梁泽宇 刘光伟 李 伟 刘冰洁

中建一局集团装饰工程有限公司 北京 100161

1 工程概况

赤道几内亚共和国克里斯克岛五星级水疗度假酒店项目预估占地总面积488 000 m2，房屋建筑面积12 777.95 m2。本项目所有房屋全部为单层，以全木质结构为主，木结构房屋屋面全部采用茅草结构，屋面檩条和人字梁为屋架系统的主要承重构件（图1）。解决传统的茅草屋面较为粗糙、密实性较差、施工质量难以控制、屋面承载力较差以及屋面的美观、耐久性较差等技术问题，是该项目面临的主要困难。

2 工程特点、难点分析

图1 全木质屋面框架结构

1）克里斯克岛属于赤道热带雨林气候，经常出现暴风雨天气，现场维护能力较弱。因此屋面茅草结构必须要在能够满足抗潮、耐腐、抗风的前提下，使施工工艺足够简便易操作，达到简化后期维修工序、减少维护频率、缩短维修时间的目的。

2）本项目落成后为五星级度假酒店，对建筑的外观观感和质量标准要求高，茅草屋面作为木结构房屋的主要组成部分，对建筑的整体观感有重大影响。

而赤道几内亚当地加工厂大多条件简陋，对优质茅草的遴选、防腐阻燃等技术加工处理能力有限，难以满足生产需求。

3）本项目木结构屋架体量较大，共计有105栋单层木结构建筑，仅样板间的屋架体积达到17.2 m×9.4 m×9.2 m，对茅草单元在预制编织和铺设的大面积施工过程中的质量控制工艺要求较高。

3 方案对比

3.1 传统茅草屋面结构

赤道几内亚当地传统的茅草屋面采用藤条或木条作为环形水平次龙骨，然后直接将茅草铺设在次龙骨上。此类茅草屋面结构较为原始，采用作为次龙骨的藤条或木条来承受屋面荷载，虽然操作简易、成本低廉，但屋面承载力较低、施工工艺非标准化作业，次龙骨原材料的选择和草帘铺设过程的质量控制较为困难，成品破损率和返修率较高[1-2]。

3.2 暗龙骨茅草屋面结构

通过设置不锈钢丝作为水平环向支撑，在水平环向支撑之间的间隙以及环向支撑与环形龙骨之间的间隙处填满内衬茅草层。水平环向支撑托接在内衬茅草层的底面上，水平环形龙骨压接在内衬茅草层顶面上，从而将水平环形龙骨隐藏在内衬茅草层外侧[3-4]。

3.3 预制草帘无龙骨茅草屋面结构

包括预制茅草内衬和茅草编织帘层，内层采用茅草内衬代替传统的藤条或木条作为屋面传力构件，外层由若干组预制草捆拼接而成的茅草编织帘沿屋架结构外侧环向铺设，草帘按照标准规格进行预制，统一编织，在铺设时上下采用搭接连接，草帘铺设后形成整体屋面内衬，对屋面茅草起到支撑作用[5-6]。

3.4 方案优缺点比较

3.4.1 传统茅草屋面结构的优缺点

传统茅草屋面结构采用原始藤条或木条作为环形水平次龙骨来承受屋面荷载的传统结构。

该方案施工工艺简单、成本较低、项目所在地取材方便；但茅草屋面较为粗糙、密实性较差、屋面承载力较低、抗极端天气能力较差、外观观感质量较低。

3.4.2 暗龙骨茅草屋面结构的优缺点

暗龙骨茅草屋面结构内衬茅草外设置水平环形暗龙骨作为支撑来承载屋面受力。

该方案屋面承载力高、密实性较强、抗风压荷载高、室内外观感效果好；施工成本较高、工序较为复杂，后期屋面茅草进行维护、更换等作业时需对暗龙骨进行拆卸，维护成本较高。

3.4.3 预制草帘无龙骨茅草屋面结构的优缺点

预制草帘无龙骨屋面结构采用标准化作业——预制编织的草帘作为茅草屋面主要传力构件。

该方案施工工艺简单便捷，后期维护简易方便且成本较低，屋面承载力较高，密实性强，抗风压荷载较高，室内外观感效果好。

3.4.4 比选结果

通过综合对比，结合施工现场实际情况与项目目标要求，在能达到工程质量目标的基础上，使后期维护足够简便易操作的同时又能保证外观观感美观，本工程采用了预制草帘无龙骨茅草屋面结构施工技术。

4 工艺原理

通过前期对茅草进行一系列技术处理后，将茅草按照标准规格进行预制，统一编织绑扎成型。采用预制茅草内衬作为屋面茅草传力构件在斜檩条外侧进行上下搭接，在预制茅草内衬的外侧再将预制茅草编织帘层由屋檐下口向上沿屋架结构外侧环向铺设[7-8]。

这种屋面结构与传统的仅在藤条或者木条上铺设茅草的屋面相比，具有承载力高、整齐、美观和实用的优点。同时，通过在预制茅草内衬中的水平支撑上搭设茅草片，在铺设完成后，水平支撑隐藏于茅草片中，室内观感效果好。

5 关键技术及操作要点

5.1 茅草的选择

根据设计的屋面框架尺寸，遴选出长度1 200～1 500 mm、平均直径为3 mm的天然优质茅草。茅草的强度应适中，在承受横向拉伸、纵向弯折时均能保持一定承载力，不易折断。

遴选过程中应尽量选择生长时间接近的茅草，同时应注意及时将出现腐败、破损、生虫、干枯现象的茅草及时剔除，以免影响后续施工质量。遴选完毕后，使用裁刀将茅草超出长度的端部裁剪对齐。

5.2 茅草的干燥

非洲热带地区空气湿度较大，采用自然干燥的方式往往在平均含水率达到20%～30%后不能再降低；若直接放置在干燥窑内烘干，茅草的干燥速度过快会导致承载力差，出现易脆、易折断等问题。因此茅草采用自然干燥和窑内烘干前后2种形式相互配合着进行干燥。

5.2.1 自然干燥

旱季时，将茅草单层平铺展开在室外通风良好处进行干燥，晾晒5个阳光日即可；雨季时，在四面开放的棚内设置放置架，将茅草逐层铺放在架上进行干燥，侧面吊以防风帘，以调节空气的流动，使茅草的干燥速度比较缓和，需干燥3周左右。

5.2.2 干燥窑烘干

将自然风干后的茅草移入干燥窑内进行烘干。为保证出窑茅草含水率达到统一标准，将茅草码成长1 000 mm、高20 mm的草垛后整齐摆放在干燥架上进行干燥。摆放时留不小于50 mm的立缝，在烘干架两侧应留离墙50 cm左右的竖直气道。在当地条件下，干燥窑干燥一般需要7 d左右。

1）预热处理阶段（1～2 d），温度控制在35～40 ℃之间，根据窑内茅草干燥速度调整加湿频率，一般4～5 h加湿一次，窑内风机每3 h转换一次。

2）中间处理阶段（2 d），温度不大于55 ℃，防止茅草发生断裂。

3）后期处理阶段（3～4 d），后期窑内温度24 h控制在65 ℃之内，此阶段是排湿阶段，排湿时间为5～6 h一次，排湿时风机每4 h转换一次，排湿时间30 min，排湿后温度会逐步上升，但不能超过70 ℃，后期干燥温度不应太高，达到一定干燥时间（含水率17%以下），缓慢降温到40 ℃，出窑。

在干燥过程中，每个干燥架中选取一块区域作为检验区域，随时检测茅草含水率，根据含水率适当调温。刚出窑的烘干茅草，应放置3～4 d后再进行加工，以使不均匀的含水率充分扩散，应力进一步消除。

5.3 防腐阻燃处理

在浸泡池内按阻燃防腐剂∶水=1∶4比例进行稀释。茅草烘干成型后，叠放整齐，使用藤条将茅草捆扎成捆后整体水平放入阻燃防腐剂药液池中，常温浸泡24 h。每次浸泡前根据浸泡茅草体量（每1 m3茅草使用100 kg防腐剂），向池内补充等比例稀释溶液。浸泡完成后取出，自然晾干后进行下一步处理。

5.4 茅草编织帘的预制

茅草编织帘的编织宽度为1 100～1 300 mm，长度为1 200～1 500 mm。在进行编织时，先将天然茅草用直径1.2 mm的不锈钢丝绑扎成若干小捆，每小捆直径80～100 mm，再将小捆用不锈钢丝连接成若干茅草编织帘（图2）。

图2 茅草编织帘侧面结构及细部剖面

5.5 茅草内衬的预制

茅草内衬的编织宽度为300～500 mm不等，与屋架两侧斜檩条之间由上到下不同的间距相对应。茅草内衬包括水平支撑和搭设在水平支撑上的茅草片，水平支撑采用30 mm×30 mm的木条，将茅草的端部较细处裁切掉，保留根部使水平支撑两侧的茅草长度约200 mm，使用黏结剂将茅草片密实黏结在水平支撑的两侧（图3）。

图3 预制茅草内衬立体结构

5.6 草捆垫的制作与安装

在斜檩条的下端、沿环向设置1圈草捆垫，草捆垫垫在水平檩条与最下层茅草编织帘之间。不锈钢丝将茅草扎成直径50 mm、长1 200～1 500 mm的草捆垫（端部直径较细的部分剪断），沿着屋架下口水平檩条的外边，用不锈钢丝绑扎固定（每段草捆距端头100 mm，不锈钢丝间距不大于400 mm）。采用首尾对接，环形围绕固定在屋檐外侧（图4）。

图4 草捆垫的安装

5.7 茅草内衬的铺装

预制茅草内衬铺设在屋架斜檩条的外侧，按屋架结构倾斜方向由下而上依次搭接铺装，铺装间距为沿纵向檩条方向100 mm。将水平支撑的两端分别通过不锈钢圆钉固定在两侧的斜檩条上，相邻2层预制茅草内衬中，上层的预制茅草内衬的下端搭在下层的预制茅草内衬上端外侧，每层搭接长度为100 mm。

5.8 茅草编织帘的铺装

预制茅草内衬铺设完毕后，开始进行外层茅草编织帘的铺设。在茅草内衬的外侧，由下至上沿屋架结构的外侧面环向铺设茅草编织帘。茅草编织帘采用不锈钢丝绑扎在水平支撑上，绑扎间距不大于200 mm。上下2层茅草编织帘的铺装间距为沿纵向檩条方向200 mm，每一层茅草编织帘的上口齐平。

其中，最下层的第1道茅草编织帘的下端端部超出屋檐下口不少于500 mm，第2层茅草编织帘的下端端部超出屋檐下口不少于300 mm，以保证檐口处草帘在进行修剪收口时长度不少于100 mm。茅草编织帘的铺设厚度不小于150 mm（图5、图6）。

图5 铺设在屋架结构上的茅草侧面结构及细部连接

图6 茅草编织帘现场铺设

5.9 屋脊屋檐收口

待茅草编织帘铺设至屋架结构的屋脊处时，需确保屋脊两侧的茅草编织帘的上端齐平，并将两侧的茅草编织帘分别在距离上端1/2～1/3的位置处对折，然后搭在屋脊对称的两侧，并采用不锈钢圆钉将对折后的茅草编织帘固定在屋脊上进行收口。

最后修剪檐口茅草编织帘的下端端部，使最下层茅草编织帘的下端齐整并超出屋檐檐口的下端不少于100 mm，草帘厚度不少于150 mm。

6 应用效果

预制绑扎式无龙骨茅草屋面施工技术在本项目中已经得到了实际的应用，施工质量和观感效果获得了业主的认可（图7、图8）。

图7 茅草屋面外部实景

图8 茅草结构内部实景

通过前期自行进行茅草加工，减少了茅草在海外采购和运输过程中所耗费的大量工期和成本，也避免了运输过程中产生的茅草枯萎、发霉、腐烂等质量问题，避免了在非洲地区木材加工受制于人的行业窘态，节约了材料成本20%。

通过采用预制茅草编织技术，可在木结构框架施工过程中同时进行茅草帘的预制绑扎，在屋面框架结构完工后将预制草帘在屋面处搭接固定即可，极大地节约了屋面茅草结构的施工工期。独栋房屋的屋面施工工期由10 d缩短至3 d，节约工期达到70%。

本技术的施工工艺简单便捷，成品寿命长且方便后期进行茅草的维护和更换。传统茅草屋面承载力较低且耐久性较差，寿命平均为2～3 a，期间返修率达到40%且茅草的维护和更换较为困难。本工法采用预制茅草编制技术，维护更换时只需把破损茅草片拆卸更换即可，预计寿命可达6～8 a，节约维修成本达到60%，取得了良好的经济效益。

另外，本技术的成功研究将对屋面茅草结构的施工起到指导性作用。为进一步开拓海外市场奠定技术基础，尤其是在非洲木结构房屋工程较多，本技术可为同类木结构房屋的茅草屋面结构的广泛使用提供技术支撑。

7 结语

与传统的技术相比，外侧的茅草编织帘和预制茅草内衬均可以进行施工标准化的统一加工制作，运至施工现场后直接铺装，大大降低了施工难度，从而提高了施工效率。

同时，此类茅草屋面结构简单、施工便捷，施工成本低，充分利用了非洲当地天然材料，达到的外观效果更加美观，为今后同类木结构房屋的茅草屋面施工提供了较大的指导和参考价值。