[分享]屋面板在双曲落地墙面上的应用

屋面板在双曲落地墙面上的应用

直立锁边铝镁锰合金屋面系统近年来被大范围地应用到大型公共建筑（如体育馆、会展中心、机场等）屋面和墙面中，本文结合南宁吴圩国际机场新航站区及配套设施建设工程航站楼项目主体工程陆侧双曲落地墙面工程，简单介绍标准板、标准弯弧板、扇形板、扇形弯弧板在异形墙面中的设计、加工和安装。

项目信息

南宁吴圩国际机场新航站区及配套设施建设工程航站楼项目主体工程（以下简称“南宁机场”）位于广西壮族自治区首府南宁市西南郊、邕江南岸吴圩镇境内。航站楼分为中央大厅区、垂直指廊区和水平指廊区，整体造型寓意“双凤还巢” （见图1），屋顶曲面展开面积约11万㎡。建筑外表面为曲率半径无规律变化的双向曲面，亦称为“自由双曲面”，其外表面采用直立锁边铝镁锰合金屋面系统。

图1  南宁机场俯视图

图2  墙面曲率分析图

 

项目难点

该项目的屋面部分双向曲率变化较小，基本以一个方向的曲率变化为主导，另一个方向的曲率变化可忽略不计，可按单曲面进行设计和施工，属于常规铝镁锰合金屋面系统。而墙面系统面板曲面的双向曲率变化均较大（见图2），对直立锁边板的设计、加工和施工有直接影响。若按模型下料，则屋面板两肋的半径会相差较大，屋面板将呈现扭曲“麻花状”，难以制作和安装，这是其一。其二是屋面板的曲率变化不均匀且无规律（半径曲率变化关系如图3、图4所示）。其三是如何实现对墙面系统结构体系精度的控制。

图3  屋面板曲率变化图1 

图4  屋面板曲率变化图2

解决方案

针对该项目的三大难点，总结出以下几方面的解决方案。

● 设计技术措施

在不改变原设计效果的前提下，通过Rhino软件技术对自由双曲面模型进行优化，改变曲率突变现象，使墙面曲率变化呈平缓过渡，将曲面转换为有一定规律的双曲面，如图5、图6所示。

图5  修改后的自由曲面

图6  修改后的屋面板曲率变化情况

在优化后的模型上进行屋面板空间排板布置，重点分析屋面板长、短方向的半径和曲率。其中影响屋面板加工、制作的主要因素是屋面板短方向的半径及曲率，即所谓“侧弯”。侧弯会导致屋面板两肋的半径不一致，当侧弯半径较小时，屋面板的自然弯曲可以顺滑过渡；当侧弯半径较大时，须机器弯弧方能达到顺滑过渡的效果；但当侧弯半径超过一定尺寸时，将会对屋面板造成损坏。故在屋面板排板时要控制屋面板侧弯半径的尺寸。

本项目墙面采用标准弯弧板和扇形弯弧板相结合的方式进行布置。在侧弯半径较大区域宜多布置扇形弯弧板，减小侧弯程度；在侧弯半径较小区域可用标准弯弧板排板，同时依据侧弯半径的大小决定是否采用机器侧弯。局部屋面板布置模型如图7所示，标准弯弧板如图8所示，扇形板如图9所示。

图7  局部屋面板布置模型

图8  标准弯弧板

图9  扇形板

图10  全数控屋面板加工机器

 ● 屋面板加工技术措施

采用国际先进的屋面板加工设备，通过配套软件提取模型中屋面板的所有尺寸数据，输入到压板机中，压板机即可依据数据自动出板，减小了屋面板加工的尺寸偏差。本项目采用德国比姆全数控屋面加工机和弯弧机，在工地现场加工标准直板和扇形板并在现场加工弯弧，实现面板连续正反弯弧要求，确保了屋面板加工的成型精度。同时避免了板材的运输限制，可通长生产屋面板，使屋（墙）面无接缝，保证了屋面防水功能的完整性。压板机如图10所示，弯弧机如图11所示。

图11  全数控弯弧机器

图12  弯弧板加工现场

 

● 施工技术措施

施工的技术难点是使屋面板的结构体系达到屋面板安装所允许的误差要求。本项目针对技术难点，采用多级调差和精确测量等施工措施。

 

◆ 结构体系多级调差措施

墙面外表面结构构造层次（见图13）中，共设如下多级调差：

图13  墙面结构构造层次（单位：mm）

1）一级调差：连接直立锁边屋面系统与钢结构焊接球的圆管檩托；

2）二级调差：固定主檩条的角钢檩托；

3）三级调差：固定次檩条的角钢檩托；

4）四级调差：支撑“几”字形衬檩的几字支托。

施工、安装采用三维激光扫描仪和全站仪分别把檩托板上表面中心、主檩条上表面中心、次檩条上表面中心及“几”字形衬檩上表面中心在模型中的三维坐标点在现场进行定位，根据定位点量取一级调差、二级调差、三级调差及四级调差的长度，现场加工调差钢构件，进行定位安装。

 

◆ 屋面板精确安装措施

1）根据不同墙面的曲面半径，间隔1~2.5m标记现场已安装的“几”字形衬檩外表面的点位，利用三维激光扫描仪采点并将这些实际坐标点返至理论模型中；

2）根据构造层中屋面板到“几”字形衬檩上表面的距离以及优化后的模型表皮，得到“几”字形衬檩的外表面，把测量点投影至此曲面，求出实际需要的四级调差几字支托高度，对比理论高度进行几字支托的二次调差，将投影点连线，成为“几”字形衬檩曲线；

3）在模型中建立屋面板板肋线的投影线和“几”字形衬檩曲线（投影至理论“几”字形衬檩曲面）的投影线的交点，交点即为铝合金支座的理论位置，导出三维坐标点；

4）利用三维激光扫描仪和全站仪对铝合金支座的三维坐标点进行现场定位，安装铝合金支座；

5）根据已加工屋面板的相应编号，按顺序安装并咬边固定。

安装过程中要注意严格控制每个扇板区和直板区的交界线，及时校正每块板的位置和扇板的大小、尺寸。如有必要，需现场实测扇板尺寸，再次加工扇板，进行二次安装，直到合适为止。

 

总　结

随着直立锁边铝镁锰合金屋面系统加工技术和安装水平的愈发成熟，该系统已成为许多大型公共建筑屋面的首选，并以其良好的防水、保温、隔声等性能和铝镁锰合金面板独特的延展性、耐候性等特点，越来越多地应用于机场、火车站、展览馆、体育馆、会展中心等建筑的围护系统中。在南宁机场项目自由双曲落地墙面的设计与施工方面，项目团队利用完美的设计理念、先进的板材加工技术、合理的施工措施，实现了直立锁边金属板在双曲墙面上的应用。