武金鵬，張凱，胡安輝，陳杰，陳峻

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310000）

1 鋁鎂錳合金板屋面概述

從上世紀(jì)九十年大發(fā)展至今，我國(guó)城市化建設(shè)進(jìn)程不斷加大，金屬屋面在一些機(jī)場(chǎng)航站樓、體育場(chǎng)館、大劇院等大跨度公共建筑中開始廣泛應(yīng)用，同時(shí)我國(guó)高鐵工程的發(fā)展促使各個(gè)地區(qū)鐵路站房也加大了金屬屋面的應(yīng)用力度。金屬屋面應(yīng)用于大跨度建筑結(jié)構(gòu)中能夠充分發(fā)揮其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、外形美觀等優(yōu)勢(shì)。

金屬鋁在人類生產(chǎn)生活中使用頻率逐漸增多，已經(jīng)成為排名第二的人類應(yīng)用金屬。在金屬鋁熔煉過(guò)程中加入錳、鎂、銅等元素可以將金屬鋁的物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能改變，在發(fā)揮金屬鋁特性的同時(shí)將其他金屬元素優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出來(lái)。鋁錳鎂合金板按照外表面處理情況可以分為非涂漆產(chǎn)品和涂漆產(chǎn)品兩種類型，其中非涂漆產(chǎn)品是在板材表面并不采取涂漆處理工藝，而是進(jìn)行錘紋、預(yù)敦化養(yǎng)護(hù)、壓花等處理方式。

在一些對(duì)表面外觀要求較低的工程中可以使用該種類型材料。涂漆產(chǎn)品主要包括兩種，分別為預(yù)輥涂板和噴涂板產(chǎn)品，噴涂涂料類型會(huì)根據(jù)產(chǎn)品品質(zhì)不同而存在一定差別。在具體施工中通常工作人員還會(huì)用100mm的保溫玻璃纖維處理屋斜面，在兩個(gè)板肋咬合的空腔中伸入支架頂端，最后在直立鎖邊系統(tǒng)屋面上鋪設(shè)保溫棉。

2 鋁鎂錳合金板屋面系統(tǒng)抗風(fēng)性能影響因素

某大跨度建筑采用鋁錳鎂合金板屋面，分析及設(shè)計(jì)過(guò)程如下：

2.1 研究?jī)?nèi)容

2.1.1 基于模擬試驗(yàn)分析金屬屋面的抗風(fēng)性能的影響因素

對(duì)比分析金屬屋面抗風(fēng)壓測(cè)試結(jié)果可知，直立鎖邊型構(gòu)造有著較好的抗風(fēng)性能。鋁合金支架和次檁條連接固定直立鎖邊型構(gòu)造屋面，按照≤1200mm 間距安裝支架，鋁鎂錳板厚度為1mm，用支架咬合安裝面板，為加強(qiáng)咬合力度使用電動(dòng)咬邊機(jī)再次加強(qiáng)處理，用鋁鉚釘最后進(jìn)一步固定將其抗風(fēng)效果提高。直立鎖邊內(nèi)嵌鎖邊接縫，避免雨水向內(nèi)溢出，用防水卷材處理屋面底部，達(dá)到二次防水效果。

2.1.2 基于有限元分析技術(shù)優(yōu)化金屬屋面抗風(fēng)性能

采用有限元分析技術(shù)分析不同抗風(fēng)性能方案，經(jīng)過(guò)軟件計(jì)算最終分析比較三種版型系列，通過(guò)分析可知適合該工程的是420 系列，并且利用軟件優(yōu)化設(shè)計(jì)處理鎖邊型屋面構(gòu)造，重點(diǎn)加強(qiáng)屋脊和檐口收邊等位置處理。

圖1 三種版型系列

圖2 420 版型系列優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1.3 基于模擬試驗(yàn)結(jié)果優(yōu)化金屬屋面與采光天窗安裝連接節(jié)點(diǎn)

該工程構(gòu)造薄弱部位為金屬屋面和采光天窗四周，按照方案先將金屬屋面安裝好，然后密封屋面和天窗龍骨縫隙，然后密封天窗窗框四周，最后使用擋水板處理搭接部位，達(dá)到防水性能和構(gòu)造安全性提升的效果。該工程中斜玻璃采光天窗為固定模式，側(cè)面采光排煙窗為電動(dòng)模式，用鋁板幕墻處理兩側(cè)山墻，用不同連接構(gòu)造處理四周和金屬屋面對(duì)接部位，設(shè)置兩道密封防水措施，確保結(jié)構(gòu)的防水性能。

2.1.4 金屬屋面防水節(jié)點(diǎn)處理研究

防水控制的關(guān)鍵點(diǎn)為金屬屋面屋脊處、排水檐口、女兒墻接收口等位置，用1mm 厚披水板密封膠封堵外側(cè)，用鋁鎂錳金屬板柔性防水材料密封面層，用3mm 厚防水卷材處理底層，設(shè)置密封防水措施共3 道，用鋁焊處理女兒墻收口位置屋面板接縫處，用硅酮耐候密封膠防水處理外層縫隙，將屋面防水性能提高。

2.2 解決的關(guān)鍵技術(shù)

第一，優(yōu)化設(shè)計(jì)金屬屋面設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。安裝直立鎖邊屋面后用自動(dòng)鎖邊機(jī)和鋁鉚釘加固處理連接部位，避免擠壓導(dǎo)致屋面防水性能降低。

第二，試驗(yàn)驗(yàn)證防水節(jié)點(diǎn)的防水性能。通過(guò)防水測(cè)試調(diào)整防水層位置，在金屬面板底部鋪設(shè)防水卷材，用密封膠封堵防水卷材和連接支架縫隙。

第三，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)技術(shù)優(yōu)化。

3 鋁鎂錳合金板屋面系統(tǒng)的實(shí)踐應(yīng)用

某體育中心屋頂為圓形平面，底部直徑為124.0m，下部和上部為球面混合形成，屋面采用鋁鎂錳合金板，用直立鎖邊方法連接，從檁條到以上構(gòu)造層次為HV-200 型鍍鋅穿孔鋼板0.5mm 厚度、無(wú)紡布、無(wú)甲醛環(huán)保玻璃棉氈75mm 厚、防潮透氣膜、無(wú)甲醛環(huán)保玻璃棉氈75mm 厚度、65/430 型氟氟碳噴涂鋁鎂錳合金直立鎖邊板0.9mm 厚度。

3.1 施工難點(diǎn)

第一，排版設(shè)計(jì)鋁鎂錳合金板，將起始線測(cè)量定位，在完成安裝后通過(guò)二次測(cè)量?jī)r(jià)將檐口天溝等附屬構(gòu)件位置準(zhǔn)確地確定。第二，連接檁條和面板構(gòu)件為鋁合金固定座，要加強(qiáng)固定座工序的嚴(yán)格控制。第三，在溫度影響下，屋面板會(huì)出現(xiàn)伸縮情況，使用鉸支座預(yù)防屋面板橫向變形問(wèn)題，施工中注意避免鎖邊過(guò)緊，以免應(yīng)力集中于伸長(zhǎng)鎖邊位置。

3.2 施工技術(shù)要點(diǎn)

3.2.1 測(cè)量放線操作要點(diǎn)

第一，作為預(yù)制裝配結(jié)構(gòu)，鋁鎂錳合金屋面安裝前要準(zhǔn)確測(cè)量既有成品和構(gòu)件，做好偏差測(cè)量記錄，然后準(zhǔn)確放線并且安裝，為后期鋁鎂錳合金屋面安裝質(zhì)量提供保障。第二，以設(shè)計(jì)排版為基礎(chǔ)將起始線位置確定。按照排版沿著跨度方向?qū)⑺袡_條位置確定，然后連接垂直于建筑物縱軸線節(jié)點(diǎn)，繼續(xù)標(biāo)注板寬度方向，避免發(fā)生超寬和鋸齒問(wèn)題，從而對(duì)板寬度方向累積偏差進(jìn)行有效檢查。第三，在完成屋面板安裝后需要二次放線檢查轉(zhuǎn)角線、檐口線等關(guān)鍵點(diǎn)水平度和垂直度是否達(dá)標(biāo)。

3.2.2 屋面板施工操作要點(diǎn)

第一，第一行固定座安裝于每根支撐上，固定座和支撐相對(duì)應(yīng)。用固定釘固定第一對(duì)鎂鋁組合板最外側(cè)支撐，將鋁鎂錳合金板中間肋和母肋牢固地固定。在準(zhǔn)確無(wú)誤地安裝第一對(duì)固定座后將其作為基準(zhǔn)進(jìn)行其他固定座安裝。

第二，鋁鎂錳合金板排放在母肋朝向首先安裝固定座的方向，然后將其吊放到屋架上。第一片鋁鎂錳合金板排放并且固定在與天溝正交方向固定座上，然后對(duì)準(zhǔn)固定座長(zhǎng)彎角安裝母肋，最后在這兩道肋條上施加壓力，確保其在固定座上牢固地安裝母肋、中間肋。

第三，在安裝完成的鋁鎂錳合金板公肋上安裝固定座短彎角，將第二行固定座上依次安裝在支撐上，然后在將固定座用固定釘固定在支撐上。

第四，在第二行固定座上排放第二片鋁鎂錳合金板。先對(duì)準(zhǔn)中間肋與固定座的長(zhǎng)彎角，然后和母肋對(duì)準(zhǔn)，扣緊前一片板的公肋。施工中注意對(duì)鋁鎂錳合金板下緣平齊度進(jìn)行檢查，保證處于同一水平線上。最后，下壓板肋條，保證和固定座連接穩(wěn)定。在鎖邊時(shí)，工作人員兩腳在連接肋條上和鋁鎂錳合金板凹槽部分站穩(wěn)，然后在肋條上安裝鋁鎂錳合金板。為了保證鎂鋁組合板的中間肋和固定座的長(zhǎng)彎角能夠充分固定，可以用相同的壓力施加于中間肋上。在下一片公肋上的反鉤槽桿頭搭接時(shí)，工作人員要保證其可以完全嵌入母肋中。按照這種方式安裝鎂鋁組合板。

第五，如果最后所剩空間寬度大于半片鋁鎂錳合金板的寬度，那么可以將完整的中間肋留下，將超出部分裁去。按照一行固定座方式固定這片鋁鎂錳合金板。

3.2.3 屋面保溫整體變形性能、連接性能

熱脹冷縮是金屬建材非常明顯的特征，該工程采用直立鎖邊固定鋁合金屋面板，對(duì)屋面板板寬方向和上下方向移動(dòng)進(jìn)行限制，但是難以對(duì)屋面板長(zhǎng)方向移動(dòng)進(jìn)行限制，為此，可以使用固定座滑動(dòng)伸縮確保屋面板不會(huì)受到溫度變化的嚴(yán)重影響。采用鑄壓鋁合金固定座與檁條固定屋面系統(tǒng)，然后在固定座梅花頭上卡住屋面板，用電動(dòng)鎖邊機(jī)固定板肋。

3.2.4 天溝施工操作要點(diǎn)

該工程采用的不銹鋼板厚度為2mm，按照3m 左右一段的方式加工，然后現(xiàn)場(chǎng)完場(chǎng)安裝作業(yè)。制作和安裝注意要點(diǎn)如下：第一，對(duì)接、焊接。在地面上采用對(duì)接、焊接方式拼裝三段天溝，然后吊裝安裝，通過(guò)這種方式可以將高空作業(yè)任務(wù)有效減少。工作人員在打磨切割口時(shí)按照不超過(guò)1mm 的標(biāo)準(zhǔn)控制對(duì)接縫隙。第二，安裝伸縮縫。以材料膨脹系數(shù)為基礎(chǔ)按照一定間距設(shè)置伸縮縫。該工程伸縮縫間距為60m。

3.2.5 出屋面構(gòu)件材料防水

采用兩層防水措施處理出屋面的上人洞口與站牌短柱，其中第一層通過(guò)熱風(fēng)焊接西卡防水材料包裹與屋面防水材料最終形成一個(gè)完整的整體，用鋁鎂錳合金板包裹起外部，通過(guò)鋁焊焊接上口帶防水帽檐和下口與屋面板，最終形成一個(gè)完整的整體，具有良好防水性能。

4 項(xiàng)目研究水平及市場(chǎng)前景

4.1 本項(xiàng)目研究成果對(duì)該技術(shù)現(xiàn)狀及其發(fā)展的作用

本文研究分析了金屬屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、施工等過(guò)程，對(duì)金屬屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)驗(yàn)證和項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，這為金屬屋面系統(tǒng)力學(xué)性能和檢測(cè)方法優(yōu)化提供了一定的參考作用。

4.2 相關(guān)技術(shù)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況

雖然我國(guó)已經(jīng)存在多種金屬屋面專利，但是直立鎖邊技術(shù)金屬屋面專利較少，相關(guān)研究者缺乏抗風(fēng)、防滲性能方面的相關(guān)分析。

4.3 根據(jù)市場(chǎng)情況本項(xiàng)目研究成果應(yīng)用、推廣前景

在很多項(xiàng)目中都可以應(yīng)用該成果，可以將類似的難題、質(zhì)量問(wèn)題有效解決，同時(shí)在施工進(jìn)度優(yōu)化、造價(jià)成本控制、行業(yè)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)等方面具有一定的價(jià)值。

5 結(jié)論

總而言之，本文通過(guò)研究驗(yàn)證鋁鎂錳金屬屋面抗風(fēng)承載力、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，改進(jìn)了現(xiàn)象的屋面連接方式，并且分析了改進(jìn)后屋面系統(tǒng)的應(yīng)用方式，將改進(jìn)方案的合理性進(jìn)行驗(yàn)證，通過(guò)具體工程研究了鋁鎂錳金屬屋面的施工工藝技術(shù)，可以為相關(guān)工作者和研究者提供一定參考。