项目巡礼丨No.3 经典工程解析：远大造，沈阳奥体中心（金属屋面介绍NO.3）

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   屋面简介

沈阳奥体中心共有4个场馆，每个场馆屋面系统的形体都不相同。其中

1.1  主体育场屋面：

采用复合式金属屋面系统，从上到下其基本构造为：装饰板系统、屋面板安装转接系统、直立锁边系统（由其他公司承做）、保温系统（由其他公司承做）。

1.1.1装饰板系统

屋面装饰板采用25mm厚蜂窝铝板，表面氟碳喷涂处理。蜂窝铝板在长度方向的上下两边穿入副框。此蜂窝铝板组件为成品件。

采用横向分格设计，板块采用两边固定方式，即每一板块沿长度方向的上下两边多点定位定距安装，安装压点距离1.2米及0.8米。宽度方向板长、高度方向板窄。结合蜂窝铝板原板尺寸及强度、刚度计算，标准板块拟采用边长4500mmx1500mm近平行四边形分格设计，具体分格方法是：（1）高度方向从各片底边按1.5米向上等分，直至各片的顶部；（2）宽度方向，从东西两面的中轴线向两侧分格，每份长4.5米，直至南北边部。形成接近边长4500mmx1500mm的近平行四边形板块分格，边角部板块为梯形或三角形。同时，为满足蜂窝铝板伸缩变形和安装的需要，板块高度方向板缝设计宽为40mm（横缝），竖缝设计宽为100mm。

1.1.2转接系统

采用三级转接调整设计，进行多层次基准找形。一级转接组件为一个铝合金夹具支架，它由两支铝合金型材相互咬合而成，支架的下端夹在屋面锁边板的T型铝合金固定支座上，然后用螺栓拧紧，其上部安装二级转接组件。二级转接组件由一个”π”形铝合金型材及100×60铝合金方管构成，二者构成一个连接副。该转接系统的下端与一级转接组件螺接，上部用螺栓连接三级转接组件。三级转接组件是一个带齿纹和长条孔的铝合金件，其下端通过螺栓与二级转接组件相连。通过齿纹的上下串动可调整板块的高度，并可进行宽度方向的角度调整。

1.1.3直立锁边系统

采用霍高文Kalzip高肋锁边板系统，锁边高度65mm，板宽400mm。此部分为其他公司承做。

1.1.4保温系统由其他公司承做。

1.2  游泳馆屋面：

采用直立锁边金属屋面结构，从上到下其基本构造为：直立锁边系统、保温系统、次檩层、隔声系统。

1.2.1  直立锁边系统

采用霍高文Kalzip高肋锁边板系统，锁边高度65mm，板宽400mm，面板为0.9mm铝镁锰合金板。整张板长度方向通长布置，其中板块最长达140mm。由于无胶缝布置，有效防止屋面渗漏。采用E100固定座，是一种加强塑料固定座，可改善系统的隔热、降噪和伸缩滑动性能。

1.2.2  保温系统

由140mm厚保温岩棉保温层(上层70mm厚不带铝箔,下层70mm厚,带铝箔,两层岩棉错缝铺设)、热辐射膜、钢丝网层（50x50x1.0mm）组成。钢丝网上铺热辐射膜,搭接量大于50mm，搭接处采用胶带密封后，上部采用岩棉压实，辐射膜铺设连续，四周搭接严密，破损处及时修补。

1.2.3  次檩层

在钢结构主檩条上安装次檩条。次檩条采用C型钢，表面热浸镀锌处理。C型钢尺寸为140x60x20x3.0mm，按1800mm的间距布置。经计算，C型钢采用Q215 钢板加工而成。C型钢通过L型连接件与主檩条连接，连接方式为螺接形式。L型连接件连接孔为腰形孔，由此调节次檩条的高度。

      1.2.4  隔声系统

由 50mm吸音棉、无纺布层、底层0.7mm穿孔铝合金压型板层组成。压型底板上铺PVF膜,搭接量大于100mm，搭接处采用胶带及密封胶密封，上部采用吸音棉压实。PVF膜铺设连续，四周搭接严密，破损处采用自身材料及时修补。

1.2.5  屋面排水采用虹吸式排水结构，通过屋面的自然坡度，将屋面雨水汇聚在排水天沟处，并通过虹吸排水落水口排出。

1.3  网球馆屋面：

采用直立锁边金属屋面结构，从上到下其基本构造为：直立锁边系统、保温系统、次檩层、隔声系统。

1.3.1  直立锁边系统

采用霍高文Kalzip高肋锁边板系统，锁边高度65mm，板宽400mm，面板为0.9mm铝镁锰合金板。整张板长度方向通长布置，其中板块最长达140mm。由于无胶缝布置，有效防止屋面渗漏。ST铝合金固定座下垫改性橡胶垫层。

1.3.2  保温系统

由140mm厚保温岩棉保温层(上层70mm厚不带铝箔,下层70mm厚,带铝箔,两层岩棉错缝铺设)、钢丝网层（50x50x1.0mm）组成。

1.3.3次檩层

在钢结构主檩条上安装次檩条。次檩条采用C型钢，表面热浸镀锌处理。C型钢尺寸为160x60x20x3.0mm，按1800mm的间距布置。经计算，C型钢采用Q215 钢板加工而成。C型钢通过L型连接件与主檩条连接，连接方式为螺接形式。L型连接件连接孔为腰形孔，由此调节次檩条的高度。

      1.3.4 隔声系统

由 50mm吸音棉、无纺布层、底层0.5mm穿孔镀铝锌压型钢板吸声层组成。压型底板上铺PE隔气膜,搭接量大于100mm，搭接处采用胶带及密封胶密封，上部采用吸音棉压实。PE膜铺设连续，四周搭接严密，破损处采用自身材料及时修补。

1.3.5屋面排水采用虹吸式排水结构，通过屋面的自然坡度，将屋面雨水汇聚在排水天沟处，并通过虹吸排水落水口排出。

1.4  网球训练馆屋面：

      同网球馆金属屋面结构。

2   直立锁边防水系统

2.1  适应复杂的形体

2.1.1主体育场屋面为双曲面造型，最大垂直面曲率半径约83米，最小垂直面曲率半径约73米，最大水平面曲率半径约270米，最小水平面曲率半径约218米。本工程采用霍高文公司的Kalzip板型，由于水平面曲率半径较大，因而采用弧面形板高度方向通长布置来拟合空间曲面造型。

2.1.2游泳馆、网球馆及网球训练馆屋面造型均为单向曲面，因而采用弧面形板长度方向通长布置，其中最长板块可达140m。采用先进的压型技术，在现场压制，生产的直立锁边板可以使板面完整地覆盖整个表面。

2.2固定方式

2.1.1  将铸压铝合金ST固定座与檩条固定

2.1.2  将宽400mm高65mm的铝镁锰合金板直立肋卡在带有梅花头的铝合金ST固定座上，并被相邻的另一块板覆盖。

2.1.3  将卡在同一个固定座上的直立大小肋用锁边机锁紧，完成直立锁边固定。固定座在结构上按一定的间距布置，易于拟合出光滑的防水曲面，这种固定方式的优势在于不需穿透板面，从原理上解决了渗漏问题。系统中铝板直立弧肋设有通长等压槽，可实时保持与外界等压，还可以避免虹吸现象。直立肋搭接面的缝隙可形成排出保温层水汽的通道，保持内部干燥，避免因保温棉内水汽凝聚而降低保温隔热效果。

2.2  抗风压性能

        传统的压型金属板屋面来说，其落后的固定方式决定了其抗风性能的不足，比如采用螺钉穿透式固定的屋面板，螺钉帽与屋面板的接触面积很小，在遭遇大风时，由于反复承受正负风压，屋面板在钉孔处产生应力集中导致撕裂，虽然螺钉仍然留在檩条上，但屋面板却已被吹飞。本方案采用的屋面系统在固定方式上有根本的不同，其采用铸压铝合金固定座与檩条固定，再将屋面板卡在固定座的梅花头上，然后用电动锁边机将板肋锁在固定座上，这种固定方式不需穿透板面，因而屋面板没有任何损伤，当然也就不会产生应力集中问题。本方案采用的铝合金屋面系统曾在国内权威检测机构进行过抗风试验，在7.0KPa的反复受荷试验中，试件(包括屋面板、固定座、螺钉)无损坏，证明了这一屋面系统抗风性能的优越。

2.3  温度变形及防腐

由于保温层通常设在防水板的内侧，所以大面积金属屋面板都存在着严重的温度变形问题。若不合理的释放这部分变形，易产生噪声，严重时防水板会局部折屈、隆起或因连接处应力集中造成板面撕裂。本系统采用的ST固定座在构造上能保证防水板沿板长方向释放温度变形，也就释放了因温度或装配误差导致的不利初始应力。

防水板采用牌号为3004的锤纹铝镁锰合金，基材具有极强的耐腐蚀能力，表面阳极氧化处理，氧化膜厚度AA15级标准。在酸性环境下，其防腐性能大大优于钢板和普通铝合金板。防水系统从板材到辅件、配件、螺钉、檩条均有良好的防腐能力，从而保证了整个屋面系统的使用寿命不会因某一薄弱环节而受到影响。

3   屋面板及其连接系统

3.1  材料选取

3.1.1主体育场

3.1.1.1 所有转接系统均选用6063-T6高精级铝合金型材制作，表面阳极氧化处理，氧化膜厚度为AA15级标准。

3.1.1.2 外饰铝板选用进口25mm蜂窝铝板，表面氟碳喷涂处理，氟碳树脂涂层厚度大于40μm；在使用年限内（30—50年）内不发生褪色、起泡、开裂、剥落等现象。

3.1.1.3   五金配件螺栓等均采用不锈钢材质（A2-70标准）。

3.1.1.4 所有的密封件为耐腐蚀的非金属材料。不同金属材料之间加设绝缘垫片，以防止电化腐蚀。

3.1.2  游泳馆、网球馆及网球训练馆

3.1.2.1钢转接件表面热浸镀锌处理。

3.1.2.2铝合金屋面板采用 霍高文建筑系统有限公司成熟的铝镁锰合金直立锁边压型板65/400,t=0.9mm，压型板采用AA3004牌号，H44卷材制作；表面氟碳预辊涂处理，两涂两烤，膜厚≥25μm，该产品除具有重量轻、强度高(设计强度185MPa)的优点，更具有比普通铝合金更好的防腐性和耐久性。

3.1.2.3   五金配件螺栓等均采用不锈钢材质（A2-70标准）。

3.1.2.4 所有的密封件为耐腐蚀的非金属材料。不同金属材料之间加设绝缘垫片，以防止电化腐蚀。

3.2  连接体系的功能及构造

3.2.1主体育场

采用三级转接调整设计，进行多层次基准找形。具体方法是：

3.2.1.1一级转接组件：

该组件为一个铝合金夹具支架，它由两支铝合金型材相互咬合而成，支架的下端夹在屋面锁边板的T型固定支座上，然后用螺栓拧紧，其上部安装二级转接组件。此构件的主要功能是：

l 蜂窝铝板的主支承结构是直立锁边屋面板的带T型码的锁边部位，该转接组件首先与屋面锁边相连，将蜂窝铝板及安装系统  通过锁边、T型码、檩条传递给屋面钢结构系统。

l 作为连接件，它将铝合金屋面板的竖向安装方式转变为外饰板的横向安装方式，从而实现了90度转接，以便结构进一步安装。

l 该组件可因屋面板的安装状态不同而或松或紧，从而实现定位要求。

3.2.1.2二级转接组件：

二级转接组件由一个”π”形铝合金及100×60铝合金方管构成，二者构成一个连接副。该转接组件的下端与一级转接组件螺接，上部用螺栓连接三级转接组件。此构件的主要功能是：

l 与一级转接组件一起实现龙骨90度转接，将铝合金屋面板的竖向安装方式转变为外饰板的横向安装方式。

l 在一级转接组件的平面上，可进行前后、上下、左右多方位调整及旋转，以消除板与龙骨的安装错位和调纬向180度范围内的弧度拟合。

l 通过改变100×60铝合金方管的长度可进行高度方向较大范围的调整。

3.2.1.3三级转接组件：

该转接组件是一个带齿纹和长条孔的铝合金件，其下端通过自攻钉与二级转接组件相连。通过齿纹的上下串动可调整板块的高度，并可进行纬度方向的角度调整。

3.2.2游泳馆、网球馆及网球训练馆

在钢结构主檩条上安装次檩条。次檩条采用C型钢，按1800mm的间距布置。经计算，C型钢采用Q215 钢板加工而成。C型钢通过L型连接件与主檩条连接，连接方式为螺接形式。L型连接件连接孔为腰形孔，由此调节次檩条的高度。在C型钢上部安装衬檩支托及衬檩，衬檩上方安装ST型固定座。衬檩与C型钢平行布置，衬檩上方安装ST型固定座，上述安装均采用自攻自转钉连接。

3.3  保温隔热设计

3.3.1  防水板下满铺140mm厚的密度为100Kg/m³的保温棉，其传热系数为0.4W/(㎡·K)。

3.3.2  ST固定座下的改性橡胶垫层隔断了金属连接件的传热通路，能有效达到隔断冷桥的目的，减少室内热量损失，避免内侧产生凝结。其传热系数为0.4W/(㎡·K)。

4   屋面系统的测试和评估

4.1  安全度测试

4.1.1防火性能

防火性能设计和防火等级大小，是衡量幕墙及屋面功能优良与否的一个重要指标。

本方案屋面装饰材料全部是难燃或不燃烧体，保证防火性能。耐火极限能够满足本工程的要求，为消防工作争取了时间，有效地保障人员和财产的安全。

4.1.2平面内变形和抗震性能

在地震和大风作用下，建筑物各层之间产生相对位移时，幕墙构件就会产生水平方向的强制位移。本工程幕墙屋面板块为浮动式连接，并且与主体实现了弹性连接，在地震或大风作用下，产生强制水平位移时，板块之间相互独立，不会造成板块间的挤压破损。平面变形性能为Ⅰ级。

本工程地震设防烈度：7度，地震动峰值加速度：0.10g。

4.1.3耐撞击性能

屋面板采用0.9mm直立锁边板或蜂窝铝板，有较好的耐冲击性能。因此屋面具有很好的耐冲击性能,可达到Ⅱ级。

4.2  隔声试验

采用多层材料并设计了30mm吸音棉层，内层压型钢板又采用穿孔方式，隔音性能良好；在玻璃幕墙中，玻璃采用中空玻璃玻璃，隔声降噪在30dB以上，因而隔音性能良好。本工程的隔声性能指标可达到Ⅱ级。

4.3  防雷设计和防雷设计审核

根据国家《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）第4.1.4条的规定，除第一类防雷建筑物外，金属屋面的建筑物宜利用其屋面作为闪接器，但应符合下列要求：

l  金属板之间采用搭接时，其搭接长度不应小于100mm；

l  金属板下面无易燃物品时，其厚度不应小于0.5mm；

l  金属板下面有易燃物品时，其厚度，钢板不应小于4mm，铜板不应小于5mm，铝板不应小于7mm；

l  金属板无绝缘被覆层。

本方案所选用的屋面板为0.9mm厚氟碳喷涂铝合金屋面板，完全满足上述条件，因此可将屋面板作为接闪器，通过固定网格交叉点设置引下线，将电流引至屋面板下的檩条上，通过屋面檩条与整个结构形成一个避雷体系。本方案无需另设避雷带和避雷针，从而使屋面整洁美观，并可节省一定投资。

 

 

5   系统材料清单

5.1  主体育场

分层部位	材料名称	规格	产地	备注
屋面板	铝蜂窝板	25mm	德国ALCAN
造型结构支撑	转接系统
防水面层	铝镁锰压型板	65/400 0.9mm	Kalzip
保温隔热层	保温岩棉	140mm
防水气密层	PVF隔气膜
支撑层	几字型檩
结构层	C型檩条	100X60X13.5xδ1.5	中国
配件	高强铝合金ST固定座	E100	Kalzip
兜网	钢丝网	50*50*1mm	Kalzip	承托气密层、保温层材料
结构支撑
室外下层	穿孔压型铝板	0.7mm瓦楞型，肋高35mm	Kalzip
紧固件	螺栓 自攻螺钉
密封件

 

5.2  游泳馆

分层部位	材料名称	规格	产地	备注
防水面层	铝镁锰压型板	0.9mm	Kalzip
保温隔热层	保温岩棉	140mm
防水气密层	PVF隔气膜
支撑层	几字型檩
结构层	C型檩条	100X60X13.5xδ1.5	中国
配件	高强铝合金ST固定座	E100	Kalzip
兜网	钢丝网	50*50*1mm	Kalzip
结构支撑
室外下层	穿孔压型铝板	0.7mm瓦楞型，肋高35mm	Kalzip
紧固件	螺栓 自攻螺钉
密封件
辅料

5.3  网球馆及网球训练馆

 

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