设完成的屋面要及时封上找平板，如图6所示。

图6 岩棉保温层铺装示意

3.2.5找平钢板安装

找平钢板在檩条和680压型钢板、保温面安装完成后进行安装，结合本项目屋面支撑体系特点，选择940镀铝锌压型钢板为屋面找平层，采用平头自攻钉固定，安装时要保证板块之间平整，如图7所示。

图7 找平钢板安装示意

3.2.6自粘防水卷材铺设、屋面排版放线、降噪丝网安装

防水卷材满铺设在找平钢板上，卷材与卷材搭接5cm。防水层是屋面系统防水的第2道防线，采用自粘性柔性防水卷材，具有良好的伸缩性。铺设自粘防水卷材前，先清洁找平钢板上垃圾及毛刺，保证自粘卷材平整度、密闭性。之后铺设通风降噪丝网，采用6mm厚通风降噪丝网，无数孔径相互交叉铺设，形成呼吸层，保证钛锌板屋面系统与防水卷材中间形成一定空腔。降噪丝网具有很好的隔声效果，有利于雨水及冰雹等打在钛锌板屋面的回声循环。利用空气流通，将空腔中的水汽带走，有利于钛锌合金材料表面形成灰色的碳酸锌保护层，延长钛锌屋面板使用生命周期。降噪网铺设如图8所示。

图8 降噪网铺设示意

3.2.7钛锌屋面板及扣件安装

3.2.7.1钛锌屋面板加工制作

1)开箱上料 剪断钢带，将上套箱提升1倍箱子高度即可移开，利用裁纸刀打开塑料包装膜和防潮纸，然后将开卷器装入莱茵锌卷材芯桶中并张紧。利用提升机将开卷器及莱茵锌卷材一并起吊装入开卷器支座。

2)送料 确定莱茵锌卷材展开正面(有塑料包装膜)向上，并且控制莱茵锌卷材两侧与成型机对齐，以免产生变形。

3)加工 材料成型时张拉力度以现场成型测试为准，张拉太紧会产生应力集中，张拉太松会使应力无法释放。卷材生产过程中可能会存在未释放的应力，加工前宜对卷材先进行开平处理再进行材料加工。

3.2.7.2数值模拟

钛锌板屋面板厚度仅0.7mm，标准单板展开宽度为400mm,纵向长度由屋面尺寸确定。钛锌板两侧立面卷边通过一定数量的镀锌扣件咬合，由铆钉固定于下部底板上。扣件纵向布置间距直接影响到钛锌板受力与变形，但扣件间距通常依据经验设置为250～500mm，板件变形计算仅按单跨简支梁或多跨连续梁理论简化处理，国内无相关计算报道。

为确保钛锌板变形满足建筑设计要求，本文采用ABAQUS有限元软件对0.7mm厚25-400标准规格钛锌板进行数值模拟。有限元模型按实际截面建模并考虑截面的立面卷边加劲作用，扣件间距300mm，纵向长度1 500mm,选取6个扣件间距范围，考虑多跨多点约束影响。采用壳单元精确模拟扣件约束范围内的铰接作用。

钛锌板材屈服强度fy取100 N/mm2，弹性模量E取1.5×105N/mm2，泊松比0.3；板上表面受风吸作用,均布荷载取0.45kN/m2。钛锌屋面板数值模拟结果如图9所示。

图9 钛锌屋面板数值模拟结果

由图9可知，钛锌板最大von Mises应力为50.9MPa，小于屈服强度100N/mm2，施工荷载应严格控制，面荷载达到0.9kN/m2时钛锌板将达到屈服强度。最大变形位于板中部区域，为0.4mm，满足风荷载下变形要求。

JG/T 339—2012《建筑用钛锌合金饰面复合板》规定钛锌板实心板弯曲弹性模量仅为2.8×104N/mm2，而欧洲规范BS EN 988—1997《锌和锌合金 建筑用轧制平板材规范》弹性模量规定为1.5×105N/mm2，差异较大，故选用材料时应明确给出材料特性要求，确保材料合格。

3.2.7.3钛锌屋面板安装

钛锌板金属屋面系统面板安装的关键是镀锌钢扣件安装，必须保证扣件安装的位置正确。首先在防水卷材上放出控制线，安装好扣件，再从低到高、由左至右的顺序进行扣板安装。

板块加工立边前应贴上保护膜，安装顺序为先由屋面中间向两边安装,最后安装檐口边缘板块。钛锌屋面板采用360°立边咬合方式连接，板块之间使用防水胶条，提高了屋面板气密性。立边曲折和密封可通过手动或机械设备进行，轻松实现凹凸曲线的特殊设计。具体做法如下：将钛锌板沿长度方向整体向上立边，立边的钛锌板通过折边锁定，使屋面形成一个整体，面板通过不锈钢扣件利用拉铆钉固定。

3.2.8扣盖安装、屋檐收口、清理保护膜

钛锌屋面板立边咬合连接后，板块之间使用防水胶条，采用不锈钢固定扣件。先安装铝合金夹具，后依次安装铝合金型材及0.7mm厚钛锌板扣盖。

排水天沟中的檐口附件极其复杂且较难处理，制作安装附件时需尤为注意。檐口附件采用与屋面板同材质板材，连接板采用镀锌钢板；须根据现场测量标准尺寸确定其加工尺寸。连接板之间须设置搭接，且附件接缝须与搭接缝错开。连接板通过拉钉固定在基层上，连接板与附件采用扣接固定。安装附件时必须保证附件之间搭口平整，下沿直线度及整体观感应确保美观。钛锌屋面板扣盖如图10所示。

图10 钛锌屋面板扣盖示意

4 质量控制要点

1)金属压型板应采用塑料保护薄膜进行保护，以避免在制造、运输和安装过程中对板面油漆造成划伤和污染。

2)金属压型板应保证轮廓清晰、线条整齐、形状一致，不得有折裂、划痕等缺陷；因成型所造成的表面缺陷，其深度或高度不得超过原板材标准所规定厚度公差的一半，不允许有用10倍放大镜可观察到的裂纹存在。

3)屋面系统安装前，对结构标高、轴线进行复测，避免结构安装累积误差影响屋面板安装质量。

4)底板安装前应先放出定位板边线，根据边线安装定位板，再安装底板，每10排版需设置1条复核线，用来复核底板安装尺寸偏差并进行调整，以免产生较大累积误差，造成屋面板移动和扇形。

5)压型底板采用自攻螺钉与檩条连接，自攻螺钉横向为1个波距离，在波谷处与檩条连接；并沿流水方向安装钢底板。

6)按设计图纸要求，严格控制固定支座安装数量、质量，避免出现倾斜、错位、漏装等现象。

7)屋面排版顺序需与屋面结构造型相结合，注意屋面板铺设方向，防止板与板侧向渗漏。

8)屋面板就位调整好后，采用专用电动咬边机进行咬边，须保证咬过的边连续、平整，不能出现扭曲和裂口。在咬边机咬合爬行过程中，为防止雨水顺板间缝隙渗入，其前方1mm范围内必须用力卡紧以保证搭接边接合紧密。

9)保温层、防雷件等安装完毕后且屋面板安装前，需进行隐蔽工程检查验收，并做好隐蔽工程验收记录，确保满足保温隔热和防雷构造要求。

5 结语

江苏园博园项目旨在打造江苏新名片和世界级园艺博览园，核心建筑威斯汀酒店以连续的坡屋面组合营造高低错落的江南建筑意境。屋面采用以钛锌合金为系统材料，采用三维数字化设计、工厂数控加工、现场装配安装、薄金属板变形控制及矫形修正，利用360°立边咬合连接方式，将新型材料与屋面结合运用，提升了设计与实施效率，满足了业主及设计师对建筑造型的高要求，大大提高了屋面耐久性，解决了屋面清洗维护难、安装精度高、变形控制难等难题，有效保证了屋面结构安全与艺术造型设计的完美结合，具有广泛的推广应用前景。