吴桥盈丰钢结构铸钢件制造有限公司

随着经济、社会的发展和进步，现代城市建筑造型呈现多元化的发展趋势，建筑师更趋向于体现自己的设计理念和城市品位，中规中矩的建筑已经逐渐被“新”、“奇”、“特”的建筑所取代。金属围护系统作为建筑的外衣，如何实现建筑大师的创意，甚至如何通过建筑的语言形式来表达城市的文化理念，更加透彻地反映城市的文化气息，已经是众多屋面公司必须面对并解决的问题。

铜仁奥体中心整体建筑群的设计灵感来自于梵净山区出产的紫袍玉带石，结合山石独特的层岩结构以及蜿蜒流淌的横向线条恰似条条玉带将各个有机的场馆连为一体。体育场整体采用车幅式桁架结合拉索结构塑造恢弘气势，立面百叶犹如武陵山脉连绵起伏而富有韵律的线条，体现了山水灵动的造型意向，屋面膜结构造型肌理犹如水中涟漪，简洁大气，与城市氛围相融合。

工程特点

本工程体育馆和游泳馆金属屋面由双曲面和部分单曲面组成，曲面无规律。如何控制好建筑的造型、实现建筑师的预想是工程的关键。同时，对于屋面装饰层铝单板，建筑师按平面图1,200mm×2,400mm的尺寸分格，运用犀牛模型投影出的装饰层铝单板分格尺寸均不相同。

通过Grasshopper插件对铝板进行分析、合并，提高了铝单板加工、制作和现场安装的效率并节约了加工和施工成本。体育馆和游泳馆的主、次檩条都采用螺栓连接，所有檩条都预先在加工厂开孔，到现场直接安装，对犀牛模型要求高，现场控制更为严苛。

异形金属屋面的设计

3.1  金属屋面系统的构造

由于本工程造型和功能的要求，对金属屋面系统来说，设计和施工难度很大，必须结合工程实际情况，采取特殊的、符合实际需要的结构形式、节点设计和施工工艺，才能保证工程的顺利完成。本工程屋面系统的构造如下（自上而下）：

a.体育馆屋面系统构造层次

装饰层：3mm厚氟碳喷涂铝单板；

防水层：0.9mm厚氟碳辊涂铝镁锰合金直立锁边屋面板（65/400）；

保温层：50mm厚玻璃纤维吸音棉（压缩成30mm厚），容重16kg/m3；

防水层：1.2mm厚TPO防水卷材；

保温层：2层75mm厚憎水性岩棉保温层，容重160kg/m3，错缝铺设（共150mm厚）；

隔汽层：0.3mm厚PE隔汽膜；

吸音层：50mm厚玻璃纤维吸音棉，下铺无纺布；

底板层：0.8mm厚穿孔压型钢板，波高35mm，穿孔率15%,孔径∅5mm，聚酯涂层；

结构层：钢檩条、檩托。

b.游泳馆屋面系统构造层次

装饰层：3mm厚氟碳喷涂铝单板；

防水层：0.9mm厚氟碳辊涂铝镁锰合金直立锁边屋面板（65/400）；

保温层：50mm厚玻璃纤维吸音棉（压缩成30mm厚），容重16kg/m3；

防水层：1.2mm厚TPO防水卷材；

保温层：2层75mm厚憎水性岩棉保温层，容重160kg/m3，错缝铺设（共150mm厚）；

隔汽层：0.3mm厚PE隔汽膜；

底板层：1.0mm厚压型铝合金板，波高35mm，氟碳喷涂；

结构层：钢檩条、檩托。

3.2  金属屋面整体深化设计思路

体育馆、游泳馆的铝单板条带造型装饰层，设置在铝镁锰防水屋面板之上，采用铝合金锁夹进行连接转换，无需穿透铝镁锰屋面板，保证在满足外观要求的同时不影响整体构造的防水效果。整个屋面系统采用了刚性防水与柔性防水相结合的防水体系，保证了屋面的可靠防水和耐久性。屋面圆角部位布置了板端大小不一的扇形板，匹配了建筑的外弧面造型，也兼顾了外观与防水。天沟系统在不锈钢天沟板上满铺TPO防水卷材以保证天沟的耐久性和防水性。

防水是金属屋面最重要的功能要求，它的好坏直接影响工程的形象和声誉，因此必须防止屋面漏水。本工程结合自身特点选用了目前国内最成熟的直立锁边屋面系统，板型宽400mm、肋高65mm。由于该工程呈曲面造型，仅仅依靠一种板型无法满足工程需要，屋面板也会因焊接而存在漏水隐患，为此通过犀牛模型放样后采用直板+扇形板的布板方式来实现建筑的防水要求，保证了整个屋面板排布不需要焊缝，消除了漏水隐患。同时，屋面板施工完成后，必须注意成品保护，防止在安装装饰层的时候造成金属屋面板的破坏。

3.3  檩条与主结构连接形式

铜仁奥体中心体育馆、游泳馆屋盖主体钢结构采用正放四角锥网架结构体系，其外形复杂，这就造成了施工过程中很难控制安装精度、容易出现外形尺寸偏差较大的现象。为了确保屋面安装后的造型尺寸精准无误，必须在安装次檩条时将主体钢结构的施工误差调整到外形允许的范围之内。然后，将建筑表皮和主钢结构模型组合起来，找出两者之间的位置关系，依此确定檩条完成面及檩托高度并以三维坐标的形式确定檩条的坐标点，在现场通过全站仪进行空间位置定位。

至于檩条的加工与制作，由于该工程造型复杂，要想完成造型需要，首先，在设计阶段必须保证檩条的设计合理，而采用传统的CAD建模无法满足要求，因此需要应用犀牛软件和Grasshopper参数对屋面檩条进行建模、分析，经过放样，从模型中提取檩条的加工尺寸。檩条的加工精度直接关系到建筑的外观效果能否实现。 

3.4  体育馆屋脊节点设计

体育馆外圈屋面造型由两块曲面组合而成，曲面转角处因角度过大，一块屋面板无法连续铺设，因此采用断开高低搭接做法。上层屋面板与下层屋面板搭接宽度为250mm并且在搭接部位做泛水板封口进行防水。同时在较高一端安装不锈钢螺栓固定屋面板以防屋面板向下滑落 

3.5  天沟系统设计

基于体育馆、游泳馆的屋面造型，布置了外圈和内圈两圈天沟。由于该天沟局部属于单曲造型，在屋面板上造成坡度及标高渐变，故在进行排水系统设计时应考虑水流速度对天沟最低点的影响，避免最低点排水压力过大，因此，采用了集水井虹吸系统排水，减缓水流对天沟最低点的影响，避免最低点出现溢流现象。同时，天沟伸缩缝布置在集水井低处，避免伸缩缝出现溢流现象。

为保证天沟的有效汇水体积，将天沟的底部做平，上游附加泛水板，防止因坡度过大而导致水流直接冲过天沟，下游采用防水板连接，确保较低一端屋面板的伸缩不会影响整体构造。

3.6  体育馆、游泳馆金属屋面防雷节点设计

根据国家《建筑物防雷设计规范》（GB 50057-2010），该工程防雷节点以屋面板作为接闪器，采用4mm厚镀锌钢板折件连接铝合金支座与钢骨架，再经由钢骨架传递到主体结构，形成防雷回路。为了更好地做到第二道防水，在镀锌钢板折件与铝合金固定座连接处把柔性防水卷材上翻包住固定座及钢板折件。

铜仁奥体中心体育馆、游泳馆屋面工程曲面造型的深化设计，是在整个项目的现场施工过程中，通过建立犀牛模型，分析、深化设计图纸，解决了结构碰撞、确定了合理的屋面排板，同时运用Grasshopper参数设计处理装饰铝单板和檩条加工，构件在工厂加工，到现场直接安装，构件加工标准化、施工工艺简单化、成本管理节约化，并通过严控深化设计模型和构件加工精度，最大限度地塑造了建筑屋面最优的曲面造型。