平潭海洋国际会展中心不锈钢金属屋面施工技术

刘龙龙，王红军，翟英帅，梁君智，张满江红

(1.中国建筑第二工程局有限公司华南分公司，广东 深圳 518048；2.中建二局安装工程有限公司，北京 100042)

1 工程概况

平潭海洋国际会展中心位于福建省福州市平潭岛，是一个集展览、会议、酒店等功能于一体的大型场馆类建筑，总建筑面积约14.8万m2，总用钢量约1.6万t(见图1)。该工程设一层地下室，地上包括展览中心、新闻发布厅、五星级酒店、会议中心和宴会中心五个单体建筑。

展览中心东西方向长约300 m，南北方向长约110 m，共包含4个展馆，由西向东A，B，C，D馆呈扇形排开，其中A，B，C馆为单层展馆，D馆为双层展馆，展览中心由梁柱框架、平面桁架结构和倒三角桁架结构构成，展览中心屋面呈阶梯造型，高度22.3 m～28.4 m。会议和宴会中心为两个椭圆形平面的三层建筑，与酒店裙楼的钢结构部分连为一个整体。酒店裙楼、会议中心和宴会中心由梁柱框架、正放四角锥焊接空心球曲面网架构成，基本网格尺寸为4 m×4 m，网架厚度为3 m，屋面为起伏的曲面，平均高度23.8 m。

2 不锈钢屋面系统概况

该工程展览中心、会议中心和宴会中心均采用不锈钢屋面系统[1]，屋面面积约4.6万m2。屋面主要构造层达13层，由外至内包括：0.5 mm厚25/400型445J2不锈钢连续焊接屋面板、3 mm厚吸音降噪泡棉、1.0 mm厚自粘柔性防水卷材、1.2 mm厚镀铝锌平钢板、1.0 mm YX51-250-750型镀铝锌压型钢板、3 mm厚镀锌几字形衬檩、0.3 mm厚PE防潮膜、120 mm厚120k憎水保温岩棉、50 mm 厚24k玻璃纤维吸音棉、145 mm高镀锌衬檩支座、0.8 mm厚YX25-210-840型镀铝锌穿孔压型钢底板、200 mm×100 mm×5 mm Q345B镀锌矩形管次檩、250 mm×150 mm×6 mm Q345B镀锌矩形管主檩等。金属屋面系统典型构造图见图2。

3 不锈钢屋面系统施工重难点

该项目屋面系统构造层数多，面积大，工期紧；屋面造型不规则，有弧形檩条、弧形板、扇形板等非常多非标构件，需要单独设计、下料、加工；标高变化多，构件安装过程中，每个支座的位置和标高都需要单独计算、准确定位；金属屋面单块板最长焊缝达85 m，保证超长焊缝连接牢靠，是保证不锈钢焊接屋面系统防水性能的关键[2-3]。

4 屋面构件深化设计

针对该工程屋面造型不规则，标高起伏变化，又有弧形檩条、弧形板、扇形板等非常多非标构件的情况，项目采用了包括Revit，犀牛6，AutoCAD在内的多款软件对钢结构骨架及屋面板各构造层进行精确建模、深化设计和调整优化。

1)考虑到该工程屋面造型的标高各不相同，檩托标高数据繁多，绘制了檩托深化图，明确每个檩托的座标和标高。

2)该工程屋面钢结构支点分部不均匀，构件通长下料易引起材料浪费。技术人员从模型上、图纸上提取下料数据，并在施工后现场复核点位实际数据后，对主檩条、次檩条、衬檩等进行深化设计，生成加工图，确保构件加工的准确度。

3)为了精细把控该工程弧形、扇形屋面板加工数据，保证工程造型美观，技术人员按照加工标准化、精细化的原则，绘制各型板材的排版图，力求使板材和现场能够吻合匹配。

5 主檩安装工艺

5.1 檩条安装安全防护措施

在施工作业面水平封闭满铺双层兜底国标安全网(见图3)，规格为3 m×6 m国标安全网网眼孔径50 mm×50 mm，材质为涤纶，可经受7 m高空100 kg沙袋坠落冲击试验。

屋面施工分区主要以天沟为分界线，施工时施工通道设置在天沟位置，既方便工人行走又便于现场施工。

屋面临边处设置高度1.2 m符合规范要求的L50 mm×3 mm的角钢防护栏杆，拉设两道钢丝绳，再挂安全立网(见图4)。

5.2 主檩檩托安装

酒店裙楼屋架采用异型正放四角锥空心焊接球网架，展览中心屋架采用倒三角空间管桁架，在屋架安装前，在每个上弦节点上预先焊接檩条支托。支托为一段圆管，顶部焊接400 mm×400 mm×8 mm托板，托板上焊接两块8 mm厚钢板，用于夹住主檩条并使用螺栓连接固定。钢板两侧各加焊一块8 mm厚Q235B钢板加筋肋，表面均涂聚氨酯面漆。檩托间距与屋面网架上弦节点球相同，2 000 mm～6 300 mm不等(见图5，图6)。

5.3 主檩檩条安装

该工程屋面标高变化多，为准确控制主檩条的安装标高，依据安装标高确定檩托的设计高度，一方面通过采用BIM技术获取每个檩托的安装标高，尽量使檩托的安装标高精确，另一方面檩托托板上的螺栓孔设计为竖向长孔，檩条端部螺栓孔设计为水平长孔，竖向和水平调节范围均为±20 mm，可进一步精确调节檩条的竖向标高和水平位置。

靠近檐口部位的屋面承受风压较大，屋面外围一周的主檩条尺寸由250 mm×150 mm×6 mm加大为300 mm×200 mm×6 mm。主檩条安装时(见图7)，用全站仪将檩条轴线、标高测设到檩托平面托板上表面安装点上，复核无误后进行檩条安装。主檩条安装后，调整檩条使其上表面与标高控制线重合后再固定主檩条。

5.4 次檩安装

该工程次檩标准间距为1 500 mm，考虑到靠近檐口部位的屋面承受风压较大，屋面外围一周的次檩间距由1 500 mm调整为1 200 mm。

该项目部分次檩呈曲线形，展览中心的次檩曲率较大，采用以直代曲的方式可满足设计要求。酒店裙楼部分次檩曲率较小，需从模型上、图纸上提取下料数据，在加工厂内采用拉弯机对次檩沿长度方向进行拉弯。

该项目屋面在标高上有起伏变化，要形成光滑的曲面屋面，安装时每一根次檩还需沿截面高度方向进行弯曲。为确保次檩的顶面标高必须在设计要求的弧线上，檩条安装前事先按屋面曲线用铝合金条制作模具，模具曲率与该位置屋面曲率一致，模具长度同主檩跨距。先安装好主檩支托处次檩，严格控制其标高，在安装中间次檩时，将模具两端与主檩支托处平齐，以此为依据调节中间次檩的标高。与主檩相同，该工程次檩也是通过檩托的高度和檩托托板上竖向长螺栓孔精确调节檩条的标高。檩条调整完用6 mm厚圆孔方垫片与檩托板点焊牢固，以防檩条在高度方向发生位移(见图8)。

5.5 檩托、主次檩条防腐处理

在主次檩条的安装过程中，焊接会破坏金属表面的防腐层，因此焊接后应对焊缝及其四周进行防腐处理。防腐材料选用与结构防腐相同的防腐材料，涂刷厚度与金属原材相同。镀锌檩条防腐处理时，先涂一遍防腐漆、再涂面漆，最后刷一道银粉。

5.6 镀铝锌穿孔压型钢底板安装

该工程次檩之上的第一层钢板为0.8 mm厚穿孔YX25-210-840型镀铝锌压型钢板，压型钢板安装在次檩上，压型钢板的标准长度为4 500 mm，跨越4条次檩，次檩标准间距为1 500 mm。沿屋面坡度方向采取上压下的搭接方式，沿压型板板肋方向的搭接长度应不小于250 mm，板宽方向搭接连接，然后采用不锈钢自攻钉固定。底板安装基准线需要使用全站仪进行打点定位，自攻钉距波峰两侧20 mm处打成一条直线，间距1.5 m，确保底板安装顺直(见图9)。

5.7 衬檩支托安装

衬檩支托固定底板和次檩条之上，衬檩与次檩上下对应，横向间距为底板宽度即840 mm，纵向间距为次檩条间距即1 500 mm，每个支座两侧各打3颗不锈钢自攻钉。

5.8 玻璃纤维吸音棉、无纺布、保温岩棉铺装

吸音、保温层铺设时注意必须铺设严密，防止形成冷桥。玻璃纤维吸音棉及无纺布铺设沿压型板波峰波谷铺设，无纺布短边搭接150 mm，长边搭接1/3幅宽，无纺布搭接部位采用订书机装订，确保无纺布搭接严密，保证了无纺布的防尘作用。岩棉板必须铺平、无翘边、折叠；接缝严密。岩棉板的固定采用带套筒专用保温岩棉板固定钉，每块岩棉的尺寸以600 mm×1 200 mm计，其固定钉的数量不能低于2个，岩棉板固定钉必须穿透保温板固定在镀铝锌钢板上。衬檩支托处，需将吸音、保温材料挖洞，露出衬檩支托(见图10)。

吸音、保温材料施工的关键是防水，施工时必须严密组织、集中施工，尽量减少吸音、保温材料暴露潮湿空气中的时间，同时准备防雨苫布，每天及时将未完工的吸音、保温材料覆盖，以防被雨淋湿。

5.9 几字衬檩安装

几字檩条固定于衬檩支托上，方向与次檩条相同。在每个施工段上，用全站仪在压型钢底板表面，测放安装衬檩支撑的位置控制线，并依据衬檩支撑间距离，确定安装衬檩位置线。

5.10 镀铝锌压型钢板与平钢板施工

该项目采用1.0 mm YX51-250-750型镀铝锌压型钢板，上覆一层1.2 mm厚镀铝锌平钢板，采用不锈钢自攻钉固定于几字衬檩上，横向间距为750 mm，纵向间距为1.5 m(见图11)。

5.11 吸音玻璃丝棉、自粘防水卷材施工

对基层进行清理，首先是将大量的灰尘、杂物用扫把清扫干净。二次清洁一般用抹布清理将附着在镀铝锌钢板表面的灰尘清理干净，对存在油污或者难以清理干净的部位，要使用丙酮等有机溶剂进行清洁处理。然后，把自然疏松的吸音玻璃丝棉和防水卷材布置在镀铝锌钢板上，平整顺直，按照设计的排布方向平铺好，并进行适当的剪裁。卷材横纵向最小搭接符合规范，铺设时尽量避免形成褶皱、气泡等缺陷，自粘卷材沿顺水方向搭接为上搭下。吸音玻璃丝棉和防水卷材沿板肋方向铺设，短边搭接150 mm，长边搭接1/3幅宽，孔洞四周连续搭接(见图12)。

6 不锈钢连续焊接屋面板安装

6.1 抗风措施

平潭岛夏季高温多雨，冬季气温可降至0 ℃以下，年平均风速6.9 m/s，全年7级以上大风日数为125 d，属于多阵风地区，可见平潭岛的气候条件对金属屋面有较不利的影响。

1)该项目不锈钢屋面板选用型号为445J2超纯铁素体不锈钢，其线膨胀系数比其他不锈钢及铝板都要小很多，同等条件下伸缩量只有不锈钢板的40%，在温度变化下产生的伸缩及内应力也小。在任何温度下其金相组织呈铁素体组织，比起其他的材料及其他牌号的不锈钢，超纯铁素体具有更好的耐腐蚀性、更好的加工成形及焊接性能。

2)该项目不锈钢屋面板的固定座全部为固定式，不可滑动，包括普通固定座及约束固定座。普通固定座长60 mm，铺设间距为300 mm～600 mm，约束固定座长为300 mm～700 mm，铺设间距30 m，钢板板厚均为8 mm。每个固定座采用2颗自攻螺钉与1颗拉爆铆钉与下面的底层钢板连接固定，将屋面荷载有效可靠地传递到底板及檩条上。该项目两种紧固件的联合使用，可以有效的增加抵抗横向剪力及纵向拉力的能力。普通固定座与约束固定座分布示意图见图13。

3)该项目采用的不锈钢屋面板专用压型机，在辊压屋面板时，会在板面板压出微小的横纹。这些横纹不仅提高了屋面板的平整度，还能够在不锈钢屋面板被拉伸或压缩时提供一定的可伸缩性，进一步减小温度应力。

4)该项目不锈钢屋面板与不锈钢固定座用自动焊机焊接在一起，板与固定座形成一个整体，连接牢固可靠，提高了屋面板抗风能力的同时避免了漏水的隐患。

6.2 不锈钢屋面板制作

该项目金属屋面采用不锈钢连续焊接屋面，不锈钢板厚0.5 mm，板型为25/400，肋高25 mm，板宽400 mm，局部扇形，金属屋面面积超过4.6万m2，体量巨大，体型复杂。为确保屋面防水的整体性，该项目金属屋面在顺坡方向采用无搭接整体式通长面板，根据平面排版图可知，大量屋面板跨度在50 m～100 m，板型包括直板、扇板。

该项目选择了先进的数控压型设备，该设备既能生产直板又能生产扇板，能够连续将不锈钢卷直接裁切，然后两边板肋同时压型，做到扇形屋面板的一次成型。屋面板压型加工平台直接设在屋面，屋面板加工直接在屋面平台上完成(见图14)，省掉了屋面板垂直运输环节，节约运输时间，提高生产率，同时屋面板加工的质量得到可靠的保障。

6.3 不锈钢连续焊接屋面系统安装工艺

根据屋面分区，测放控制线，按板肋方向画出固定座的定位线，并按固定座间距位置及约束固定座的位置画出固定座位置线。不锈钢固定支座采用L=60 mm，间距不大于500 mm，材质同屋面板的材质，固定座用自攻螺钉固定在750板上，这样使屋面板与底层受力结构直接可靠连接。防雷垫片采用L-200 mm，横纵间距不大于10 m材质同屋面板的材质，防雷固定支座遇到防水卷材时，防水卷材开口，使防雷垫片直接固定在750板上。

在天沟或屋脊处设置定位线，然后将屋面板的一端对准定位线铺设；注意大小肋的方向，每片板铺设好后都要在小肋一侧，按画好的线安装固定座；然后再铺设下一块板。固定座纵向误差必须控制在1 mm以内，每个普通固定座(如图15所示)用2颗自攻螺钉及1颗拉爆铆钉固定，约束固定座螺钉间距100 mm。屋面板安装示意图见图16。

屋面板铺设完成一定区域后，即可进行屋面板的焊接。当天铺设的屋面板必须当天完成锁边焊接。焊接包括板肋的自动缝焊接，节点部位的手持焊接及点焊接。焊接顺序要根据图纸设计的步骤进行，根据节点的不同选择是先焊节点部分再焊板肋部分。该项目焊接工作量非常大，自动焊缝长度达13万m，单块板最长焊缝达85 m。全自动便携式焊机沿着立边以大约3.5 m/min的速度进行自动焊接，焊缝宽度约3 mm。

7 结语

平潭海洋国际会展中心不锈钢屋面面积约4.6万m2，屋面造型不规则，屋面构造层多达13层。该工程所处的平潭岛夏季高温多雨，冬季气温可降至0 ℃以下，全年7级以上大风日数为125 d，属于多阵风地区。该项目在金属屋面的安装过程中，对每个支座的位置和标高进行单独计算、准确定位；并对大量弧形檩条、弧形板、扇形板等非标构件单独设计、下料、加工。项目通过BIM技术建模，实现精确下料、精细化加工、准确定位安装。该项目不锈钢连续焊接屋面选择超纯铁素体不锈钢作为主板材，将屋面板与固定座通过自动焊机焊接在一起，板与固定座形成一个整体，固定座与下面钢底板之间采用2颗自攻钉和1颗拉爆铆钉固定，两种紧固件的联合使用，有效地增加了屋面板抵抗横向剪力及纵向拉力的能力，提高了屋面板的抗风能力。同时，该项目采用全自动连续焊缝机完成超长焊缝焊接，并通过多种施工工艺创新和质量保证措施顺利完成了金属屋面的安装任务。抗风实验数据表明，不锈钢焊接屋面系统的极限抗风能力可以达到10 kPa 甚至更高，完全满足工程对抗风性能的要求。