安陽曹操高陵保護工程大跨金屬屋面施工技術

樊超，田大鵬，賈振林，田文靜，孟凡磊，趙曉雷

（1.河南天豐鋼結構建設有限公司，鄭州 450000；2.曹操高陵管委會，河南 安陽 455000；3.清華大學建筑設計研究院有限公司，北京 100084）

1 工程概況

安陽曹操高陵本體保護與展示工程B 區遺址保護棚采用周邊混凝土柱（2 m×2 m）+119 m 大跨度鋼屋蓋結構體系。鋼屋蓋為四坡頂形式，鋼屋蓋主體為雙向正交正放H 型鋼桁架，上鋪金屬屋面，結構平面尺寸長160.0 m，寬140.0 m，桁架下弦高度為17.4 m，桁架屋脊高度為25.4 m，建成效果如圖1 所示。

圖1 曹操高陵項目實景圖

2 金屬屋面連接件焊接方案

現場主體鋼結構狀態如圖2 所示。

圖2 曹操高陵主體鋼結構

金屬屋面開始施工時，主體結構鋼桁架已處于受力狀態。在已經受力的鋼結構上再焊接連接件對結構受力影響非常大，選用合適的焊接順序和焊接工藝非常重要，為減小焊接對結構的影響，根據清華大學研究的本工程的焊接實驗結果采用如下焊接順序。

1）上弦桿連接件焊接方案：在桁架結構上弦表面，由于構件均處于受壓狀態，焊接區域劃分和焊接順序可以依據有利于推進施工進度由施工單位自行確定。建議按圖3 所示區域劃分和焊接推進順序進行。

圖3 桁架上弦連接件焊接區域劃分及焊接推進順序

2）下弦桿連接件焊接方案：在桁架結構下弦表面，構件均處于受拉狀態，焊接區域和焊接順序可以依據圖4 展開，且滿足下弦表面任意相鄰結點之間的下弦桿同一時間只能在一處位置進行焊接且只能有一把焊槍進行焊接作業。此外，下弦桿焊接還應遵循棋盤式網格劃分方案（見圖5），即將所有陰影部分網格的上下左右4 條邊歸為4 類，用4 種顏色標明。在焊接時，可以允許先焊接所有某一種顏色的線對應的下弦桿，全部完成后再焊接另外一種顏色的線對應的下弦桿，以此類推直到4 種顏色的線對應的下弦桿全部完成焊接。

圖4 桁架下弦連接件焊接區域劃分及焊接推進順序

圖5 下弦和腹桿連接件焊接棋盤式焊接方案示意圖

3）腹桿連接件焊接方案：桁架結構所有腹桿的連接件焊接方案也應遵循棋盤式網格劃分方案（見圖5），即將所有陰影部分網格的上下左右4 條邊歸為4 類，用4 種顏色標明。在焊接時，可以允許先焊接所有某一種顏色的線對應的腹桿連接件，全部完成后再焊接另外一種顏色的線對應的腹桿連接件，以此類推直到4 種顏色的線對應的腹桿連接件全部完成焊接。此外，同一邊線上，下弦桿連接件全部焊接完畢之后才能焊接腹桿的連接件。

3 金屬屋面施工方案及技術措施

大跨金屬屋面的施工順序為：放線定位→主檁托板施工→主檁條施工→次檁托板施工→次檁條施工→天溝檐口→鋁合金T 形固定座安裝→玻璃棉保溫層安裝→鋁鎂錳合金屋面板→泛水及屋面板收邊施工→屋面天窗施工→交工驗收。

金屬屋面施工技術措施包含如下幾個方面。

1）放線定位

在屋面上建立測量基準點。用經緯儀得出各控制節點現狀尺寸，找出檁條調節的重點位置并確定檁托最大調節高度。

2）各部件安裝

主檁托板的高度根據屋面現場放線定位時得到的測量數據確定，保證屋面檁條有足夠的調節空間。主檁托板與主體桁架采用焊接連接，焊接前對焊接部位進行打磨達到St3 級，同時焊接過程中保護防銹漆不被破壞。

主檁條與檁托連接也采用焊接，在焊接前應檢查檁條頂面是否與已安裝的相鄰檁條頂面平齊，如不平齊應做調整，相鄰檁條頂面標高誤差控制在3 mm 內。天溝部位的檁條截面和放置方向應注意核對，檁條安裝后及時安裝拉桿和檁條支撐，使之形成穩定的檁條結構體系[1]。

次檁條和主檁條連接后，主次檁條上表面要基本齊平。用經緯儀將軸線引測到檁條上，作為鋁合金T 形固定座安裝的縱向控制線。鋁合金固定座沿板長方向的位置要保證在檁條頂面中心，鋁合金固定座的數量根據圖紙設計要求確定。鋁合金固定座用自攻螺釘與檁條連接，安裝鋁合金固定座時，其下面的隔熱墊要同時安裝就位。鋁合金固定座安裝精度用拉通長線的方法進行檢查，如有偏差要及時糾偏改正。

保溫層采用在板底平鋪的超細離心玻璃棉進行施工，遇到T 形鋁合金固定座時在保溫棉上切割縫隙并穿過固定座。保溫層施工必須在晴朗天氣，陰雨天暫停施工。同時，屋面面板鋪設需與保溫層鋪設同步進行。

安裝屋面金屬板時分6 組，每組派專人安裝定位點，先將板移到安裝位置，對準板端控制線，然后將搭接邊（大肋）用力壓入前一塊板的搭接邊（小肋）并用一顆防水鉚釘固定住一端，保證屋面板在熱脹冷縮時向天溝方向滑動。鉚釘總長11～12 mm，鉚釘頭被下一片板所遮蓋。面板位置調整就位后，安裝端部面板下的泡沫塑料封條，然后進行鎖邊。

天溝兩側的泛水為底泛水，必須在屋面板安裝前安裝。屋面四周的收邊及屋脊泛水均為面泛水，其施工方法與底泛水基本相同。

天溝每面設4 道伸縮縫，焊接時，在天溝的底部焊接一條褶皺，使天溝依靠褶皺擁有一段伸縮變形空間。安裝好一段天溝后，先要在設計的落水孔位置中部鉆幾個小孔，避免溝內存水，對施工造成不利影響。

3）打膠要求

打膠前要清理接口處的灰塵、污物及水分，并將膠帶貼在打膠區域兩側適當位置上，對于夾角部位，在膠打完后用直徑合適的圓頭物體刮膠一遍，使膠變得均勻、密實、美觀。

4）金屬板焊接要求

屋面板焊接前，先將咬完邊的板肋切成45°斜角，然后用大力鉗將其夾扁，使其緊密咬合。天溝對接焊接前需將切割口打磨干掙，焊接間隙不超過1 mm，并點焊固定，確認滿足要求后再焊接。焊條型號根據母材確定，直徑為2.5 mm。

5）屋面天窗、洞口處理

屋面安裝有采光天窗，對天窗的收邊進行重點處理，采用焊接的方法將泛水板牢固固定。

6）鋁鎂錳板制作安裝

鋁鎂錳板卷材運輸到現場后，要進行入場檢驗，側邊不能有剮蹭、凹陷等缺陷。經檢驗合格后，放至料區，并用防水布蓋好。由于本工程跨度較大，給鋁鎂錳板的制作安裝帶來巨大挑戰，為盡量減小鋁鎂錳板長度過長的影響，將鋁鎂錳板制壓機設置至屋面，壓制完成的鋁鎂錳板直接在屋面進行定位安裝。在安裝過程中，鋁鎂錳板不得壓褶、彎曲。發現裂紋或者撕裂的情況要重新制作。

屋面材料可靠的防腐蝕性能是保證金屬屋面不滲漏的關鍵因素，同時也是影響屋面美觀和耐久性的重要因素。鑒于本項目的重要性，本工程鋁合金屋面采用國際知名企業生產的鋁鎂錳合金卷材及國內知名企業生產的鋁單板，以確保屋面板的抗腐蝕性能，并從產品質量和供貨周期上保障工程的順利實施。

本工程下層金屬屋面選用屋頂系統材料A3004 牌號鋁鎂錳合金卷材制作屋面板，面板涂層采用氟碳樹脂烤漆涂層，氟碳噴涂厚度大于35 μm，氟碳樹脂含量大于70%。該產品質量輕、強度高、耐腐蝕性好，因此能適應各種大氣環境。經權威機構認證，采用A3004 鋁鎂錳合金制作的屋面板在正常環境下的使用壽命大于50 年。

本工程金屬屋面板采用特殊的隔水方式，對安裝有著特別的要求，保證整塊的板材運輸至指定的安裝位置顯得尤為關鍵，也是保證隔水效果的重要要求。所以坡面的板材為整片覆蓋，最長達到70 m。為了能夠安全將70 m 長板材吊裝到位采用副架進行輔助吊裝。

7）安裝精度控制

金屬屋面橫向尺寸為160 m，寬度為140 m，高程至25.935 m。階梯水平標高控制困難，為達到外觀要求，從屋脊至外檐處設置4 200 多個水平標高控制點，通過焊接件進行上下調差達到安裝精度控制要求。

8）溫度變形

金屬屋面橫向長為160 m，橫向伸縮控制困難，金屬屋面受溫度影響較大，氣溫最高和最低相差50～60 ℃。為控制溫度變形，屋脊至外檐采用多段式伸縮縫，單坡伸縮縫超過80 道，環形伸縮縫超過50 道，以保證屋面伸縮余量。

4 結語

1）介紹了安陽曹操高陵本體保護與展示工程B 區遺址保護棚金屬屋面連接件的焊接順序。

2）介紹了安陽曹操高陵本體保護與展示工程B 區遺址保護棚金屬屋面施工方案，考慮了完善的施工順序和技術措施，保證了安裝精度和安裝質量。