大跨度拱形波紋鋼屋蓋施工技術

□ 梁寧芳

拱形波紋鋼屋蓋（Metal Corrugated Arch Roof，簡稱MCAR）是由鍍鋅鋼板經成型機連續滾壓成型的拱形槽板，槽板厚度為0.6mm～1.5mm，將若干槽板用封邊機連接拼裝成整體，整體吊裝固定，最后在屋頂采用二次機械將若干模塊槽板咬合形成的整體[1、2]。

拱形波紋鋼屋蓋具有自重輕（12kg/m2～24kg/m2）、跨越能力大、空間開闊、低造價、施工方便、工期短、耐用性好、防水且無滲漏等優點，造型美觀、新穎，具有強大的競爭力和廣泛的應用市場[3]。

大跨度拱形鋼屋蓋單元板是開口的薄壁構件，吊運安裝極易發生彎扭失穩，導致屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難，安裝精度難以保證。為了保證施工過程中安全和結構的耐久性，對大跨度拱形波紋鋼屋蓋單榀吊運拼裝施工技術研究很有必要。

1 工程概況

南寧榕鼎金屬制造有限公司生產基地項目零配件車間1#～6#廠房采用拱形波紋鋼屋蓋，其中1#～3#車間拱形波紋鋼屋蓋跨度為36m，長度為102m；4#～6#車間跨度為24m，長度為108m。

工程采用拱形波紋鋼屋蓋，吊裝到混凝土梁上，與混凝土梁的預埋鋼板進行連接、緊固，形成一個集防雨、保溫、隔熱、通風、采光等多種功能為一體的屋面。在實際施工中將面臨拱形波紋鋼屋蓋的制作、吊運、安裝困難等問題。整體結構示意見圖1。

圖1 整體結構示意圖

2 施工過程控制要點

2.1 工藝流程

施工準備→預埋件、鐵托板、拉環加工→放線定位→預埋件埋設→鋼板加工成型→分塊槽板地面分組咬合→地面鎖邊→屋蓋分組編號吊裝→屋面鎖邊→陽光板安裝→封堵及防水處理→拉桿安裝→屋蓋咬合成整體。

2.2 預埋件、鐵托板、拉環加工

預埋件、鐵托板、拉環應嚴格按圖紙設計的要求進行深化加工。該項目采用150mm×5mm×6000mm熱軋板作為鐵托板，預埋件采用10mm厚的熱軋板與Ф14鋼筋焊接而成，拉環為Ф20鋼筋。

2.3 預埋件埋設、鐵托板、拉環安裝

（1）在天溝混凝土澆筑前，嚴格按照埋件埋設的位置和間距布置好預埋件，且每根柱子頂端應帶通線控制好標高和位置，布置預埋件，焊接固定拉環，保證鐵托板安裝的質量。

（2）在天溝混凝土澆筑后，通過焊接與預埋件連接安裝鐵托板、拉環，其中，鐵托板為通長安裝。

2.4 拱形波紋鋼屋蓋加工

拱形波紋鋼屋蓋采用冷軋結構鋼板制作，表面鍍鋅處理后涂防銹漆，在鋼板上軋制成波紋型。屋蓋板曲率通過大小軋花鼓的咬合深度來控制，軋花的主要目的是為了曲板的成型，屋蓋曲板軋制主要是曲率控制問題。屋蓋板波紋的深度由其大小軋花鼓的咬合深度決定，曲板軋制時應根據設計要求調整大小軋花鼓咬合深度，從而保證屋蓋板的曲率。在曲板的軋制過程中，大小軋花鼓主軸要與水平面絕對垂直，否則會造成單元板腹板兩側曲線長度的差異和曲率不同，這是工程質量的一大隱患。

肋板波紋的深度應從底向上由深到淺線性過渡，曲板腹板上的波紋深度應均勻一致。在軋花過程中為了避免機組、材料輥卷以及控制軋花鼓咬合深度的控制手柄的振動、移位等不利因素，保證曲板的軋制質量，軋制的線速度宜控制在20m/min左右。

（1）將鋼板軋制成梯形或“U”形波紋直槽板，以提高鋼板的橫向剛度，從而提高其結構承載力，幅寬為600mm～914mm，長度為拱形圓弧長度。

（2）根據屋蓋的跨度、矢跨比，將直槽板軋成拱形槽板，在槽板下部軋出橫向小波紋，以槽板上橫向小波紋的深淺來調整拱形槽板的曲率大小。同時，橫向小波紋可以增強結構縱向抗彎剛度，提高鋼板的局部穩定承載力，受力性能較為突出。

波紋鋼屋蓋根據不同跨度起拱，施工前針對屋蓋施工的實際跨度計算確定鋼板的長度，計算時需考慮屋蓋伸入梁內尺寸、壓紋過程長度損耗等。拱形波紋鋼屋蓋的技術參數如表1所示。

表1 技術參數表

2.5 組板、地面鎖邊

由于單塊板長細比過大，剛度極小，吊裝時容易造成扭曲破壞，需將單塊“U”形板鎖邊成組再起吊安裝。通過鎖邊機將3塊單板加工在地面用專用封邊機鎖接連成一組，可大大提高吊裝效率，節約吊車臺班，同時可以有效避免屋蓋高空作業時易造成封邊不緊或脫扣現象的發生。

單元板咬合封邊時，以一榀單元板作為基板，將另一榀單元板的肋板與基板肋板對齊，并使兩者的內外翻邊咬合緊密，用大力鉗臨時固定，再用封邊機咬合封邊。咬合封邊時不能使封邊機自行行走，應專人把持。地面封邊時，無人把持的封邊機由于自重容易使單元板肋板傾斜，板間的縫隙過大，嚴重地影響屋蓋的整體剛度和承載能力。

2.6 吊裝、屋面鎖邊

金屬拱形波紋鋼屋蓋對初始缺陷非常敏感。在吊裝和就位過程中，吊點布置或起吊方式不當，由于單元板的受力狀態不合理，則可能引起屋蓋曲板在起吊過程中出現以下質量缺陷：屋蓋單元板的折屈或強度破壞；屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難，繼而引發單元板所受安裝外力過大而導致破壞；初始缺陷將導致結構承載力低，給屋蓋結構的施工和使用埋下許多潛在的不安全因素。

為使單元板組在吊裝過程中保持平衡，吊點應沿拱的軸線對稱布置。在布置吊點和安裝吊繩時，應確保吊點處的合力方向鉛直向上，以防吊點處吊繩產生過大的水平分力，使吊點滑移，影響吊裝安全。

屋蓋板吊裝采用人工配合起重設備進行。根據不同跨度、拱度的拱形波紋屋蓋，設計新型吊桿，新型吊桿采用鍍鋅鋼管加工制作，可延伸、可拆卸、可旋轉。當吊裝屋蓋跨度小于15m時，采用主桿為8m長鋼管作為吊桿。當吊裝屋蓋跨度為15m～25m時，與主桿采用幫條焊連接的方式連接，延伸臂長1.5m，可拆卸、可旋轉，隨時可根據吊裝的需要進行角度調整，重新焊接，方便快捷。當吊裝屋蓋跨度大于25m時，在兩端安裝可拆卸的延伸臂，臂長1.5m，采用螺紋連接。吊桿示意圖見圖2。

圖2 吊桿示意圖

（1）選擇吊桿：根據不同的屋蓋跨度，吊桿長度分為8m、11m、14m。

（2）安裝扣件：通過方案計算確定扣件固定的位置，吊裝時，采用扣件將鋼絲繩固定在屋蓋板上。吊點位置應沿著板跨中軸線對稱布置。

汽車起重機起吊時，彩鋼板的兩端各用扣件連接麻棕繩，長度為20m～30m，方便在屋面或地面上協助控制彩板的方向，起到牽引作用。拱形波紋鋼屋蓋單元板是薄壁構件，吊裝點沒取好極易發生彎扭失穩，導致屋蓋單元板變形過大，造成安裝困難。吊裝應以單元板重心為吊裝中心采取對稱吊裝方案吊裝。安裝時，在預定部位采用自固螺栓固定在鐵托板上。每單塊板使用的螺栓數目不少于5個，屋蓋板每安裝2組（即6塊單板）后，留下一塊單板的位置，待后續安裝陽光板，再繼續下一組的吊裝。

（3）屋面鎖邊：吊裝就位后，鎖邊組合成一體的彩鋼板需用自攻螺釘固定，每塊單元板不少于4顆螺釘。每兩組吊裝單元相鄰側邊采取專用鎖邊機咬合連接，施工必須保持平行同步，固定處必須按照設計節點要求進行。屋蓋板的固定方式見圖3。

圖3 屋蓋板安裝節點圖

（4）角鋼和螺釘防護：63#角鋼固定在天溝梁的預埋鐵件上，通過角鋼釘將拱形波紋鋼屋蓋與下部結構相連，波紋鋼屋蓋與角鋼采用自固螺釘固定。螺釘和角鋼的連接節點直接暴露在外部環境極易受到腐蝕，是保證屋蓋與下部結構整體協同工作的關鍵，是施工質量控制的重點，必須做好防腐處理。

2.7 陽光板安裝

陽光板安裝在預留空位的中間部位，設置整體采光帶，其寬度可根據需要自行選擇，沿跨度方向采光帶兩側的拱形屋面板用連接件加固使之連接成整體，固定方式與整板相同，根據現場實際預留空位確定尺寸大小。采光板安裝完畢后，連接處用密封膠封閉，并作適當加固。

陽光板安裝方法透光率高，并有一定的強度和剛度，有較大的跨越能力，耐久性較好，既不損傷結構，又具有較好的采光性能，非常適于中大跨度的金屬拱形波紋屋面結構，也便于維修和更換。

2.8 封堵及防水處理

屋蓋板安裝后，采用黏土磚砌60mm厚墻體對安裝留下的洞口進行封堵，內外兩面粉刷。同時，需進行防水處理，防水采用抗拉伸性能較強的卷材防水材料，重點處理自固螺栓安裝的部位，防止接口部位銹蝕，從而影響使用壽命，防水處理示意見圖4。

圖4 防水處理示意圖

2.9 拉桿安裝

拉桿安裝節點示意如圖5所示，拉桿：Ф10鍍鋅鋼絞線，花籃螺栓：M20×150。

圖5 拉桿安裝節點示意圖

3 質量控制

（1）施工前應對鋼材等原材料進行檢測，質量符合國家標準規定[4]。鋼板在搬運時，不能拖行，應抬運，以保證鋼板不變形。

（2）現場切割鋼板，鋼板正面朝下，為了防止鋼板銹蝕，必須清掃干凈鋼板上殘余鐵屑。

（3）施工過程中應對聯結件的數量、間距、防水密封材料敷設、涂膜鍍膜等進行全過程檢查。每安裝5～6塊鋼板，應檢查兩端的平整度，及時調整。

（4）在天溝及下端處，需將鋼板下彎約15°，形成滴水線；在屋脊處，上彎約45°，形成擋水板。

（5）應對支承點和節點連接件數量及緊固情況進行檢查，同時檢測屋面漏水情況。在屋面鋼板上行走時，應踩在鋼板的凹槽部位。

4 結語

大跨度拱形波紋鋼屋蓋施工是一種較為實用的施工技術。本文結合具體施工項目，介紹大跨度和拱形波紋鋼屋蓋以及兩者結合在施工中的一些要點和難點。研究新型鋼屋蓋有效的施工工藝對提升工程的質量和施工效率有著非常重要的實際意義，具有較高的應用推廣價值，可供類似工程參考。