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2018-11-27 13:50:08 | 分类:默认分类| 标签:

摘要:本文主要介绍了杭州湾跨海大桥海中平台改造幕墙工程中的异型双层金属屋面结构的造型特点、结构定位、功能原理、节点构造设计、防腐设计等。  关健词:异型双层金属屋面、结构定位、直立锁边防水系统、可调角度铝单板面板系统

 1.工程概况  杭州湾跨海大桥是一座横跨中国杭州湾海域的跨海大桥,它北起浙江嘉兴海盐郑家棣,南至宁波慈溪水路湾,全长36公里,是世界上最长的跨海大桥。杭州湾跨海大桥是我国“五纵七横”国道主干线中同江一三亚沿海大通道跨越杭州湾的便捷通道,是具有重要战略意义的国道主干线的重要组成部分。海中平台改造工程位于大桥南航道桥以南约1.7公里、距南岸约14公里处,整个工程包括平台房、观光塔以及连接栈桥三部分,建成后将成为海事救援管理、通信、大桥监控管理、商务洽谈、餐饮购物和休闲观光的中心。整个建筑以白色和蓝色为主,形似展翅的雄鹰,又如巨手托起的珍珠,建筑外装饰主要由玻璃幕墙、金属屋面板、金属装饰网等构成。外装饰工程是由广东金刚幕墙工程有限公司设计与施工(见图1.1)。  2.金属屋面系统设计方案的重点难点分析  1)金属屋面板是平台房外装饰工程的重要组成部分,覆盖整个平台房,面积达 15000多平方米。金属屋面板整体造型如展翅翱翔的雄鹰,宏伟壮观,其外形需通过许多三维空间异型的几何形状来实现。如图2.1、2.2。金属屋面造型在平面投影上关于H轴完全对称,在建筑标高上纵向由A, Q轴向H轴逐渐降低,横向由27轴向1轴逐渐降低。以上高度方向的降低没有任何规律,我方只能通过设计院提供的建筑、结构三维模型进行设计,给设计和施工造成了极大的难度。  2)业主和设计院要求金属屋面板部分的外装饰面板既要有良好的防水、保温性能,又要具有光滑平整的外观。由于屋面体系主体钢结构为大跨度的空间网架结构,其在外荷载作用下的位移情况较复杂,普通的平面铝单板屋面板块间靠耐候胶密封防水存在胶缝老化、易撕裂等间题造成漏水。直立锁边屋面系统可以较好地解决防水的问题,但其表面又不满足光滑平整的外观的要求。

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  3)本工程位于大海之中,周边无任何建筑物遮挡,经常受强风冲击,对屋面系统的抗风压能力要求很高。  4)由于本工程常年接受海风的洗礼,空气湿度大,腐蚀性强,如何做好幕墙结构和面板的防腐工作至关重要。   3.金属屋面系统支承结构设计方案的确定  1)金属屋面系统支承结构支座的选取  设计院提供了主体网架结构三维模型线条图(如图3.1),我方在此基础上,根据实际尺寸建出节点球的模型,其模型中所有最外层的节点球即为金属屋面结构的支撑的支座。(如图3.2)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  2)金属屋面系统支承结构的布置及定位设计  金属屋面系统支承结构支座确定后,即可在此支座体系上布置金属屋面支承结构。  本工程中金属屋面支承结构横纵向龙骨全部采用钢方管。1~27轴方向每一节点球处布置纵向主龙骨,规格为250X150X8钢方管,其水平投影间距大部分为3米;A~Q轴方向每一板块分格处布置横向次龙骨,规格为120X80X5钢方管,板块分格原则是将相邻两节点球距离4等分。(如图3,3)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  为了方便的调整钢结构施工时的误差,主次龙骨相互之间及与主体钢结构的连接采用了三维可调的支座设计。(如图3.5)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  4.金属屋面系统面板节点的设计

  根据业主和设计院的要求,金属屋面系统的外装饰面板既要有良好的防水、保温性能,又要具有光滑平整的外观。本工程的设计中独创了双层金属屋面系统,即底层采用铝镁锰板直立锁边屋面系统,施工完成后再利用专用铝合金夹具夹紧铝镁锰板咬合边作为支座,安装铝单板面板,铝单板面板采用开缝式构造,相邻面板间缝隙不打密封胶,而采用铝合金装饰盖进行遮挡。这样利用直立锁边屋面系统的良好防水性能结合聚氨醋铝板面板光滑平整的外观,很好地解决了金属屋面系统面板的设计(如图4.1)。

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  4.1直立锁边屋面系统的设计
   直立锁边屋面系统面层整体构造如下:1mm厚镀锌铝镁锰合金板、80mm厚岩棉保温层、PVC薄膜气密层、50mm厚离心玻璃棉吸音层、0. 6mm厚镀铝锌穿孔压型底板(上衬无纺布)。支承结构为3. 0mm厚镀锌钢衬擦支撑(间距不大于1000mm)、高强铝合金支座(间隔约400mm分段布置)。(如图4.2)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  本工程直立锁边屋面系统的主要优点如下:
  a.整体结构防水、排水功能,杜绝了由螺钉固定所造成的漏水隐患,且屋面板的板肋特别设计了反毛细凹槽,即在小肋的侧部设置一个凹槽,使大肋与小肋之间存在一个空腔,减小了水的表面张力,从而阻止了毛细水向上运动渗人室内。(如图4.3)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  b..板块一个方向通长安装,无论建筑形状如何,均能完全咬合接缝,在温度变化时可以自由伸缩,避免温度应力。
  c.透气性好,保持整体结构长期自然千燥,延长建筑使用寿命。本方案设计中板肋的搭接既可防止雨水和毛细水的浸入,又不妨碍空气的自然流通,使屋面板底的空气能够流动,屋面系统就如同可以呼吸换气一样,不会将湿汽闷在板内。(如图4.4)
  4.2可调角度铝单板面板系统的设计
  金属屋面系统的最外层面板选用3mm厚铝单板。由于直立锁边屋面系统已具备了良好的防水、保温性能,所以3mm厚铝单板仅作为金属屋面系统装饰面板,满足外表面平整光滑的需要。
  金属屋面系统宏伟壮观的造型,最终需要通过最外层的铝单板面板来拼接实现。根据设计院提供的建筑三维模型,经电脑建模放样发现,铝单板面层板块与相邻所有板块间的夹角均不相同,普通的铝板副框固定方式已无法满足角度调整的需要。为此我方设计了可调角度铝单板系统,较好地解决了这一问题。

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  可调角度铝单板系统是对传统的铝板副框进行了改进设计,将铝板副框的底端设计为圆柱形通长的槽,然后与顶端为圆柱形的铝合金连接件插接配合后,可自由旋转调整连接的角度。(如图4.5)

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  可调角度铝单板面板系统安装时先将铝合金专用夹具底座固定于直立锁边屋面系统的咬合边上,然后将安装好副框、铝合金连接件、铝合金连接角码的铝单板面板安装于夹具底座上,此时可根据需要利用副框和连接角码调整面板的角度和高低。调整好后拧紧螺栓安装完毕。(如4.6)
  4.3金属屋面系统关键节点构件受力分析
本工程位于大海之中,周边无任何建筑图4..6可调角度铝单板系统节点详图〕遮挡,经常受强风冲击,根据设计院提供的风洞试验报告,屋面局部最大负风压标准值为wk=5. 55kN/m2,最大负风压设计值为w=1.4 x 5. 55=7. 77kN/2,,本次设计中我方利用有限元分析软件ANSYS对屋面系统的所有构件进行了计算分析,均满足受力要求。现节选部分计算分析结果如下:
  a铝单板面板的计算分析
  b利用有限元分析软件ANSYS建模对铝单板面板计算分析结果如下:

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  c.铝合金专用夹具底座的计算分析
  利用有限元分析软件ANSYS建模对铝合金专用夹具底座计算分析结果如下:

异型双层金属屋面系统在实际工程中的应用

  5.金属屋面系统的防腐设计

  本工程常年接受海风的洗礼,空气湿度大,含盐度高,腐蚀性强,所以对金属屋面系统的防腐设计需特别考虑。
  5.1本工程中金属屋面系统钢结构的防腐处理
  a.钢构件表面采用喷砂(丸)除锈,除锈等级为5a2. 5级,除锈前后应仔细消除油垢、毛刺、药皮、飞溅物及氧化铁皮等。
  b.外表面处理均为喷铝锌一道,厚度不小于120um,环氧云铁封闭漆一道,干膜厚度40um,外涂厚型非膨胀型防火涂料,防火涂料表面应抹平处理。室内表面喷铝锌一道,厚度不小于80um。,环氧云铁封闭漆一道,干膜厚度40 um,外涂膨胀型防火涂料,最外层喷丙烯酸聚硅氧烷面漆,干膜厚度80 um。
  5.2本工程中金属屋面系统面板的防腐处理
  a.直立锁边金属屋面板采用超强抗腐蚀的铝镁锰合金基层,外覆经YEGAL工艺制成的镀锌层,镀锌表面在自然环境中生成一层薄而致密的碱式碳酸锌膜,可阻止进一步氧化,具有较强的抗腐蚀性,即使碳酸锌层被破坏,铝合金基材本身具有极强的抗酸雨和耐盐性条件的能力,具有极佳的耐久性。
  b. 3mm厚铝单板表面氟碳漆喷涂处理,三涂三烤,其平均膜厚应大于40um

  6.结束语

  本工程地处大海之中,造型宏伟壮观,其外形是通过许多三维空间异型的几何形状拼接而成,给设计和施工造成了极大的难度。在本工程的设计中我方根据异型双层金属屋面的特点,综合运用了多种最新的技术,并设计开发了可调角度铝单板面板系统,很好地解决了各种疑难间题。目前,本工程的设计工作已全部完成,正处于紧张的施工工作中,相信不久的将来,一个建筑精品会屹立于美丽的杭州湾中,为人们的旅程增加一道亮丽的风景。


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