洛陽奧體異形曲面屋面鋁單板裝飾層施工工藝

母鑒楠，張 鋒

(中冶(上海)鋼結構科技有限公司,上海 201900)

1 工程概況

洛陽奧林匹克體育中心項目總建筑面積18.28萬m2。包含6萬固定座體育場、2 000座游泳館和室內田徑館。其中體育場和游泳館屋面連接形成一個整體，屋面整體為異形雙曲造型，屋面工程采用雙層防水層加開縫鋁單板裝飾層的設計，其中裝飾層為開縫鋁單板，上層防水層為鋁鎂錳屋面板，下層防水層為TPO防水卷材層。屋面主要分為鋁鎂錳+鋁單板裝飾層系統、不銹鋼天溝系統、采光天窗系統等，屋面面積約為7.4萬m2(其中體育場4.5萬m2，游泳館2萬m2，田徑館0.9萬m2)，見圖1，圖2。

2 深化設計

本工程鋁單板裝飾層，覆蓋整個屋面，使用轉換在鋁鎂錳屋面上部架起鋁單板龍骨，在龍骨上部安裝鋁單板。鋁單板采用2.5 mm厚高強度鋁單板，表面氟碳噴涂處理。鋁單板分隔在原建筑模型基礎上進行調整，便于材料下料加工和現場安裝。

2.1 鋁單板分隔劃分

鋁單板分隔劃分原則：

1)鋁單板分隔短邊尺寸小于1 500 mm，避免超寬鋁單板。

2)體育場以每個軸線為一個單元進行劃分，單元內環向分隔線和縱向分隔線進行均分；游泳館屋面以天窗作為分隔，劃分為三個屋面單元，在每個屋面單元范圍內，單元內環向分隔線和縱向分隔線進行均分(見圖3)。

3)對于鋁單板短邊小于200 mm的板子2張～4張合并為1張進行加工，板縫位置做成下沉縫與分隔線相對應，保證觀感。

4)環向分隔線由于是弧形線，鋁單板環向兩條邊為弧線，采用以直代曲的方式進行加工。

5)屋脊位置、天窗位置鋁單板為考慮防水效果，減少環向分縫，保留縱向分縫，做成異形單板(見圖4)。

2.2 鋁單板構造

本工程使用2.5 mm厚高強度鋁單板，表面氟碳噴涂處理。根據鋁單板深化模型體育場和游泳館分別挑選出最大的分隔板塊，進行鋁單板的加筋肋、角碼的截面尺寸、材質和布置間距的設計計算(見圖5)。加筋肋的布置確保鋁單板在運輸和安裝過程中板面不變形、不下撓，確保板面的觀感質量，角碼的布置確保鋁單板與龍骨有有效的應力連接(見圖6)，保證鋁單板的安全。

2.3 鋁單板龍骨布置

鋁單板龍骨為鋁方管，沿鋁單板縱向和環向分隔布置，首先確定鋁單板龍骨通長布置方向。鋁單板龍骨使用轉接件固定在鋁鎂錳板的板肋位置，由于鋁單板的縱向龍骨與鋁鎂錳板的板肋不共線，若沿縱向通長布置鋁單板龍骨，轉接件無法固定在鋁鎂錳板板肋上，所以鋁單板龍骨沿環向通長布置(見圖7)。

2.4 鋁單板龍骨的構造

本工程使用□60 mm×40 mm×2 mm×3 mm鋁方管，表面陽極氧化處理。根據鋁單板龍骨深化模型，體育場和游泳館分別挑選風荷載最大的區域，進行鋁單板龍骨的強度、撓度驗算、主次龍骨的連接件、緊固件計算。鋁單板、龍骨連接示意圖如圖8所示。

2.5 轉接件布置

轉接件為鋁合金材質，分為上下兩個部分，下部為鋁合金夾具，固定在鋁鎂錳屋面板板肋上部，為鋁單板龍骨固定提供支撐點，同時提高屋面的抗風效果。上部為鋁合金夾片，固定鋁單板環向龍骨，調整鋁單板龍骨完成面的安裝誤差。轉接件環向間距通過計算確定，體育場環向間距不大于1 600 mm，縱向間距為鋁單板的環向龍骨之間間距。轉接件固定在屋面板板肋位置，屋面板版型S65/400版型，板肋間距為400 mm，為保證每張屋面板上部均有一定數量的轉接件，故轉接件錯位布置(見圖9)，同時能提高屋面的抗風效果。

2.6 轉接件樣式

本工程使用的連接件材質為6063-T5，表面陽極氧化處理。夾片和夾具采用螺栓固定，大部分位置夾片和下部夾具存在夾角，夾具和夾片采用可以轉動的連接樣式，依靠接觸面的摩擦力進行穩固，通過螺栓進行固定。鋁單板龍骨和夾片通過墊片與夾片間的刻槽進行固定，防止龍骨上下晃動(見圖10～圖12)。

根據轉接件的連接形式，體育場和游泳館分別挑選風荷載最大的區域，進行轉接件的連接強度、緊固件規格進行計算。

3 鋁單板裝飾層的施工工藝

3.1 鋁單板的加工與運輸

3.1.1 鋁單板的加工

本工程體育場和游泳館屋面鋁單板面積約為6.5萬m2，鋁單板加工數量約為4.7萬張，其中平板數量約為4.2萬張，異形板約為0.5萬張。每一張鋁單板的加工尺寸均不相同，常規的做法，鋁單板出具加工圖工作量大，加工速度慢，不能滿足現場進度要求[1]。

體育場屋面鋁單板每個軸線劃分為兩個加工單元，內場、外場各一個加工單元，游泳館3個屋面，每個屋面區域縱向30列鋁單板為一個加工單元。預留與天窗、檐口、交接位置的鋁單板，作為調節板，同時每三個加工單元相鄰的位置預留調節板，其余位置鋁單板按照加工單元進行編號，根據模型加工尺寸進行下料。調整板重新建模，與原有加工尺寸進行對比，檢查是否存在重大偏差，根據重新調整后的模型進行加工。

3.1.2 鋁單板的運輸

編制鋁單板的加工進場計劃，鋁單板按照加工單元逐批進場，鋁單板采用吊車吊裝至屋面上部后進行臨時堆放，后續轉運至工作面進行安裝。

吊運過程中因鋁單板輕質的特點容易變形及兜風，對此在吊運過程中需采用定制的貨架進行吊運，吊運鋼絲繩直接固定在貨架上，避免鋼絲繩直接與板接觸造成變形和損壞。吊運至屋面堆放的材料為了避免風的影響造成材料傾覆，需對已經吊運至屋面的材料進行固定。

鋁單板為平板和異形板，運輸和倒運過程中，注意成品保護，盡量采用立面或斜面堆放和搬運形式，防止堆積在一起，引起板面變形。

3.2 鋁單板龍骨加工與安裝

3.2.1 鋁單板龍骨的加工

本工程鋁單板龍骨采用□60 mm×40 mm×2 mm×3 mm鋁方通，屋面環向龍骨為弧形，需要彎弧處理。建立鋁單板龍骨模型，導出鋁單板的加工長度和彎弧半徑，對彎弧半徑進行歸類，保證鋁單板角碼都能落在鋁單板龍骨上部，減少彎弧半徑種類，便于加工。鋁單板次龍骨根據加工長度進行下料，在地面安裝好主次龍骨連接的角碼。鋁單板環向龍骨根據加工半徑進行編號，次龍骨根據安裝位置和長度進行編號，便于安裝過程中找料。

3.2.2 鋁單板龍骨的安裝

以體育場鋁單板龍骨安裝為例，體育場每個安裝單元內部劃分為幾個小的安裝塊，減少龍骨安裝的累計誤差，龍骨的安裝誤差在一個單元塊內進行調整和消耗。通過全站儀，在屋面上放出分隔塊的控制點位，再進行四個邊和對角線的測量，確保單元塊的準確性。再在每個單元塊內進行其余鋁單板龍骨的補檔安裝。

3.3 鋁單板安裝

鋁單板通過角碼安裝在鋁單板龍骨上部，鋁單板之間預留30 mm板縫，便于雨水順著板縫進入到鋁鎂錳板上部，進行排水。鋁單板縱向通長拉設鋼絲線進行安裝，確保鋁單板安裝完成面，板縫對齊。相鄰鋁單板的高差通過在鋁單板角碼底部安裝橡膠墊片進行調整，確保相鄰板面無錯臺，保證觀感質量。

3.3.1 鋁單板在天溝位置的做法

天溝上部鋁單板需要伸入到天溝內側，防止雨水滲入到天溝板與天溝龍骨之間，發生滲漏現象，同時天溝上部鋁單板板縫進行打膠密封處理，板縫寬度為16 mm便于填充泡沫棒和打膠密封。

由于屋面鋁單板和檐口、幕墻鋁單板分屬于不同的受力系統，屋面鋁單板不能安裝在檐口幕墻鋁單板龍骨上部，需要沿著天溝環向位置單獨安裝環向龍骨用于屋面鋁單板的安裝[2](見圖13)。

3.3.2 鋁單板在天窗位置的做法

天窗位于內場屋面，下部與內場屋面鋁單板相接，上部與外場屋面鋁單板相接，單個天窗長度215 m，天窗環向覆蓋范圍較大，是整個屋面的防水薄弱點，是本工程防水的關鍵。

天窗下部，雨水沿著天窗表面流到鋁單板表面進行排水，鋁單板與天窗交接位置，天窗完成面高于鋁單板完成面，防止在接縫位置積水。天窗鋁單板與屋面鋁單板交接位置，鋁鎂錳板伸入到天窗鋁單板下部，同時在天窗鋁單板下部安裝泛水收邊，連接到鋁鎂錳板收邊位置，防止雨水順著鋁單板接縫位置進入到屋面內部。鋁鎂錳板下部的TPO卷材伸入到天窗玻璃下部，板縫發生滲漏的情況，雨水順著防水卷材流走，避免發生滲漏。

天窗上部，鋁單板與天窗接縫位置，鋁單板壓在天窗上部，同時鋁單板下部鋪設一道防水卷材壓在天窗上部，防止接縫位置發生滲漏(見圖14)。

天窗兩側沒有玻璃的位置，天窗鋁單板做成一張整板，防止上下口斷開位置發生滲漏。下部TPO卷材和內外場鋁鎂錳板下部卷材焊接成一個整體(見圖15)。

天窗鋁單板板縫打膠處理，角碼穿透TPO位置，在角碼底部粘貼丁基膠帶進行防水密封處理，固定用自攻釘采用防水不銹鋼釘。

3.3.3 鋁單板在屋脊位置的做法

鋁鎂錳板在屋脊位置斷開，容易發生滲流，鋁鎂錳板按照屋脊做法，安裝屋脊蓋板和收邊防水堵頭。將屋脊兩側的鋁單板做成一張整板，跨越屋脊，避免在屋脊位置形成環向通縫，屋脊鋁單板接縫位置打膠密封處理(見圖16)。同時屋脊鋁單板兩側超出鋁鎂錳屋脊蓋板兩側，避免雨水順著環向板縫滲入屋面，發生滲漏現象。

3.3.4 鋁單板在角部位置的做法

角部位置，鋁單板按照原有的分隔方式，板寬比較小，最小寬度在50 mm左右，加工和安裝均不方便。將2張～4張寬度 比較小的鋁單板做成一張整板，在原有分隔位置做下沉板縫設計，保證原有的分隔造型的同時，便于加工與安裝(見圖17)。

3.3.5 鋁單板在變形縫位置的做法

本工程體育場和游泳館之間存在一條環向的變形縫，如何避免變形縫兩側的屋面鋁單板出現變形和破壞，是鋁單板施工過程中的重難點。

體育場和游泳館之間預留200 mm寬變形縫，變形縫兩側結構從上到下全部斷開，在變形縫位置增加變形縫伸縮板，上部鋪設TPO防水卷材，防水卷材預留伸縮量，與兩側TPO卷材焊接形成整體。在兩側鋁單板上部安裝變形縫鋁單板蓋板，與游泳館一側連接固定，與體育場一側搭接寬度不小于200 mm，高差不小于100 mm，保證變形縫蓋板在溫度變化下能正常地伸縮和沉降(見圖18)。

3.4 鋁單板的施工流程

施工流程：鋁鎂錳板完成面弧度及標高復測→鋁合金轉接件放線→轉接件坐標測量→高差調節→安裝龍骨→首塊板安裝→復核數據、調整誤差→固定→安裝后續鋁單板→安裝塊內誤差調整→撕膜、板面清洗。

3.4.1 測量放線

利用全站儀在屋面放出每個安裝單元的邊部控制線，根據邊部控制線進行安裝單元塊控制點位的測量放線。首先應測量出各位置的結構偏差，得出數據。然后根據偏差重新調整，使轉接件完成面滿足屋面弧度及標高要求。

根據測量數據，在屋面板板肋上安裝鋁合金轉接件，保證連接件的安裝精度。如標高與設計標高有差異，利用連接件長圓孔進行調節。隨后進行單元塊內的環向和縱向龍骨的測量放線。

3.4.2 鋁合金轉接件的安裝

鋁合金轉接件安裝于鋁鎂錳板的板肋上。轉接件下部夾具通過不銹鋼螺栓緊固與鋁鎂錳板形成可靠連接。

根據轉接件布置圖，在屋面上放出轉接件的位置，進行夾具的安裝，安裝過程中必須邊安裝邊進行位置及三維坐標的校核工作，保證下一步鋁合金龍骨安裝的位置準確。

3.4.3 鋁合金骨架安裝

鋁合金龍骨環向通長布置，縱向進行補檔安裝；環向骨通過轉接件進行固定，縱向龍骨通過角碼與環向龍骨固定。環向龍骨使用插芯進行接長。

根據鋁單板龍骨布置圖進行環向龍骨安裝工作，在環向龍骨表面標記出縱向鋁龍骨的位置，進行縱向龍骨安裝。

3.4.4 鋁單板的安裝

在已安裝好的龍骨上劃出中心線，根據鋁單板布置圖，進行鋁單板的安裝。安裝鋁單板要拉橫向、豎向控制線，角碼位置需進行調整墊平。安裝過程中，角碼通過自攻釘進行緊固，不得出現少裝、漏裝現象，安裝過程中，不但要考慮相鄰板面的平整度，還要考慮板縫的寬度、順直情況等，安裝偏差控制在有效誤差范圍內。

鋁單板安裝前應認真檢查其編號、數量、分清安裝方向、安裝位置。鋁單板在搬運、吊裝過程中，應豎直或者傾斜搬運，不宜水平抬運。

1)平板鋁單板安裝方法。

根據鋁單板劃分的安裝單元和安裝塊，進行鋁單板的安裝工作，每個安裝塊內進行安裝誤差的控制，避免累積誤差到下一個安裝塊內。等相鄰兩個安裝區域鋁單板安裝完成后進行調整板位置安裝。

2)異形板鋁單板安裝方法。

由于是異形板在加工運輸搬運過程中，很難控制板面的變形及弧度，因此在施工過程中，用全站儀進行每塊板的三維坐標放樣，并且在裝飾骨架上面做好標記，在安裝過程中要求每塊板的多個角點與三維坐標放樣點重合，保證每塊板必須與模型中的三維坐標點一致，來保證整個屋面的造型。

鋁單板安裝完成后先進行自檢，檢查板面平整度、板縫寬度、相鄰板面有無錯縫錯臺等情況和觀感質量。全部自檢合格后會同監理單位進行驗收。

3.4.5 注意事項

1)鋁單板表面的保護膜，等該位置安裝完成后，3 d內撕掉保護膜，避免保護膜在長時間光照情況下，難以撕掉。

2)鋁單板搬運過程中，注意豎向或傾斜堆放，避免板面擠壓變形。

3)搬運和安裝過程中注意保護板面，避免劃傷裝飾面。

4)鋁單板安裝完成后，注意成品保護，避免人員行走、材料搬運、其他作業對鋁單板完成面造成破壞。

4 結語

鋁單板作為一種裝飾板材，憑借著質量輕、強度高、耐候性好、色彩多變等優點，被廣泛應用于屋面和幕墻工程。通過本項目的屋面裝飾鋁單板的深化設計到現場施工全過程管控，對鋁單板的施工工藝有了更深層次的了解。