大跨度桁架鋼結構金屬屋面施工技術

劉 剛，翁邦正，陳 博，龐 拓，李 洪，朱鵬舉

（中國建筑第二工程局有限公司 西南分公司，重慶 400023）

鋼結構金屬屋面普遍用于體育場館、室內樂園、機場航站樓、博覽場館等大型基礎設施建設領域。由于大量游樂設備布置和游客群體活動場地的需要，室內游樂園往往需要大型無柱開敞空間，大跨鋼結構金屬屋面則是設計和施工的重點，大跨屋面鋼結構承重體系常落在主體框架上，而室內樂園大量的主題包裝則集中在四周墻體。此外，大跨屋面還需要解決好排水、積雪清除、屋面清潔、設置開啟扇等問題，而鋼結構金屬屋面在防水、防滲、抗風、排水、保溫、隔聲方面有著明顯的優勢，且鋼結構金屬屋面在實施和使用過程中能承受風壓、雪壓等外部環境因素影響，屋面可承受設計范圍內的恒荷載或風荷載，便于屋面灰塵清洗及積雪鏟除等人工作業活動。同時，室內樂園需考慮均勻采光采熱的需要，鋼結構金屬屋面進行設計優化，布置合理的采光窗，便可滿足室內采光采熱的需求。

1 工程概況

昆明萬達文旅城項目海洋樂園總建筑面積4.2 萬m2，其中地上建筑面積3.4 萬m2，地下建筑面積0.8 萬m2，海洋樂園采用現澆鋼筋混凝土框架結構，屋頂為鋼桁架金屬屋面，設計使用年限為50年，抗震設防烈度為8 度。

樂園金屬屋面由屋面板、隔聲層、防水透氣層、保溫層、隔汽層、鐵絲網、中層板、支撐次檁條、支撐主檁條、吊頂支撐龍骨、吸音層和底板組成。

天溝采用2.0mm 厚不銹鋼（316） 制作，在對接處采用氬弧焊焊接。天溝龍骨采用50×50×4mm 方鋼管、100×50×4mm 矩形管、50×50×4mm 等邊角鋼，材質為Q235B。天溝保溫采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃絲布。底板材質Q235B，雙面鍍鋁鋅層厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。附屬材料有不銹鋼焊絲、E43 結構焊條、5mm×16mm 鋁拉鉚釘、5.5mm×25mm 碳鋼自攻釘等。

設計依據GB 50057-2010《建筑物防雷設計規范》，金屬屋面的建筑物宜將其金屬屋面板直接作為接閃器，再利用鍍鋅鋼帶將鋁合金支架和屋面的檁條系統聯通。

2 屋面系統安裝施工

2.1 金屬屋面抗風系統

金屬屋面抗風夾具縱橫向剖面如圖1 所示。

1）沿屋面四周布置抗風夾，作為補強加固措施，距屋面外廓線6m 范圍內布置。

2）抗風夾具沿屋面縱向間距1 500mm 布置，沿屋面橫向400mm 布置。

3）抗風夾具長度100mm，每件配2 顆M8×30 不銹鋼螺栓。

圖1 金屬屋面抗風夾具縱橫向剖面圖

2.2 金屬屋面避雷系統

根據《建筑物防雷設計規范》中的規定，金屬屋面板下無易燃物，且面板厚度不小于0.5mm時，其屋面板可作為接閃器，屋面避雷引下點以10m×10m或8m×12m間距分布于整個屋面（圖2）。

圖2 金屬屋面避雷節點詳圖

鋼結構金屬屋面板（0.9mm 厚的錳鎂合金板）需外包鋁合金支座（鋁支架），鋁合金支座與金屬屋面的次檁條相連接，但鋁合金支座與金屬屋面次檁條支架需安置隔熱墊。40×4.0mm 扁鋼帶作為引下線，每個扁鋼與鋁合金支座通過2 個不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 連接，每個扁鋼另一端與金屬屋面次檁條通過2 個不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 連接。每個鋁合金支座隔熱墊通過4 顆不銹鋼自攻螺釘5.5×32mmm 與金屬屋面次檁條連接。從而形成聯通的系統。

2.3 金屬屋面排水系統

金屬屋面通過屋脊縱向找坡，將屋面雨水排至屋面橫向天溝處，再通過天溝虹吸雨排地漏排至建筑污水系統。金屬屋面排水縱坡坡度設計為5%。金屬屋面采光窗周圈、山墻、屋面均設計天溝，且天溝底部、側壁保溫采用50mm 厚玻璃棉，玻璃棉六面包憎水玻璃絲布，保證金屬屋面整體保溫性和隔音性。山墻天溝尺寸（寬×高）為：300×200mm，采光窗周圈天溝尺寸（寬×高）為：400×225mm，屋面主天溝尺寸（寬×高）為：600×350mm，屋面斜天溝尺寸（寬×高）為：600×225mm。

天溝左右兩側需設置泛水板，泛水板材質同金屬屋面板，從金屬屋面“防水透氣膜”結構層各邊伸入天溝150mm 寬；并在泛水板端頭檐口設置泡沫堵頭帶滴水片。在天溝底部同主龍骨垂直方向設置L50×50×4mm 的鍍鋅等邊角鋼，間距@1000mm，作為支撐龍骨架。

天溝龍骨、天溝板、天溝底板、支撐龍骨架材質均為Q235B 級，且均需進行鍍鋅處理，鍍鋅層厚度不小于65μm，防止銹蝕。

2.4 金屬屋面結構層主檁條安裝

如圖3 所示，金屬屋面結構層做法由下至上做法依次為：底板→吸引層→吊頂支撐龍骨→支撐主檁條→支撐次檁條→中層板→鋼絲網→隔汽層→保溫層→防水透氣層→隔聲層→屋面板。

如圖4、圖5 所示，在原主體鋼結構桁架桿（圓管或矩管）上安裝金屬屋面結構層，金屬屋面主檁條與主體鋼結構連接，采用C20 槽鋼與C10 槽鋼。C20 槽鋼與主體鋼結構（圓管或矩管）焊接，C20 槽鋼長度設置為200mm 長，C20槽鋼中心線與主體鋼結構（圓管或矩管）中心線位于同一垂直面上。再在C20 槽鋼上表面側邊焊接C10 槽鋼，C10 槽鋼側立高度180mm，再安裝金屬屋面主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管），主檁條一側與事先側立焊接好的C10 槽鋼焊接，但屋面金屬主檁條底面距離C20 槽鋼頂面距離保證為60mmm；最后在金屬屋面主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管）側邊焊接C10槽鋼，C10 槽鋼側立高度為180mm。金屬屋面支撐主檁條（180×100×5.0mm 熱鍍鋅矩管）頂面較側立C10 槽鋼頂面高出60mm（即側立的C10槽鋼與支撐主檁條焊接長度為120mm）。支撐主檁條間距為1750mm ≤@≤2050mm。

圖3 大跨度鋼結構金屬屋面標準斷面圖

圖4 主檁條固定方式剖面圖和軸測圖（圓管）

圖5 主檁條固定方式剖面圖和軸測圖（矩管）

金屬屋面支撐次檁條焊接于支撐主檁條之上，支撐次檁條尺寸規格為40×80×4.0mm，支撐次檁條設置間距為@1000mm，支撐次檁條安裝方向與支撐主檁條安裝方向交叉垂直。支撐次檁條頂面標高同支撐主檁條頂面（支撐次檁條矩管高度為40mm 高，事先預留好的C10 側立槽鋼頂與支撐主檁條頂高度差為60mm，滿足次檁條矩管焊接安裝）。同時，在支撐次檁條垂直方向焊接安裝L40×40×4.0mm 鍍鋅等邊角鋼用于支撐吊頂龍骨，等邊角鋼與支撐次檁條安裝方向垂直，與支撐主檁條安裝方向平行，等邊角鋼間距為@1000mm，作為支撐次檁條的加固龍骨（吊頂支撐龍骨）。等邊角鋼L 為40mm 高同支撐次檁條矩管高度40mm，保證次檁條底部平整無凸出、美觀可靠。

C20 槽鋼和C10 槽鋼均為熱軋普通槽鋼，C20 槽鋼與C10 槽鋼組合焊接體作為支撐主檁條的安裝支座，此種方式牢固可靠。

金屬屋面主次檁條焊接安裝完成后，在次檁條表面依次施工中層板、熱鍍鋅鐵絲網層、隔汽層、80mm 厚巖棉保溫層、防水透氣層、2.0mm厚隔聲氈隔聲層、0.9mm 厚氟碳涂層錳鎂合金板屋面板層。錳鎂合金板安裝坡度同屋面排水找坡坡度5%。

2.5 金屬屋面采光窗布置

本工程鋼結構金屬屋面面積約4 080m2，采光窗面積約975m2，占比：23.8%，可滿足室內采光采熱需求。

3 屋面板加工與安裝要求

3.1 錳鎂合金屋面板

錳鎂合金直立鎖邊板所采用的材料、品種、規格、性能等應符合現行國家產品標準和設計要求；壓型金屬板成型后，其基板不應有裂紋，不應有明顯凹凸和褶皺；有涂層或鍍層不應有肉眼可見的裂紋、剝落和擦痕等缺陷。

錳鎂合金板伸入檐溝的長度不得小于150mm。錳鎂合金板卷材表面應涂刷氟碳涂層，涂層厚度應符合設計要求（本工程氟碳涂層厚度為40μm）。檢查數量：按工程實際總數量5%抽查，且不少于10 件。材料尺寸允許偏差如表1、表2 所示。

表1 錳鎂合金屋面板尺寸允許偏差

表2 錳鎂合金直立鎖邊板尺寸允許偏差

3.2 壓型彩鋼板（底板）

本工程選用0.6mm 厚的YX-28-205-802鍍鋁鋅穿孔壓型彩鋼板，材質Q235B，孔徑大于5mm，穿孔率大于20%，雙面鍍鋁鋅層厚度不小于100g/m2，正面烤漆PE20μm，反面烤漆PE10μm。

壓型金屬板長度的容許偏差不應大于7mm，橫向剪切的偏差不應大于5mm。卷板尺寸容許偏差如表3 所示。

表3 加工壓型金屬板的卷板尺寸容許偏差

4 結語

1）鋼結構金屬屋面具有防水、保溫、隔聲、抗風、防墜、防雷、排水、采光、采熱等一體化施工優勢，在鋼結構金屬屋面設計、施工時，需對排水、保溫、防滲、采光、防雷、隔聲等做法進行系統化綜合設計、施工，同時，可綜合考慮屋面大跨度鋼結構的坡度和構件的跨度與金屬屋面的深化設計相匹配，在一定程度上可節約金屬屋面的鋼材用量及便于金屬屋面的安裝施工。

2）用于固定金屬屋面主次檁條的熱軋普通槽鋼（C20、C10），尤其固定主檁條的C10 槽鋼，應根據屋面排水坡度要求，進行深化設計，避免材料切割浪費。

3）屋面天溝在做布局設計時，盡量布置在主鋼結構（主檁條）之間，便于天溝主龍骨安裝。材料節約及保證天溝結構穩定性。

4）屋面天溝底部需做封板處理，材質同金屬屋面底板，保證屋面系統的保溫性、防水透氣性。并在天溝縱向兩側布置抗風夾具支座，防止屋面風壓引起金屬屋面與天溝交接處結構松動。

5）在屋面天溝底部中間位置設立通長的L50×50×4mm 的鍍鋅等邊角鋼，作為天溝補強措施，并在天溝溝槽側壁端頭布置通長的50×50×4mm 方管作為壓頂收頭處理。

6）金屬屋面的吸音層為50mm 厚的玻璃巖棉，與屋面天溝保溫層50mm 玻璃巖棉材料一致，可進行共用，此種設計具有節約材料優點。

7）在斜天溝、山墻天溝屋脊位置采用L50×50×4mm@2000mm 角鋼折件對天溝主龍骨進行固定，防止天溝坡度因素下滑。4mm 不銹鋼折件在天溝兩端1/3 跨處對稱布置（即每根天溝主龍骨布置4 個不銹鋼折件），不銹鋼折件與天溝主龍骨、天溝底板進行滿焊。