武漢東西湖體育場(chǎng)屋面設(shè)計(jì)

武漢東西湖體育場(chǎng)屋面設(shè)計(jì)

1．建筑形態(tài)與建筑尺寸東湖中心（圖1）位于武漢市臨津區(qū)開發(fā)區(qū)。它是2019年世界軍事運(yùn)動(dòng)的一個(gè)補(bǔ)充場(chǎng)所。工程設(shè)計(jì)理念取自“凌空騰飛”，屋頂造型宛如騰空欲飛的鳳凰之翼，隱喻了“鳳凰展翅，凌空騰飛”的建筑形態(tài)，通過(guò)現(xiàn)代、簡(jiǎn)潔、整體的建筑語(yǔ)言，加強(qiáng)各場(chǎng)館之間的緊密關(guān)聯(lián)，以流暢、視覺(jué)沖擊力強(qiáng)的完整形象與群體效應(yīng)彰顯個(gè)性。東西湖體育中心包含體育場(chǎng)、體育館、游泳館在內(nèi)的“一場(chǎng)兩館”，體育場(chǎng)整體造型為橢圓形，建筑尺寸為245m×213m，在體育場(chǎng)西北角利用屋面板、天窗、裝飾蜂窩鋁板作為“飄帶”與游泳館相連；游泳館和體育館整體設(shè)計(jì)為橢圓形的樹葉，建筑尺寸分別為131m×90m和153m×96m，與體育場(chǎng)共同勾勒出迎朝陽(yáng)騰飛的景象。體育中心總建筑面積約8.5萬(wàn)m2材料尺寸大、下料困難東西湖體育中心因特殊的設(shè)計(jì)和使用功能要求，造成整個(gè)屋面各個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)“異形化”的同時(shí)又互為整體，如天窗與屋面是單獨(dú)的兩個(gè)系統(tǒng)，為保證防水功能又必須連成一個(gè)整體。這就為各個(gè)系統(tǒng)龍骨施工帶來(lái)難度，同時(shí)檐口蜂窩板、天窗玻璃、裝飾蜂窩板及構(gòu)造層材料均為異形尺寸，造成各種材料型號(hào)繁多、數(shù)據(jù)量大，下料工作繁瑣。針對(duì)上述特點(diǎn)，對(duì)各屋面系統(tǒng)設(shè)計(jì)不同的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，設(shè)計(jì)和施工緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)，達(dá)到功能性、安全性、美觀性和經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。圖2—5所示分別為體育館和游泳館屋面、體育場(chǎng)屋面、體育場(chǎng)天溝及檐口、天窗系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)示意。3各系統(tǒng)的金屬屋頂系統(tǒng)3.1屋面支撐測(cè)量定位難在鋼結(jié)構(gòu)骨架上設(shè)置主次龍骨，作為整個(gè)屋面系統(tǒng)的支點(diǎn)，然后在主次龍骨結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)各構(gòu)造層，構(gòu)成整個(gè)屋面結(jié)構(gòu)體系。屋面支撐點(diǎn)約1600個(gè)、檁條約1300件，其中屋面支撐在施工過(guò)程中測(cè)量定位難、焊接工作量大。在施工前期，鋼結(jié)構(gòu)桁架卸載完成后，采用三維激光掃描測(cè)量技術(shù)，生成結(jié)構(gòu)的實(shí)體模型，通過(guò)實(shí)體模型與建筑輪廓外皮線的結(jié)合，生成次結(jié)構(gòu)調(diào)差的準(zhǔn)確數(shù)值，按此結(jié)果下料可縮短前期下料的時(shí)間，保證了調(diào)整精度與安裝質(zhì)量3.2反吊穿板安裝穿孔吊頂板采用1mm厚820型穿孔板，穿孔率23%、氟碳處理。一場(chǎng)兩館的反吊頂板均為長(zhǎng)度6m的標(biāo)準(zhǔn)件，因整個(gè)場(chǎng)館的構(gòu)造奇特，為變曲率的雙曲造型，曲率在不同位置呈現(xiàn)不規(guī)則變化，所以現(xiàn)場(chǎng)幾乎所有的反吊頂板都要完成切割，然后利用可滑動(dòng)吊籃進(jìn)行安裝。反吊穿孔底板的安裝及效果見圖6。由于結(jié)構(gòu)形式的特殊性及吊頂板反裝的設(shè)計(jì)要求，自攻釘需要反打在吊頂龍骨上，鋼底板應(yīng)在薄弱節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行加固，具體做法為：主檁支撐槽鋼的位置，利用L50角鋼圍焊一周，吊頂板固定在角鋼上，并用與吊頂板相同材質(zhì)的鋁平板折邊件收口。施工過(guò)程中每一塊板要進(jìn)行1∶1比對(duì)剪裁安裝，兩板之間按順?biāo)较虼罱泳o密，此做法能保證板縫均勻美觀，不出現(xiàn)漏縫、起鼓現(xiàn)象，確保吊頂?shù)拿烙^與穩(wěn)定性。3.3防水保溫層施工3.3.1壓型鋼板的施工體育場(chǎng)屋面采用WS-950壓型鋼板進(jìn)行覆蓋，壓型鋼板作為找平層支撐，其上采用0.3mm厚隔汽膜作為隔汽層、50mm厚玻璃棉作為吸音層，玻璃棉上鋪0.49mm厚防水透氣膜作為防水層。在壓型鋼板的施工中，根據(jù)排板圖彈設(shè)第1塊壓型鋼板控制線，然后根據(jù)控制線鋪設(shè)第1塊壓型鋼板，定位固定好第1塊壓型鋼板后，在板兩端固定自攻釘，然后在板端與板頂各拉設(shè)一根連續(xù)的準(zhǔn)線，以這兩根線和第1塊板作為引導(dǎo)線，便于第2塊及后續(xù)壓型板的快速固定。安裝一段區(qū)域后要定段檢查，以保證不出現(xiàn)移動(dòng)和扇形。3.3.2屋頂巖棉與鋁鎂錳板的覆蓋效果體育館和游泳館屋面采用WS-950壓型鋼板進(jìn)行覆蓋，壓型鋼板作為找平層支撐，其上采用0.3mm厚隔汽膜作為隔汽層，上鋪雙層75mm厚巖棉作為保溫層，巖棉上鋪0.49mm厚防水透氣膜作為防水層，防水層以上為直立鎖邊鋁鎂錳金屬板。在保溫棉施工過(guò)程中，第1層保溫棉鋪設(shè)完成后，沿同樣的方向鋪設(shè)第2層保溫棉，與第1層保溫棉錯(cuò)縫鋪設(shè)、接縫覆蓋，直至鋪設(shè)完成；在屋面穿出物節(jié)點(diǎn)處對(duì)保溫棉進(jìn)行適當(dāng)裁切，保證鋪設(shè)嚴(yán)實(shí)、緊密。體育館、游泳館屋面巖棉與鋁鎂錳板覆蓋效果見圖7。防水透氣膜作為防水層設(shè)置在保溫層與外防水板之間，既起到二次防水的作用，又能排除保溫層中的濕氣，保持保溫效果。防水透氣膜的施工環(huán)境宜為-5～40℃，鋪設(shè)從天溝一側(cè)開始，向上鋪設(shè)、順?biāo)罱樱噜弮煞さ慕涌p用密封膠帶覆蓋密封，并用自攻釘固定在轉(zhuǎn)換龍骨上。防水透氣膜的安裝與屋面板安裝應(yīng)同步或前后進(jìn)行，確保鋪設(shè)的保溫棉和防水透氣膜在屋面板安裝時(shí)可及時(shí)被覆蓋，安裝完成后應(yīng)注意成品保護(hù)，避免動(dòng)火或高溫作業(yè)。3.4安裝屋頂裝飾板和屋檐裝飾板的系統(tǒng)3.4.1裝飾板施工難點(diǎn)分析體育中心屋面裝飾層和檐口均采用25mm厚氟碳噴涂蜂窩鋁板，包含了4條檐口。體育場(chǎng)裝飾板約7000張，均為異形板；兩館蜂窩板約5300張，其中異形板約800張。體育場(chǎng)屋面呈曲面，內(nèi)外半徑不一致，造成裝飾板均為異形，裝飾層龍骨控制點(diǎn)繁多，定位與施工難度大。為節(jié)省施工周期，裝飾板以理論模型為依據(jù)下單，裝飾板龍骨的安裝位置要求精準(zhǔn)，方能確保理論下料面板順利安裝，而如何控制裝飾板龍骨的精確度，是本工程難點(diǎn)與重點(diǎn)。兩館屋面呈單坡造型，但裝飾板需與檐口裝飾板對(duì)縫，優(yōu)化后兩館大部分裝飾板可加工為統(tǒng)一板型。屋面裝飾板到檐口的對(duì)縫過(guò)渡，考慮裝飾板龍骨橫跨天溝，綜合受力分析，將部分鋁合金龍骨調(diào)整為鋼龍骨，保證結(jié)構(gòu)安全。3.4.2屋面裝飾層構(gòu)件設(shè)計(jì)先在直立鎖邊鋁鎂錳合金板波峰上采用定制鋁合金夾具作為裝飾鋁板龍骨的固定件，用氟碳噴涂處理的方管作為裝飾板的龍骨支撐系統(tǒng)。在進(jìn)行裝飾板龍骨施工時(shí)，因結(jié)構(gòu)造型為橢圓形，為簡(jiǎn)化蜂窩鋁板的加工與安裝，從天窗至天溝做通長(zhǎng)主龍骨，在天溝與檐口處龍骨連接合縫，次龍骨鑲嵌其中，如此可使裝飾板加工相應(yīng)減少、龍骨施工更加快捷，同時(shí)也保證了建筑美觀效果。如圖8所示，通過(guò)設(shè)計(jì)三維建模，快速導(dǎo)出屋面裝飾層龍骨定位點(diǎn)，反復(fù)測(cè)量與復(fù)核，確保裝飾板龍骨安裝精度。在鋪設(shè)裝飾板時(shí)，先將主龍骨軸線彈出，根據(jù)板縫寬度模具控制板縫寬度，安裝裝飾板時(shí)按照裝飾板編號(hào)一一對(duì)應(yīng)。在固定裝飾板時(shí)，根據(jù)控制線放置好鋁板后在鋁板端頭一角打入第1顆自攻釘，然后將鋁板調(diào)整好后在板對(duì)角端頭打入第2顆自攻釘，檢查固定無(wú)誤后再進(jìn)行剩余補(bǔ)釘。每安裝3～5塊鋁單板后，檢查已安裝鋁板板縫是否平直順滑，并對(duì)裝飾板板縫做開縫處理。屋面裝飾板安裝效果見圖9。3.4.3“天溝龍骨”口相對(duì)接體育館、游泳館檐口呈橢圓形，與屋面裝飾板連接為統(tǒng)一整體，底部與幕墻玻璃對(duì)縫。體育場(chǎng)外檐口在“飄帶”位置逐漸向外延伸，通過(guò)“飄帶”檐口與游泳館屋面裝飾板對(duì)接；內(nèi)檐口在“飄帶”位置逐漸內(nèi)收脫離內(nèi)檐口曲面，與內(nèi)檐口逐漸形成錯(cuò)臺(tái)，然后通過(guò)“飄帶”檐口與游泳館檐口相對(duì)接。檐口施工是本工程的重點(diǎn)與難點(diǎn)，關(guān)系到與幕墻、屋面裝飾板的對(duì)接問(wèn)題，需先進(jìn)行天溝龍骨的施工，才能保證檐口龍骨安裝時(shí)有足夠的連接點(diǎn)。體育場(chǎng)分為內(nèi)外兩條檐口線，外檐口在1軸線西側(cè)位置逐漸變寬，最終與“飄帶”連成整體；內(nèi)檐口在1軸線西側(cè)位置逐漸內(nèi)收，然后脫離原有檐口曲線，與“飄帶”連成整體，并與內(nèi)檐口原曲線形成一個(gè)造型臺(tái)階?；⌒伍芸诤嫌?jì)2400m，焊接工作量巨大，項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求檐口蜂窩板與幕墻玻璃、屋面裝飾板對(duì)縫，為保證工期節(jié)點(diǎn)，將三維建模應(yīng)用至地面單元體拼裝，先在檐口模型中將檐口每榀龍骨的進(jìn)出尺寸、相對(duì)標(biāo)高高差及軸線點(diǎn)位尺寸放出，然后根據(jù)數(shù)據(jù)在地面進(jìn)行組裝，最后以單元式龍骨整體吊裝的施工工藝進(jìn)行施工，保證地面焊接龍骨與鋼結(jié)構(gòu)完美對(duì)接，且地面焊接、整體吊裝的方式安全可靠，同時(shí)費(fèi)用降低、雨季適用，節(jié)省了大量工期。檐口龍骨單元格的吊裝與安裝見圖10。3.4.4裝飾板頂設(shè)布置因檐口呈流線型，每塊板材尺寸均不相同，在安裝檐口蜂窩板時(shí)，采用與安裝裝飾板同樣的固定方式即可。本項(xiàng)目裝飾板吊頂重點(diǎn)集中在兩館“葉尾”造型區(qū)域和“飄帶”區(qū)域，其中兩館吊頂從結(jié)構(gòu)上是由兩館檐口底部裝飾板吊頂逐漸延伸形成，需與檐口裝飾板及幕墻玻璃對(duì)縫；“飄帶”吊頂是由體育場(chǎng)外檐口逐漸延伸形成，需與游泳館屋面裝飾板相交成為整體，對(duì)結(jié)構(gòu)施工精度要求極高?！叭~尾”與“飄帶”的安裝完成效果見圖11。3.5天窗玻璃的安裝體育中心體育館、游泳館各有一條天窗，因管頂造型獨(dú)特，導(dǎo)致天窗呈“月牙形”，而體育場(chǎng)天窗分為兩條半圓形。天窗共有2316塊玻璃，合計(jì)面積約為5320m天窗龍骨根據(jù)月牙弧度進(jìn)行定尺加工，一般以一扇窗戶橫龍骨為一段進(jìn)行加工，天窗龍骨施工時(shí)，根據(jù)模型與定位先施工天窗主龍骨，加固后施工次龍骨，安裝完成后對(duì)鋼材表面進(jìn)行面漆處理。為保證下料玻璃能匹配現(xiàn)場(chǎng)施工龍骨，通過(guò)三維激光掃描技術(shù)生成實(shí)體模型，檢查龍骨安裝無(wú)誤后進(jìn)行玻璃下料，完成異形玻璃龍骨高精度特征誤差統(tǒng)計(jì)，保證下料玻璃與龍骨契合。天窗的龍骨收邊與玻璃分格見圖12。體育場(chǎng)天窗采用10+1.52PVB+10超白鋼化夾膠玻璃，兩館天窗采用8+12A+6+1.52PVB+6雙銀超白鋼化Low-e中空夾膠玻璃。由于屋面造型呈流線型，天窗玻璃異型化，在天窗玻璃安裝過(guò)程中，需要注意將天窗玻璃生產(chǎn)編號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)安裝編號(hào)統(tǒng)一，并在天窗龍骨上標(biāo)記出天窗編號(hào)。這樣做一是便于安裝時(shí)查找對(duì)應(yīng)的天窗玻璃，二是天窗玻璃進(jìn)場(chǎng)時(shí)，能夠快速識(shí)別最近的卸貨地點(diǎn)，縮短天窗玻璃在屋面上的水平運(yùn)輸距離，減少倒運(yùn)頻次。4金屬屋面工程的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和目標(biāo)東