洛阳奥体异形曲面屋面铝单板装饰层施工工艺

母鉴楠，张 锋

(中冶(上海)钢结构科技有限公司,上海 201900)

1 工程概况

洛阳奥林匹克体育中心项目总建筑面积18.28万m2。包含6万固定座体育场、2 000座游泳馆和室内田径馆。其中体育场和游泳馆屋面连接形成一个整体，屋面整体为异形双曲造型，屋面工程采用双层防水层加开缝铝单板装饰层的设计，其中装饰层为开缝铝单板，上层防水层为铝镁锰屋面板，下层防水层为TPO防水卷材层。屋面主要分为铝镁锰+铝单板装饰层系统、不锈钢天沟系统、采光天窗系统等，屋面面积约为7.4万m2(其中体育场4.5万m2，游泳馆2万m2，田径馆0.9万m2)，见图1，图2。

2 深化设计

本工程铝单板装饰层，覆盖整个屋面，使用转换在铝镁锰屋面上部架起铝单板龙骨，在龙骨上部安装铝单板。铝单板采用2.5 mm厚高强度铝单板，表面氟碳喷涂处理。铝单板分隔在原建筑模型基础上进行调整，便于材料下料加工和现场安装。

2.1 铝单板分隔划分

铝单板分隔划分原则：

1)铝单板分隔短边尺寸小于1 500 mm，避免超宽铝单板。

2)体育场以每个轴线为一个单元进行划分，单元内环向分隔线和纵向分隔线进行均分；游泳馆屋面以天窗作为分隔，划分为三个屋面单元，在每个屋面单元范围内，单元内环向分隔线和纵向分隔线进行均分(见图3)。

3)对于铝单板短边小于200 mm的板子2张～4张合并为1张进行加工，板缝位置做成下沉缝与分隔线相对应，保证观感。

4)环向分隔线由于是弧形线，铝单板环向两条边为弧线，采用以直代曲的方式进行加工。

5)屋脊位置、天窗位置铝单板为考虑防水效果，减少环向分缝，保留纵向分缝，做成异形单板(见图4)。

2.2 铝单板构造

本工程使用2.5 mm厚高强度铝单板，表面氟碳喷涂处理。根据铝单板深化模型体育场和游泳馆分别挑选出最大的分隔板块，进行铝单板的加筋肋、角码的截面尺寸、材质和布置间距的设计计算(见图5)。加筋肋的布置确保铝单板在运输和安装过程中板面不变形、不下挠，确保板面的观感质量，角码的布置确保铝单板与龙骨有有效的应力连接(见图6)，保证铝单板的安全。

2.3 铝单板龙骨布置

铝单板龙骨为铝方管，沿铝单板纵向和环向分隔布置，首先确定铝单板龙骨通长布置方向。铝单板龙骨使用转接件固定在铝镁锰板的板肋位置，由于铝单板的纵向龙骨与铝镁锰板的板肋不共线，若沿纵向通长布置铝单板龙骨，转接件无法固定在铝镁锰板板肋上，所以铝单板龙骨沿环向通长布置(见图7)。

2.4 铝单板龙骨的构造

本工程使用□60 mm×40 mm×2 mm×3 mm铝方管，表面阳极氧化处理。根据铝单板龙骨深化模型，体育场和游泳馆分别挑选风荷载最大的区域，进行铝单板龙骨的强度、挠度验算、主次龙骨的连接件、紧固件计算。铝单板、龙骨连接示意图如图8所示。

2.5 转接件布置

转接件为铝合金材质，分为上下两个部分，下部为铝合金夹具，固定在铝镁锰屋面板板肋上部，为铝单板龙骨固定提供支撑点，同时提高屋面的抗风效果。上部为铝合金夹片，固定铝单板环向龙骨，调整铝单板龙骨完成面的安装误差。转接件环向间距通过计算确定，体育场环向间距不大于1 600 mm，纵向间距为铝单板的环向龙骨之间间距。转接件固定在屋面板板肋位置，屋面板版型S65/400版型，板肋间距为400 mm，为保证每张屋面板上部均有一定数量的转接件，故转接件错位布置(见图9)，同时能提高屋面的抗风效果。

2.6 转接件样式

本工程使用的连接件材质为6063-T5，表面阳极氧化处理。夹片和夹具采用螺栓固定，大部分位置夹片和下部夹具存在夹角，夹具和夹片采用可以转动的连接样式，依靠接触面的摩擦力进行稳固，通过螺栓进行固定。铝单板龙骨和夹片通过垫片与夹片间的刻槽进行固定，防止龙骨上下晃动(见图10～图12)。

根据转接件的连接形式，体育场和游泳馆分别挑选风荷载最大的区域，进行转接件的连接强度、紧固件规格进行计算。

3 铝单板装饰层的施工工艺

3.1 铝单板的加工与运输

3.1.1 铝单板的加工

本工程体育场和游泳馆屋面铝单板面积约为6.5万m2，铝单板加工数量约为4.7万张，其中平板数量约为4.2万张，异形板约为0.5万张。每一张铝单板的加工尺寸均不相同，常规的做法，铝单板出具加工图工作量大，加工速度慢，不能满足现场进度要求[1]。

体育场屋面铝单板每个轴线划分为两个加工单元，内场、外场各一个加工单元，游泳馆3个屋面，每个屋面区域纵向30列铝单板为一个加工单元。预留与天窗、檐口、交接位置的铝单板，作为调节板，同时每三个加工单元相邻的位置预留调节板，其余位置铝单板按照加工单元进行编号，根据模型加工尺寸进行下料。调整板重新建模，与原有加工尺寸进行对比，检查是否存在重大偏差，根据重新调整后的模型进行加工。

3.1.2 铝单板的运输

编制铝单板的加工进场计划，铝单板按照加工单元逐批进场，铝单板采用吊车吊装至屋面上部后进行临时堆放，后续转运至工作面进行安装。

吊运过程中因铝单板轻质的特点容易变形及兜风，对此在吊运过程中需采用定制的货架进行吊运，吊运钢丝绳直接固定在货架上，避免钢丝绳直接与板接触造成变形和损坏。吊运至屋面堆放的材料为了避免风的影响造成材料倾覆，需对已经吊运至屋面的材料进行固定。

铝单板为平板和异形板，运输和倒运过程中，注意成品保护，尽量采用立面或斜面堆放和搬运形式，防止堆积在一起，引起板面变形。

3.2 铝单板龙骨加工与安装

3.2.1 铝单板龙骨的加工

本工程铝单板龙骨采用□60 mm×40 mm×2 mm×3 mm铝方通，屋面环向龙骨为弧形，需要弯弧处理。建立铝单板龙骨模型，导出铝单板的加工长度和弯弧半径，对弯弧半径进行归类，保证铝单板角码都能落在铝单板龙骨上部，减少弯弧半径种类，便于加工。铝单板次龙骨根据加工长度进行下料，在地面安装好主次龙骨连接的角码。铝单板环向龙骨根据加工半径进行编号，次龙骨根据安装位置和长度进行编号，便于安装过程中找料。

3.2.2 铝单板龙骨的安装

以体育场铝单板龙骨安装为例，体育场每个安装单元内部划分为几个小的安装块，减少龙骨安装的累计误差，龙骨的安装误差在一个单元块内进行调整和消耗。通过全站仪，在屋面上放出分隔块的控制点位，再进行四个边和对角线的测量，确保单元块的准确性。再在每个单元块内进行其余铝单板龙骨的补档安装。

3.3 铝单板安装

铝单板通过角码安装在铝单板龙骨上部，铝单板之间预留30 mm板缝，便于雨水顺着板缝进入到铝镁锰板上部，进行排水。铝单板纵向通长拉设钢丝线进行安装，确保铝单板安装完成面，板缝对齐。相邻铝单板的高差通过在铝单板角码底部安装橡胶垫片进行调整，确保相邻板面无错台，保证观感质量。

3.3.1 铝单板在天沟位置的做法

天沟上部铝单板需要伸入到天沟内侧，防止雨水渗入到天沟板与天沟龙骨之间，发生渗漏现象，同时天沟上部铝单板板缝进行打胶密封处理，板缝宽度为16 mm便于填充泡沫棒和打胶密封。

由于屋面铝单板和檐口、幕墙铝单板分属于不同的受力系统，屋面铝单板不能安装在檐口幕墙铝单板龙骨上部，需要沿着天沟环向位置单独安装环向龙骨用于屋面铝单板的安装[2](见图13)。

3.3.2 铝单板在天窗位置的做法

天窗位于内场屋面，下部与内场屋面铝单板相接，上部与外场屋面铝单板相接，单个天窗长度215 m，天窗环向覆盖范围较大，是整个屋面的防水薄弱点，是本工程防水的关键。

天窗下部，雨水沿着天窗表面流到铝单板表面进行排水，铝单板与天窗交接位置，天窗完成面高于铝单板完成面，防止在接缝位置积水。天窗铝单板与屋面铝单板交接位置，铝镁锰板伸入到天窗铝单板下部，同时在天窗铝单板下部安装泛水收边，连接到铝镁锰板收边位置，防止雨水顺着铝单板接缝位置进入到屋面内部。铝镁锰板下部的TPO卷材伸入到天窗玻璃下部，板缝发生渗漏的情况，雨水顺着防水卷材流走，避免发生渗漏。

天窗上部，铝单板与天窗接缝位置，铝单板压在天窗上部，同时铝单板下部铺设一道防水卷材压在天窗上部，防止接缝位置发生渗漏(见图14)。

天窗两侧没有玻璃的位置，天窗铝单板做成一张整板，防止上下口断开位置发生渗漏。下部TPO卷材和内外场铝镁锰板下部卷材焊接成一个整体(见图15)。

天窗铝单板板缝打胶处理，角码穿透TPO位置，在角码底部粘贴丁基胶带进行防水密封处理，固定用自攻钉采用防水不锈钢钉。

3.3.3 铝单板在屋脊位置的做法

铝镁锰板在屋脊位置断开，容易发生渗流，铝镁锰板按照屋脊做法，安装屋脊盖板和收边防水堵头。将屋脊两侧的铝单板做成一张整板，跨越屋脊，避免在屋脊位置形成环向通缝，屋脊铝单板接缝位置打胶密封处理(见图16)。同时屋脊铝单板两侧超出铝镁锰屋脊盖板两侧，避免雨水顺着环向板缝渗入屋面，发生渗漏现象。

3.3.4 铝单板在角部位置的做法

角部位置，铝单板按照原有的分隔方式，板宽比较小，最小宽度在50 mm左右，加工和安装均不方便。将2张～4张宽度 比较小的铝单板做成一张整板，在原有分隔位置做下沉板缝设计，保证原有的分隔造型的同时，便于加工与安装(见图17)。

3.3.5 铝单板在变形缝位置的做法

本工程体育场和游泳馆之间存在一条环向的变形缝，如何避免变形缝两侧的屋面铝单板出现变形和破坏，是铝单板施工过程中的重难点。

体育场和游泳馆之间预留200 mm宽变形缝，变形缝两侧结构从上到下全部断开，在变形缝位置增加变形缝伸缩板，上部铺设TPO防水卷材，防水卷材预留伸缩量，与两侧TPO卷材焊接形成整体。在两侧铝单板上部安装变形缝铝单板盖板，与游泳馆一侧连接固定，与体育场一侧搭接宽度不小于200 mm，高差不小于100 mm，保证变形缝盖板在温度变化下能正常地伸缩和沉降(见图18)。

3.4 铝单板的施工流程

施工流程：铝镁锰板完成面弧度及标高复测→铝合金转接件放线→转接件坐标测量→高差调节→安装龙骨→首块板安装→复核数据、调整误差→固定→安装后续铝单板→安装块内误差调整→撕膜、板面清洗。

3.4.1 测量放线

利用全站仪在屋面放出每个安装单元的边部控制线，根据边部控制线进行安装单元块控制点位的测量放线。首先应测量出各位置的结构偏差，得出数据。然后根据偏差重新调整，使转接件完成面满足屋面弧度及标高要求。

根据测量数据，在屋面板板肋上安装铝合金转接件，保证连接件的安装精度。如标高与设计标高有差异，利用连接件长圆孔进行调节。随后进行单元块内的环向和纵向龙骨的测量放线。

3.4.2 铝合金转接件的安装

铝合金转接件安装于铝镁锰板的板肋上。转接件下部夹具通过不锈钢螺栓紧固与铝镁锰板形成可靠连接。

根据转接件布置图，在屋面上放出转接件的位置，进行夹具的安装，安装过程中必须边安装边进行位置及三维坐标的校核工作，保证下一步铝合金龙骨安装的位置准确。

3.4.3 铝合金骨架安装

铝合金龙骨环向通长布置，纵向进行补档安装；环向骨通过转接件进行固定，纵向龙骨通过角码与环向龙骨固定。环向龙骨使用插芯进行接长。

根据铝单板龙骨布置图进行环向龙骨安装工作，在环向龙骨表面标记出纵向铝龙骨的位置，进行纵向龙骨安装。

3.4.4 铝单板的安装

在已安装好的龙骨上划出中心线，根据铝单板布置图，进行铝单板的安装。安装铝单板要拉横向、竖向控制线，角码位置需进行调整垫平。安装过程中，角码通过自攻钉进行紧固，不得出现少装、漏装现象，安装过程中，不但要考虑相邻板面的平整度，还要考虑板缝的宽度、顺直情况等，安装偏差控制在有效误差范围内。

铝单板安装前应认真检查其编号、数量、分清安装方向、安装位置。铝单板在搬运、吊装过程中，应竖直或者倾斜搬运，不宜水平抬运。

1)平板铝单板安装方法。

根据铝单板划分的安装单元和安装块，进行铝单板的安装工作，每个安装块内进行安装误差的控制，避免累积误差到下一个安装块内。等相邻两个安装区域铝单板安装完成后进行调整板位置安装。

2)异形板铝单板安装方法。

由于是异形板在加工运输搬运过程中，很难控制板面的变形及弧度，因此在施工过程中，用全站仪进行每块板的三维坐标放样，并且在装饰骨架上面做好标记，在安装过程中要求每块板的多个角点与三维坐标放样点重合，保证每块板必须与模型中的三维坐标点一致，来保证整个屋面的造型。

铝单板安装完成后先进行自检，检查板面平整度、板缝宽度、相邻板面有无错缝错台等情况和观感质量。全部自检合格后会同监理单位进行验收。

3.4.5 注意事项

1)铝单板表面的保护膜，等该位置安装完成后，3 d内撕掉保护膜，避免保护膜在长时间光照情况下，难以撕掉。

2)铝单板搬运过程中，注意竖向或倾斜堆放，避免板面挤压变形。

3)搬运和安装过程中注意保护板面，避免划伤装饰面。

4)铝单板安装完成后，注意成品保护，避免人员行走、材料搬运、其他作业对铝单板完成面造成破坏。

4 结语

铝单板作为一种装饰板材，凭借着质量轻、强度高、耐候性好、色彩多变等优点，被广泛应用于屋面和幕墙工程。通过本项目的屋面装饰铝单板的深化设计到现场施工全过程管控，对铝单板的施工工艺有了更深层次的了解。