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360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合系統(tǒng)在金屬屋面項目上的應(yīng)用

zhaxx 2023-08-25 發(fā)布于廣東

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毛里求斯綜合體育中心項目（MULTISPORTS COMPLEX STADIUM&GYMNASIUM）全稱為毛里求斯圣皮埃爾科特多沃綜合體育中心，項目包含體育場及附屬訓(xùn)練場（足球場、田徑場、熱身場）、水上運動中心、綜合體育館。業(yè)主是MAURITIUS MULTISPORTS INFRASTRUCTURE LTD（毛里求斯多功能體育基礎(chǔ)設(shè)施有限公司），建筑設(shè)計由英國的Mott MacDonald Group.和IOG INFRAWORKS公司完成，中國建筑集團有限公司為總承包，屬于EPC項目。毛里求斯綜合體育中心是2019年印度洋島國運動會的主會場。在此，以毛里求斯圣皮埃爾科特多沃綜合體育中心金屬屋面項目實際工程為例，介紹了新型抗風(fēng)揭屋面系統(tǒng)——360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合系統(tǒng)在金屬屋面項目上的應(yīng)用。

原文刊載于《中國建筑防水》2022年第6期。

毛里求斯綜合體育中心金屬屋面項目所在地毛里求斯共和國，為非洲東部一島國，屬于亞熱帶海洋性氣候，每年一至三月的雨季多雨，并受熱帶氣旋影響多發(fā)龍卷風(fēng)，因此屋面系統(tǒng)的防水性、耐久性及屋面抗風(fēng)揭設(shè)計對項目成功非常重要。另外，該項目的水上運動中心屋面跨度較大，金屬屋面板塊較長，最長約66 m，屋面板塊受溫度影響變形較大；體育場最高點22 m，當(dāng)?shù)厥┕C械設(shè)備有限，屋面板運輸難度較大；體育場和水上運動中心檐口裝飾鋁板標(biāo)高較高，游泳館吊頂裝飾鋁板施工措施不便、安裝困難；屋面所有材料均需在進場前國內(nèi)采購、加工完成，然后運輸?shù)絿庑柰ㄟ^海關(guān)報關(guān)檢驗，材料及設(shè)備組織難度較大。這些都是本項目實施的難點，需要研究解決。

圖1 毛里求斯綜合體育中心設(shè)計效果圖

金屬屋面系統(tǒng)介紹

根據(jù)毛里求斯當(dāng)?shù)叵募狙谉岢睗?、多雨多臺風(fēng)的氣候特點，進行科學(xué)研究與分析，在滿足建筑使用功能及建筑造型前提下，進行系統(tǒng)選擇與構(gòu)造設(shè)計。最終，決定采用360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合金屬屋面系統(tǒng)，其主要組成包括：1）屋面板，采用1.0 mm厚RF-11/300型鋁鎂錳合金板；2）防水層，采用1.2 mm厚PVC防水卷材；3）保溫層，采用雙層50 mm厚巖棉，容重150 kg/m³；4）隔汽層，采用0.3 mm PE隔汽膜，鋪在巖棉下部；5）支撐層壓型鋼板，采用0.8 mm厚YX35-125-750型鍍鋁鋅壓型鋼板；6）龍骨，為鍍鋅鋼矩管。

金屬屋面防水設(shè)計

該項目除采用柔性PVC防水卷材作第二道防水外，第一道屋面板防水采用360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合系統(tǒng)，能保證屋面在高氣壓下的較高水密性，即使在暴雨期雨水漫過屋面板肋立邊，也能保證屋面系統(tǒng)的防水性能。該系統(tǒng)防水設(shè)計區(qū)別于傳統(tǒng)直立鎖邊屋面系統(tǒng)的開放半咬合形式，而是采用立邊雙咬合形式（圖2）。

圖2 立邊雙咬合

金屬屋面抗風(fēng)揭設(shè)計

建筑物的風(fēng)荷載是指空氣流動形成的風(fēng)遇到建筑物時，在建筑物表面產(chǎn)生壓力（正風(fēng)壓）或吸力（負風(fēng)壓）。風(fēng)荷載的大小主要與近地風(fēng)的性質(zhì)、風(fēng)速、風(fēng)向有關(guān)，與建筑物所在地的地貌及周圍環(huán)境有關(guān)，同時也與建筑物本身的高度、形狀有關(guān)。屋面系統(tǒng)選型時，需重點考慮風(fēng)荷載對屋面系統(tǒng)的影響。

傳統(tǒng)直立鎖邊采用的是屋面板與固定支座半咬合連接，咬合面比較小，且施工時咬合力度沒有全面和可靠的參數(shù)依據(jù)，實際連接強度難以把控，屋面板在負風(fēng)壓作用下容易變形，當(dāng)屋面板變形較大時面板會脫離固定支座，造成屋面被風(fēng)掀開（圖3）。

圖3 傳統(tǒng)直立鎖邊系統(tǒng)板塊連接

采用360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合系統(tǒng)可以解決上述問題。該系統(tǒng)采用的板寬300 mm，立邊高65 mm，固定方式采用隱含式不銹鋼扣件拉住板肋凹槽并固定于支撐結(jié)構(gòu)上，相鄰板肋連接處單向360°咬合連接固定形成整體，抗風(fēng)揭性能較傳統(tǒng)直立鎖邊系統(tǒng)大大提升（圖4）。

圖4 360 °無限制熱膨脹雙立邊咬合金屬屋面系統(tǒng)

采用該系統(tǒng)，當(dāng)正風(fēng)壓作用于屋面系統(tǒng)時，屋面板為受壓區(qū)，風(fēng)荷載沿屋面板傳遞給屋面系統(tǒng)的支撐體（屋面板→幾字型襯檁→次檁條→主檁條→鋼結(jié)構(gòu)），結(jié)構(gòu)安全（圖5）。

圖5 正風(fēng)壓作用時

負風(fēng)壓作用于建筑屋面系統(tǒng)時，屋面板變?yōu)槭芾瓍^(qū)，風(fēng)荷載沿屋面板側(cè)風(fēng)面和背風(fēng)面所受力為吸力。吸力方向是向上影響，不銹鋼固定扣件向下拉住屋面板，反向作用于吸力方向；不銹鋼扣件向下的作用力大于負風(fēng)壓向上的吸力，結(jié)構(gòu)安全（圖6）。

圖6 負風(fēng)壓作用時

綜合以上分析，360°無限制熱膨脹雙立邊咬合金屬屋面系統(tǒng)較傳統(tǒng)直立鎖邊系統(tǒng)在抗風(fēng)揭性方面優(yōu)勢明顯。

金屬屋面排水設(shè)計

本工程排水方式采用集中排水，排水天溝設(shè)置位于建筑內(nèi)側(cè)最低點，天溝寬度、高度根據(jù)當(dāng)?shù)赜炅亢蛥R水面積計算確定。水溝最小寬度800 mm，深度最小值400 mm，材質(zhì)為SUS316不銹鋼。采用重力排水，排水路線設(shè)計簡捷，保證排水通暢。

檐口造型

本工程金屬屋面包含檐口及吊頂裝飾鋁板。建筑師要求本項目鋁板全部采用高光亮度5系鋁合金板，其加工工藝及制備技術(shù)難度較高。高光鋁單板外觀精致、牢固耐磨，色澤逼真清晰，色彩持久穩(wěn)定、不易褪色，耐酸堿性能好，能經(jīng)受惡劣環(huán)境的風(fēng)吹日曬。

體育場檐口造型設(shè)計新穎復(fù)雜，屋面與檐口造型如何過渡，對本項目設(shè)計效果的實現(xiàn)至關(guān)重要。根據(jù)最初效果圖及建筑圖紙，結(jié)合現(xiàn)場便于施工原則，多次調(diào)整檐口弧度，并將二維圖紙表達繪制成BIM模型，在模型中反復(fù)模擬調(diào)試。經(jīng)過與英方建筑師多番商討與溝通，最終了確定檐口及南北面造型。圖7為體育場剖面圖。

圖7 體育場剖面圖

項目重難點分析

1）在金屬屋面建筑設(shè)計中，既要經(jīng)濟、美觀，還要安全、適用，因此屋面系統(tǒng)選擇是重點。屋面系統(tǒng)要適應(yīng)項目所在地的環(huán)境與背景，滿足建筑師的要求與建筑功能性要求，還應(yīng)保證屋面良好的防水性能與抗風(fēng)揭性能。

2）本工程所用的屋面板、鋼材、鋁板及屋面配件等材料規(guī)格種類多、用量大，作為海外項目，材料運輸?shù)絿?，需要通過海關(guān)，要報關(guān)檢驗，并且海運路途較遠，運輸時間較長，散件容易丟失，因此材料組織和保障是關(guān)鍵。

3）大多數(shù)海外項目施工環(huán)境相對惡劣、條件艱苦，工作壓力、思想壓力遠遠大于國內(nèi)項目。因此，項目管理是難點，現(xiàn)場施工人員與管理人員需克服惡劣工作環(huán)境和心理壓力兩重困難。若項目隊伍管理不善，不能克服這些困難，也將影響工程質(zhì)量及進度。

毛里求斯圣皮埃爾科特多沃綜合體育中心項目的完成，標(biāo)志著在毛里求斯政府和中國建設(shè)者的共同努力下，當(dāng)?shù)負碛辛说谝蛔鶉H標(biāo)準(zhǔn)的體育場和全國最大的體育中心。360 °無限制熱脹縮屋面系統(tǒng)在該項目中的成功應(yīng)用，為海內(nèi)外金屬屋面的設(shè)計與施工提供了借鑒。實踐證明，360 °無限制熱脹縮屋面系統(tǒng)擁有較強的抗風(fēng)揭性能，用于復(fù)雜建筑或大跨度金屬屋面系統(tǒng)中，可有效保證屋面的防水性能與抗風(fēng)揭性能，降低屋面被風(fēng)掀開的概率。