武金鹏，张凯，胡安辉，陈杰，陈峻

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310000）

1 铝镁锰合金板屋面概述

从上世纪九十年大发展至今，我国城市化建设进程不断加大，金属屋面在一些机场航站楼、体育场馆、大剧院等大跨度公共建筑中开始广泛应用，同时我国高铁工程的发展促使各个地区铁路站房也加大了金属屋面的应用力度。金属屋面应用于大跨度建筑结构中能够充分发挥其质量轻、强度高、外形美观等优势。

金属铝在人类生产生活中使用频率逐渐增多，已经成为排名第二的人类应用金属。在金属铝熔炼过程中加入锰、镁、铜等元素可以将金属铝的物理性能、机械性能、化学性能改变，在发挥金属铝特性的同时将其他金属元素优势体现出来。铝锰镁合金板按照外表面处理情况可以分为非涂漆产品和涂漆产品两种类型，其中非涂漆产品是在板材表面并不采取涂漆处理工艺，而是进行锤纹、预敦化养护、压花等处理方式。

在一些对表面外观要求较低的工程中可以使用该种类型材料。涂漆产品主要包括两种，分别为预辊涂板和喷涂板产品，喷涂涂料类型会根据产品品质不同而存在一定差别。在具体施工中通常工作人员还会用100mm的保温玻璃纤维处理屋斜面，在两个板肋咬合的空腔中伸入支架顶端，最后在直立锁边系统屋面上铺设保温棉。

2 铝镁锰合金板屋面系统抗风性能影响因素

某大跨度建筑采用铝锰镁合金板屋面，分析及设计过程如下：

2.1 研究内容

2.1.1 基于模拟试验分析金属屋面的抗风性能的影响因素

对比分析金属屋面抗风压测试结果可知，直立锁边型构造有着较好的抗风性能。铝合金支架和次檩条连接固定直立锁边型构造屋面，按照≤1200mm 间距安装支架，铝镁锰板厚度为1mm，用支架咬合安装面板，为加强咬合力度使用电动咬边机再次加强处理，用铝铆钉最后进一步固定将其抗风效果提高。直立锁边内嵌锁边接缝，避免雨水向内溢出，用防水卷材处理屋面底部，达到二次防水效果。

2.1.2 基于有限元分析技术优化金属屋面抗风性能

采用有限元分析技术分析不同抗风性能方案，经过软件计算最终分析比较三种版型系列，通过分析可知适合该工程的是420 系列，并且利用软件优化设计处理锁边型屋面构造，重点加强屋脊和檐口收边等位置处理。

图1 三种版型系列

图2 420 版型系列优化设计

2.1.3 基于模拟试验结果优化金属屋面与采光天窗安装连接节点

该工程构造薄弱部位为金属屋面和采光天窗四周，按照方案先将金属屋面安装好，然后密封屋面和天窗龙骨缝隙，然后密封天窗窗框四周，最后使用挡水板处理搭接部位，达到防水性能和构造安全性提升的效果。该工程中斜玻璃采光天窗为固定模式，侧面采光排烟窗为电动模式，用铝板幕墙处理两侧山墙，用不同连接构造处理四周和金属屋面对接部位，设置两道密封防水措施，确保结构的防水性能。

2.1.4 金属屋面防水节点处理研究

防水控制的关键点为金属屋面屋脊处、排水檐口、女儿墙接收口等位置，用1mm 厚披水板密封胶封堵外侧，用铝镁锰金属板柔性防水材料密封面层，用3mm 厚防水卷材处理底层，设置密封防水措施共3 道，用铝焊处理女儿墙收口位置屋面板接缝处，用硅酮耐候密封胶防水处理外层缝隙，将屋面防水性能提高。

2.2 解决的关键技术

第一，优化设计金属屋面设计结构。安装直立锁边屋面后用自动锁边机和铝铆钉加固处理连接部位，避免挤压导致屋面防水性能降低。

第二，试验验证防水节点的防水性能。通过防水测试调整防水层位置，在金属面板底部铺设防水卷材，用密封胶封堵防水卷材和连接支架缝隙。

第三，关键节点技术优化。

3 铝镁锰合金板屋面系统的实践应用

某体育中心屋顶为圆形平面，底部直径为124.0m，下部和上部为球面混合形成，屋面采用铝镁锰合金板，用直立锁边方法连接，从檩条到以上构造层次为HV-200 型镀锌穿孔钢板0.5mm 厚度、无纺布、无甲醛环保玻璃棉毡75mm 厚、防潮透气膜、无甲醛环保玻璃棉毡75mm 厚度、65/430 型氟氟碳喷涂铝镁锰合金直立锁边板0.9mm 厚度。

3.1 施工难点

第一，排版设计铝镁锰合金板，将起始线测量定位，在完成安装后通过二次测量价将檐口天沟等附属构件位置准确地确定。第二，连接檩条和面板构件为铝合金固定座，要加强固定座工序的严格控制。第三，在温度影响下，屋面板会出现伸缩情况，使用铰支座预防屋面板横向变形问题，施工中注意避免锁边过紧，以免应力集中于伸长锁边位置。

3.2 施工技术要点

3.2.1 测量放线操作要点

第一，作为预制装配结构，铝镁锰合金屋面安装前要准确测量既有成品和构件，做好偏差测量记录，然后准确放线并且安装，为后期铝镁锰合金屋面安装质量提供保障。第二，以设计排版为基础将起始线位置确定。按照排版沿着跨度方向将所有檩条位置确定，然后连接垂直于建筑物纵轴线节点，继续标注板宽度方向，避免发生超宽和锯齿问题，从而对板宽度方向累积偏差进行有效检查。第三，在完成屋面板安装后需要二次放线检查转角线、檐口线等关键点水平度和垂直度是否达标。

3.2.2 屋面板施工操作要点

第一，第一行固定座安装于每根支撑上，固定座和支撑相对应。用固定钉固定第一对镁铝组合板最外侧支撑，将铝镁锰合金板中间肋和母肋牢固地固定。在准确无误地安装第一对固定座后将其作为基准进行其他固定座安装。

第二，铝镁锰合金板排放在母肋朝向首先安装固定座的方向，然后将其吊放到屋架上。第一片铝镁锰合金板排放并且固定在与天沟正交方向固定座上，然后对准固定座长弯角安装母肋，最后在这两道肋条上施加压力，确保其在固定座上牢固地安装母肋、中间肋。

第三，在安装完成的铝镁锰合金板公肋上安装固定座短弯角，将第二行固定座上依次安装在支撑上，然后在将固定座用固定钉固定在支撑上。

第四，在第二行固定座上排放第二片铝镁锰合金板。先对准中间肋与固定座的长弯角，然后和母肋对准，扣紧前一片板的公肋。施工中注意对铝镁锰合金板下缘平齐度进行检查，保证处于同一水平线上。最后，下压板肋条，保证和固定座连接稳定。在锁边时，工作人员两脚在连接肋条上和铝镁锰合金板凹槽部分站稳，然后在肋条上安装铝镁锰合金板。为了保证镁铝组合板的中间肋和固定座的长弯角能够充分固定，可以用相同的压力施加于中间肋上。在下一片公肋上的反钩槽杆头搭接时，工作人员要保证其可以完全嵌入母肋中。按照这种方式安装镁铝组合板。

第五，如果最后所剩空间宽度大于半片铝镁锰合金板的宽度，那么可以将完整的中间肋留下，将超出部分裁去。按照一行固定座方式固定这片铝镁锰合金板。

3.2.3 屋面保温整体变形性能、连接性能

热胀冷缩是金属建材非常明显的特征，该工程采用直立锁边固定铝合金屋面板，对屋面板板宽方向和上下方向移动进行限制，但是难以对屋面板长方向移动进行限制，为此，可以使用固定座滑动伸缩确保屋面板不会受到温度变化的严重影响。采用铸压铝合金固定座与檩条固定屋面系统，然后在固定座梅花头上卡住屋面板，用电动锁边机固定板肋。

3.2.4 天沟施工操作要点

该工程采用的不锈钢板厚度为2mm，按照3m 左右一段的方式加工，然后现场完场安装作业。制作和安装注意要点如下：第一，对接、焊接。在地面上采用对接、焊接方式拼装三段天沟，然后吊装安装，通过这种方式可以将高空作业任务有效减少。工作人员在打磨切割口时按照不超过1mm 的标准控制对接缝隙。第二，安装伸缩缝。以材料膨胀系数为基础按照一定间距设置伸缩缝。该工程伸缩缝间距为60m。

3.2.5 出屋面构件材料防水

采用两层防水措施处理出屋面的上人洞口与站牌短柱，其中第一层通过热风焊接西卡防水材料包裹与屋面防水材料最终形成一个完整的整体，用铝镁锰合金板包裹起外部，通过铝焊焊接上口带防水帽檐和下口与屋面板，最终形成一个完整的整体，具有良好防水性能。

4 项目研究水平及市场前景

4.1 本项目研究成果对该技术现状及其发展的作用

本文研究分析了金属屋面系统设计、试验、施工等过程，对金属屋面系统设计验证和项目管理经验进行了总结，这为金属屋面系统力学性能和检测方法优化提供了一定的参考作用。

4.2 相关技术的知识产权情况

虽然我国已经存在多种金属屋面专利，但是直立锁边技术金属屋面专利较少，相关研究者缺乏抗风、防渗性能方面的相关分析。

4.3 根据市场情况本项目研究成果应用、推广前景

在很多项目中都可以应用该成果，可以将类似的难题、质量问题有效解决，同时在施工进度优化、造价成本控制、行业技术发展推动等方面具有一定的价值。

5 结论

总而言之，本文通过研究验证铝镁锰金属屋面抗风承载力、优化设计方案，改进了现象的屋面连接方式，并且分析了改进后屋面系统的应用方式，将改进方案的合理性进行验证，通过具体工程研究了铝镁锰金属屋面的施工工艺技术，可以为相关工作者和研究者提供一定参考。