大跨度大弧形彩钢屋面设计与施工技术

【摘要】上海市浦东邮件处理中心改扩建工程，本工程设计施工特点是大面积(8000㎡)大跨度(50-62m)高空大弧型(高度39m、弧半径25m }及大小弧型屋面造型较复杂，针对本工程施工中遇到的一些技术难题，抓住关键所在。在大小弧形相交接处的构造，放射弧形屋面构造及各处防水采取一系列相对应的措施，达到了质量和功能的预期目标。

1  工程概况

上海市浦东邮件处理中心占地约150亩，本扩建工程主要内院加盖彩板屋盖，扩建成新处理车间，主结构为大跨度箱形截面的钢拱架结构，圆拱屋顶中部高29.2～39m．跨度50～62m，其中布置15道宽为2.52m、弧长为43m的玻璃采光带。拱架两边悬挑参观走道雨篷，为挑出8.8m、半径4.5m的连续小圆拱。整个建筑中间低，东西高，两端呈喇叭型张开从南面看，犹如大鹏展翅。

本工程主体结构净空高、跨度大，屋面及装饰施工同步进行，设计及施工周期都比较短，业主需要控制总价。

2  设计及施工中主要技术难点和解决方案

    为满足业主的功能及屋面造型需要，我们设计的屋面工程方案主要由主体大屋面和连续小拱屋面两部分组成。主屋

面采用0.53mm厚高张力(张力强度为550Mpa)镀铝锌钢板，屋面保温采用50mm厚玻璃纤维棉，下拉钢丝网，吊顶采用XBBII一2型压型彩钢板；连续小拱屋面为单层0.53 mm厚普通强度的镀铝锌钢板，小拱屋面下为参观走道，吊顶为增强型无纸石膏。

主屋面上弧形采光带采用表面阳极氧化铝处理过的铝合金型材，型材壁厚2mm；玻璃采用(6+0.76+6)双面钢化白片夹膜玻璃。

2.1主要构造深化设计时节点处理的控制屋面排水设计

    由于该项目为改扩建工程，原建筑两层框架，平屋面四周天沟排水，直径100PVC的落水管，改建后增加了8000㎡的排水面积，雨水经大拱顶向两侧排放，在两侧各十七个小拱和两个喇叭口的分流下，汇成各十八股小水流，大小拱屋面共计10000㎡的排水面积的雨水经小拱间的天沟流入预埋的直径100PVC的落水管，再流入原结构屋面。我们验算了上海一年中雨量的最大峰值，判断原屋面排水系统能够承担新增的排雨量。但为了加快排水速度，减轻钢结构屋面天沟水压力，我们将原排水管直径由100 mm增至150mm，同时在新建钢结构屋面和原钢筋混凝土结构屋面连接处按实际情况增加小天沟与落水管。

2.1.1大拱小拱连接处的节点处理及防水排水的处理技术

    在大小拱交接处铺贴2mm镀锌钢板，交接处满焊处理，接着铺设爱维龙防水卷材，然后在小拱之间的天沟采用3mm厚镀锌钢板，天沟高度由通常计算的200mm提升至450mnl．，并且在天沟与彩板交接处做止水处理。这样排水和防水措施共同确保了雨水快速排放，雨量过大的情况下层层防护，保证雨水不会流入渗入结构层。

2.1.2弧形采光天窗与大弧屋面彩板连接处的技术节点及防水处理技术

在天窗与屋面彩板间加2mm折边铝板，将玻璃上的雨水导入屋面彩板，屋面彩板的钢板部分600mm上弯折进铝板下，接口打密封胶，以防止雨水在风力大时进入结构内。

2.2喇叭口大圆弧屋面的铺设节点处理技术

大弧屋面是二维圆弧，喇叭口处是锥形三维圆弧面，在二维和三维圆弧处要仔细解决技术节点处理，从而保证喇叭口造型美观大方，过渡和谐还要有良好的防水处理，现场仔细进行喇叭口排版，排版确立了彩板铺贴方向，在两种圆弧面相交处用阴阳扣相接，上敷同色爱维龙防水卷材，达到了预期效果。

2.3施工时需处理好的几个要点

2.3.1施工环境特点

本工程位于上海邮件处理中心大院内；院内道路通畅，用地开阔，绿化设施好，环境整洁，原车间设备设施完整。为此，屋面及装饰施工组织设计是在施工工艺要求的前提下参照总体施工安排部署，必须考虑对原车间设备、设施和院中绿化的保护。

2.3.2施工部署

2.3.2.1本组织设计方案分为屋面工程、吊顶工程、采光带（窗）工程和墙面涂料工程四个部分部署施工。

2.3.2.2屋面工程及吊顶彩钢板制作考虑采用现场加工的方式，铝窗型材和玻璃制作由厂家制作成型后运至现场，小圆拱龙骨弯圆等制作由现场完成。

2.3.2.3施工时在原车间北面(S轴北面)和屋顶各布置一座滑道支架，供吊运彩钢板用。在新建处理车间大厅内搭设吊顶用满堂脚手，原车间屋顶搭设小圆拱气窗安装用脚手架。在原车间南北屋顶搭设斜道，供施工人员上下和零星运料用。

3  施工方案及质量控制要求

3.l檩条连接板的焊接

由于原檩条布置图中檩条间距太大，无法满足屋面铺板的需要，我们在原檩条问加没檩条，具体布置见新檩条布置图。檩条的加设需要在原主、次结构间焊接连接耳板。本项工作最好在钢结构吊装前完成，尽可能避免在高空施焊。焊接耳板。用4台焊机同时施工；先在将要焊接的耳板位置划好定位线，然后按线准确施焊，并保证质量。焊工施焊时，严格遵守焊接工艺的各项参数，不得自由施焊以及在焊道外的母材上引弧，焊缝终端的弧坑必须填满。

焊接完毕，焊工应清理焊缝表面的熔渣及两侧的飞溅物，检查焊缝外观质量。每块耳板焊毕后，立即清除药皮，除去焊渣及飞浅物，涂刷焊缝油漆。

在保证焊缝质量的前提下，采用适当的电流，快速施焊，以减少热影响区和温度差，以便减少焊接变形和焊接应力。

3.2檩条安装

檩条与檩托板的连接方式采用螺栓连接；运到工地的檩条运至原车间屋顶上，有规律地堆放在垫木上。

    檩条的堆放每堆放点不可过多，保证不压伤屋顶。安装时可由两侧同时用人工吊运至安装位置就位安装。保证安装质量，不合格檩条不能安装。

    安全措施

    地面安全，在檩托板、檩条施工段屋面钢架下拉设大眼安全网，安全网规格为3.0×6.0×0.25m，主跨采用钢丝绳吊耳与钢架焊接连接，网与网之间用铁丝扎牢，整跨拉设，分工段推移换位。

3.3主板安装

(1)屋面彩板沿南北方向分三段安装，三段弧长分别约为16m，18m，16m。

(2)彩板吊运

成型后，彩板经专用吊架由人工吊至屋面。钢板吊运至屋架上，板肋朝上，所有板面均应朝铺设方向，阴、阳肋分向。屋面板应尽量放置檩条的支撑处，尽量避免置于檩条跨度中央。

    (3)安装固定座

固定座以两个平头十字自攻螺丝与檩条相连，固定两端孔。先将每一个固定座以自攻螺丝固定在檩条最左侧边上，再以墨线为基准(使同一行的固定座均在同一直线上)，然后沿垂直檩条方向，组合肋向边侧，中间肋朝内侧，安装固定座。

3.4安装KD板

    屋面板安装：由两侧同时进行小弧屋面板安装，安板前先装好泛水然后安装面板，两侧同一方向作业。在安装三组小弧顶板后，开始安装大弧顶板两则下端板16m，最后安装顶部弧型板l 8m。基本形成由下往上顺序安装。屋面板材边将同样从两侧上料。将第一块KD板用力压于已安装的固定座上，并注意使固定座的组合肋和中间肋分别嵌入板的阴肋与中肋。将第二列固定座的组合肋扣合在已安装板阳肋上，安装固定座，扣合时务必有轻微喀嗒声，确保阳肋板边卡人固定座的组合肋内侧倒钩。将第二片板的阴肋扣合在第二列固定座的组合肋上(即第一片板的阳肋上)，依次类推。板阳肋每隔一段有一个反钩槽，如恰在檩条上方，为不影响固定座的安装，须敲平后，才可安装固定座。

安装者应一脚踩已铺设屋面板的第二个波谷，另一脚向下压合咬合部分的肋部，使已安装板片的阳肋反钩槽，完全嵌入新铺板片的阴肋。若檩条跨度大，应立于新铺设板第二个波谷，利用小锤沿切合面敲入，确保咬合部分完全扣合。

3.5紧密性检查

每一片板同一墨线上扣合完成后，都要进行扣合紧密性检查。

检查板片是否完全扣合：可立于前置板片的檩条跨度中央的第一个波谷处来检视扣合部分是否紧密。

阳肋与固定座：阳肋端头是否卡入固定座钩槽中。

    阴肋与固定座：固定座钩槽是否完全被阴肋包住。

    阳肋与阴肋：阳肋的反钩槽是否完全嵌入阴肋。

3.6铺设收尾

如铺设到最后所剩檩条长度小于l／2板宽时，可将固定座多余部分剪掉，其余部分则由收边覆盖。

若铺设到最后所剩檩条长度小于板宽，大于l／2板宽时，可将板片超出部分剪掉，而固定座完整安装。

3.7采光带(窗)工程

3.7.1天棚采光带    ’

    现场放线，确定杆件的安装位置(标高、水平尺寸)。要求玻璃天棚分格轴线的测量与主体结构的测量相一致，其引起的误差应及时调整，不使其积累。

    根据设计图纸安装连接件，并根据放线位置进行调整。

    在钢、铝接触面装上胶片防电化腐蚀。检查钢结构的焊接质量，并进行防腐处理。玻璃板块按标号运送到指定的部位，在临时堆放过程中用木块或泡沫板垫开，若当天安装不

完需次日接着安装时，将采取加固保护措施，以防止板块倾倒或遭到其它作业的损坏。

    板快垂直运输采用电动葫芦吊运方式，在原车间屋面及采光带部位架设吊运设备，用以吊运材料和板块。

    第一次试装玻璃，调整安装玻璃位置，使之处于中心位置，然后用压板把玻璃板固定。玻璃安装前先进行排版，确定位置。位置确定后，玻璃板从上到下安装，玻璃安装后，对玻

璃拼缝进行清洁，贴上保护纸，然后对玻璃打耐候胶，嵌缝及密封应饱满密实，表面平整、光洁。

    每次板块安装时，从安装过程到安装完后，全过程进行质量控制，验收也是穿插于全过程中，验收的内容有：板块自身是否有问题；胶缝大小是否符合设计要求；胶缝是否横平竖直；板块是否有错面现象。

3.7.2小圆拱气窗

①现场放线，确定杆件的安装位置(标高、水平尺寸)，并弹安装线。对误差及时调整。对照洞口的弹线，安装连接件，并根据放线位置进行调整，位置正确后，临时固定。在钢、铝接触面装上胶片防电化腐蚀。检查钢结构的焊接质量，并进行防腐处理。安装玻璃减震垫块。

②安装玻璃，调整安装玻璃位置，使之处于中心位置，然后用压板把玻璃板固定。玻璃安装后，接缝处进行清理，玻璃打耐候胶，嵌缝及密封应饱满密实，表面平整、光洁。

③注耐候密封胶

玻璃板块安装调正后即开始注密封胶，该工序是防雨水渗漏和空气渗漏的关键工序。

填泡沫条：选择规格合适质量合格的泡沫条塞到拟注胶缝中，填赛后泡沫条凸出表面距铝塑板表面约2～3mm。

清洁注胶缝：选用干净不脱毛的洗结布和二甲苯，用“二块抹布法”将拟注胶缝在注胶前半小时内清洁干净。

注胶：刮胶应沿同一方面将胶缝刮平（或凹面）同事应注意密封胶的固化时间。

在填泡沫条前要全面检查压块的安装并做好隐蔽验收记录。现场要派人跟踪清洁质量。收胶应光滑流畅。

④注意事项

施工过程中，禁止用金属等硬物敲打铝型材，避免水泥砂浆直接粘到铝型材、玻璃、五金配件、胶条等上面，一旦发现应及时擦洗干净，保护膜待工程验收时方可剥去。窗框与非不锈钢紧固件接触之间，必须要有防腐处理。

铝合金窗的生产制作均在专业厂家制作完后运进现场，对运进现场的材料、玻璃、五金配件等应妥善保管，堆放在工地库房的物资要用木块垫高，离地不低于10 mm，严禁与石灰、水泥、硬件等混放在一起。

安装玻璃时，应对吸盘进行检查，现进行吸附重量试验，禁止使用无吸引力的吸盘。施工遇到雷雨、暴雨、四级以上风力等恶劣气候，应停止露天作业。

窗框保护胶带在未完成之前切勿撕除，后期补漆要用塑料膜遮掩窗户。玻璃饰面在最后工序时若已产生污染，应用中性溶剂清洗后，若洗不干净则应同供应商寻求其他办法解决。嵌缝及密封应饱满密实，表面平整、光洁。窗框、扇应用托架运输、起吊，不得用抬杠穿插入框内抬运，窗框上不得搭设脚手架或吊挂中午。注意抓好各分部工程的协调工作，注意对成品的保护，避免相互损坏产品。

4  结论

由于我们在事先深化设计及施工过程中注意把握这工程的设计施工难点、关键部位，使得此项工程在短短的四个月中得以顺利完成，达到业主的技术经济指标要求。现在浦东邮件处理中心高达、雄伟的屋面工程已经完工一年有余，它经受了时间、沉降、台风暴雨的洗礼，成为了浦东钢结构彩板屋面施工的又一标志性工程。

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