武汉东西湖体育场屋面设计

武汉东西湖体育场屋面设计

1．建筑形态与建筑尺寸东湖中心（图1）位于武汉市临津区开发区。它是2019年世界军事运动的一个补充场所。工程设计理念取自“凌空腾飞”，屋顶造型宛如腾空欲飞的凤凰之翼，隐喻了“凤凰展翅，凌空腾飞”的建筑形态，通过现代、简洁、整体的建筑语言，加强各场馆之间的紧密关联，以流畅、视觉冲击力强的完整形象与群体效应彰显个性。东西湖体育中心包含体育场、体育馆、游泳馆在内的“一场两馆”，体育场整体造型为椭圆形，建筑尺寸为245m×213m，在体育场西北角利用屋面板、天窗、装饰蜂窝铝板作为“飘带”与游泳馆相连；游泳馆和体育馆整体设计为椭圆形的树叶，建筑尺寸分别为131m×90m和153m×96m，与体育场共同勾勒出迎朝阳腾飞的景象。体育中心总建筑面积约8.5万m2材料尺寸大、下料困难东西湖体育中心因特殊的设计和使用功能要求，造成整个屋面各个系统呈现“异形化”的同时又互为整体，如天窗与屋面是单独的两个系统，为保证防水功能又必须连成一个整体。这就为各个系统龙骨施工带来难度，同时檐口蜂窝板、天窗玻璃、装饰蜂窝板及构造层材料均为异形尺寸，造成各种材料型号繁多、数据量大，下料工作繁琐。针对上述特点，对各屋面系统设计不同的节点构造，设计和施工紧密结合，实现多个系统的协调，达到功能性、安全性、美观性和经济性的协调统一。图2—5所示分别为体育馆和游泳馆屋面、体育场屋面、体育场天沟及檐口、天窗系统的节点示意。3各系统的金属屋顶系统3.1屋面支撑测量定位难在钢结构骨架上设置主次龙骨，作为整个屋面系统的支点，然后在主次龙骨结构上设计各构造层，构成整个屋面结构体系。屋面支撑点约1600个、檩条约1300件，其中屋面支撑在施工过程中测量定位难、焊接工作量大。在施工前期，钢结构桁架卸载完成后，采用三维激光扫描测量技术，生成结构的实体模型，通过实体模型与建筑轮廓外皮线的结合，生成次结构调差的准确数值，按此结果下料可缩短前期下料的时间，保证了调整精度与安装质量3.2反吊穿板安装穿孔吊顶板采用1mm厚820型穿孔板，穿孔率23%、氟碳处理。一场两馆的反吊顶板均为长度6m的标准件，因整个场馆的构造奇特，为变曲率的双曲造型，曲率在不同位置呈现不规则变化，所以现场几乎所有的反吊顶板都要完成切割，然后利用可滑动吊篮进行安装。反吊穿孔底板的安装及效果见图6。由于结构形式的特殊性及吊顶板反装的设计要求，自攻钉需要反打在吊顶龙骨上，钢底板应在薄弱节点处进行加固，具体做法为：主檩支撑槽钢的位置，利用L50角钢围焊一周，吊顶板固定在角钢上，并用与吊顶板相同材质的铝平板折边件收口。施工过程中每一块板要进行1∶1比对剪裁安装，两板之间按顺水方向搭接紧密，此做法能保证板缝均匀美观，不出现漏缝、起鼓现象，确保吊顶的美观与稳定性。3.3防水保温层施工3.3.1压型钢板的施工体育场屋面采用WS-950压型钢板进行覆盖，压型钢板作为找平层支撑，其上采用0.3mm厚隔汽膜作为隔汽层、50mm厚玻璃棉作为吸音层，玻璃棉上铺0.49mm厚防水透气膜作为防水层。在压型钢板的施工中，根据排板图弹设第1块压型钢板控制线，然后根据控制线铺设第1块压型钢板，定位固定好第1块压型钢板后，在板两端固定自攻钉，然后在板端与板顶各拉设一根连续的准线，以这两根线和第1块板作为引导线，便于第2块及后续压型板的快速固定。安装一段区域后要定段检查，以保证不出现移动和扇形。3.3.2屋顶岩棉与铝镁锰板的覆盖效果体育馆和游泳馆屋面采用WS-950压型钢板进行覆盖，压型钢板作为找平层支撑，其上采用0.3mm厚隔汽膜作为隔汽层，上铺双层75mm厚岩棉作为保温层，岩棉上铺0.49mm厚防水透气膜作为防水层，防水层以上为直立锁边铝镁锰金属板。在保温棉施工过程中，第1层保温棉铺设完成后，沿同样的方向铺设第2层保温棉，与第1层保温棉错缝铺设、接缝覆盖，直至铺设完成；在屋面穿出物节点处对保温棉进行适当裁切，保证铺设严实、紧密。体育馆、游泳馆屋面岩棉与铝镁锰板覆盖效果见图7。防水透气膜作为防水层设置在保温层与外防水板之间，既起到二次防水的作用，又能排除保温层中的湿气，保持保温效果。防水透气膜的施工环境宜为-5～40℃，铺设从天沟一侧开始，向上铺设、顺水搭接，相邻两幅膜的接缝用密封胶带覆盖密封，并用自攻钉固定在转换龙骨上。防水透气膜的安装与屋面板安装应同步或前后进行，确保铺设的保温棉和防水透气膜在屋面板安装时可及时被覆盖，安装完成后应注意成品保护，避免动火或高温作业。3.4安装屋顶装饰板和屋檐装饰板的系统3.4.1装饰板施工难点分析体育中心屋面装饰层和檐口均采用25mm厚氟碳喷涂蜂窝铝板，包含了4条檐口。体育场装饰板约7000张，均为异形板；两馆蜂窝板约5300张，其中异形板约800张。体育场屋面呈曲面，内外半径不一致，造成装饰板均为异形，装饰层龙骨控制点繁多，定位与施工难度大。为节省施工周期，装饰板以理论模型为依据下单，装饰板龙骨的安装位置要求精准，方能确保理论下料面板顺利安装，而如何控制装饰板龙骨的精确度，是本工程难点与重点。两馆屋面呈单坡造型，但装饰板需与檐口装饰板对缝，优化后两馆大部分装饰板可加工为统一板型。屋面装饰板到檐口的对缝过渡，考虑装饰板龙骨横跨天沟，综合受力分析，将部分铝合金龙骨调整为钢龙骨，保证结构安全。3.4.2屋面装饰层构件设计先在直立锁边铝镁锰合金板波峰上采用定制铝合金夹具作为装饰铝板龙骨的固定件，用氟碳喷涂处理的方管作为装饰板的龙骨支撑系统。在进行装饰板龙骨施工时，因结构造型为椭圆形，为简化蜂窝铝板的加工与安装，从天窗至天沟做通长主龙骨，在天沟与檐口处龙骨连接合缝，次龙骨镶嵌其中，如此可使装饰板加工相应减少、龙骨施工更加快捷，同时也保证了建筑美观效果。如图8所示，通过设计三维建模，快速导出屋面装饰层龙骨定位点，反复测量与复核，确保装饰板龙骨安装精度。在铺设装饰板时，先将主龙骨轴线弹出，根据板缝宽度模具控制板缝宽度，安装装饰板时按照装饰板编号一一对应。在固定装饰板时，根据控制线放置好铝板后在铝板端头一角打入第1颗自攻钉，然后将铝板调整好后在板对角端头打入第2颗自攻钉，检查固定无误后再进行剩余补钉。每安装3～5块铝单板后，检查已安装铝板板缝是否平直顺滑，并对装饰板板缝做开缝处理。屋面装饰板安装效果见图9。3.4.3“天沟龙骨”口相对接体育馆、游泳馆檐口呈椭圆形，与屋面装饰板连接为统一整体，底部与幕墙玻璃对缝。体育场外檐口在“飘带”位置逐渐向外延伸，通过“飘带”檐口与游泳馆屋面装饰板对接；内檐口在“飘带”位置逐渐内收脱离内檐口曲面，与内檐口逐渐形成错台，然后通过“飘带”檐口与游泳馆檐口相对接。檐口施工是本工程的重点与难点，关系到与幕墙、屋面装饰板的对接问题，需先进行天沟龙骨的施工，才能保证檐口龙骨安装时有足够的连接点。体育场分为内外两条檐口线，外檐口在1轴线西侧位置逐渐变宽，最终与“飘带”连成整体；内檐口在1轴线西侧位置逐渐内收，然后脱离原有檐口曲线，与“飘带”连成整体，并与内檐口原曲线形成一个造型台阶。弧形檐口合计2400m，焊接工作量巨大，项目设计要求檐口蜂窝板与幕墙玻璃、屋面装饰板对缝，为保证工期节点，将三维建模应用至地面单元体拼装，先在檐口模型中将檐口每榀龙骨的进出尺寸、相对标高高差及轴线点位尺寸放出，然后根据数据在地面进行组装，最后以单元式龙骨整体吊装的施工工艺进行施工，保证地面焊接龙骨与钢结构完美对接，且地面焊接、整体吊装的方式安全可靠，同时费用降低、雨季适用，节省了大量工期。檐口龙骨单元格的吊装与安装见图10。3.4.4装饰板顶设布置因檐口呈流线型，每块板材尺寸均不相同，在安装檐口蜂窝板时，采用与安装装饰板同样的固定方式即可。本项目装饰板吊顶重点集中在两馆“叶尾”造型区域和“飘带”区域，其中两馆吊顶从结构上是由两馆檐口底部装饰板吊顶逐渐延伸形成，需与檐口装饰板及幕墙玻璃对缝；“飘带”吊顶是由体育场外檐口逐渐延伸形成，需与游泳馆屋面装饰板相交成为整体，对结构施工精度要求极高。“叶尾”与“飘带”的安装完成效果见图11。3.5天窗玻璃的安装体育中心体育馆、游泳馆各有一条天窗，因管顶造型独特，导致天窗呈“月牙形”，而体育场天窗分为两条半圆形。天窗共有2316块玻璃，合计面积约为5320m天窗龙骨根据月牙弧度进行定尺加工，一般以一扇窗户横龙骨为一段进行加工，天窗龙骨施工时，根据模型与定位先施工天窗主龙骨，加固后施工次龙骨，安装完成后对钢材表面进行面漆处理。为保证下料玻璃能匹配现场施工龙骨，通过三维激光扫描技术生成实体模型，检查龙骨安装无误后进行玻璃下料，完成异形玻璃龙骨高精度特征误差统计，保证下料玻璃与龙骨契合。天窗的龙骨收边与玻璃分格见图12。体育场天窗采用10+1.52PVB+10超白钢化夹胶玻璃，两馆天窗采用8+12A+6+1.52PVB+6双银超白钢化Low-e中空夹胶玻璃。由于屋面造型呈流线型，天窗玻璃异型化，在天窗玻璃安装过程中，需要注意将天窗玻璃生产编号和现场安装编号统一，并在天窗龙骨上标记出天窗编号。这样做一是便于安装时查找对应的天窗玻璃，二是天窗玻璃进场时，能够快速识别最近的卸货地点，缩短天窗玻璃在屋面上的水平运输距离，减少倒运频次。4金属屋面工程的技术实现了统一标准和目标东