介绍
第六届全国金属围护系统行业大会于2019年3月27日至29日在苏州召开，大会由中国建筑防水协会金属屋面技术分会、中国钢结构协会围护系统分会主办，博思格钢结构（苏州）有限公司、中国冶金建筑研究总院有限公司承办。全国金属围护系统行业共计150余家企业、约300名代表参加。盛泰集团有限公司李俊金在会上作了精彩的报告《桂林两江国际机场扩建工程-T2航站楼金属屋面项目》，钢结构公众号将整理报告内容，分享给大家！
1、设计理念——“山水之冠”建筑概念
桂林是世界著名的风景旅游城市和历史文化名城，享有“山水甲天下”的美誉，近年来桂林经济也保持高速增长，旅游业成为增长的领头羊，截至2018年7月，桂林通航城市76个，国内、国际航线112条。
作为展示城市形象的重要窗口，桂林两江国际机场2号航站楼建筑设计灵感来源于桂林丰富的自然山水精华和深厚的文化底蕴，曲面为山，流线为水，综合抽象为起伏流动的屋顶线条。
近看，屋顶曲线的交叠自然形成侧天窗，造型颇似桂北民居的“龙脊梯田”和层檐。
建筑造型中多次且较大的屋顶起伏，采用连续拱结构实现，也实现了较大的空间跨度。
桂林两江国际机场T2航站楼长约380m、宽约360m，平面呈U型，由南、北墩及主体建筑中心区组成，各部分结构连接处均设置伸缩缝。建筑面积约6万平方米，建筑高度39.8米，上部屋盖为钢结构体系：中心区屋盖钢结构体系为空间支撑拱+单层壳体，连廊屋盖钢结构体系为平面实体腹拱+单层壳体。
屋面工程特点：低缓坡、大曲率双曲屋面。
2. 屋面工程概况及特点
本项目屋面采用2.5mm厚银灰色阳极氧化铝单板，具有金属质感，铝单板设计接缝宽度最大接缝70mm，最小接缝20mm钢结构防水施工，不承担屋面防水功能，而是起到架空隔热及装饰作用。
屋面檐口及室外吊顶采用20mm厚铝蜂窝板，达到平整度要求，檐口端部小半径（半径为100mm）圆弧封板采用3mm厚铝单板，满足加工性能要求。
屋顶排烟窗全部为侧窗，有效避免了顶部天窗漏水问题，楼道天窗为矩形，排烟窗开启为上悬窗，主楼天窗为不规则四边形a，排烟窗开启为平开窗。
屋顶工程设计理念
本项目屋面双向曲率较大，垂直天沟方向最小曲率半径约72米，平行天沟方向最小曲率半径约47米，屋面最外层铝单板为接缝设计，不具备防水功能。
针对本项目屋面特点：低缓坡、大曲率双曲屋面、阳极氧化铝单板装饰面（开口设计）。
屋面设计需解决的问题：
1）防水且排水有效、安全；
2）铝单板装饰面层连接可靠，满足设计抗风压要求；
3）最大程度贴合屋顶的建筑造型。
根据以往的工程案例，装饰板双层屋面的防水层可以采用竖向锁边铝合金板或者钢板，但本工程的防水层初步设计采用了不锈钢焊接屋面体系。
在设计屋顶时，我们首先对原设计方案进行了系统分析，包括面板布局、面板类型的分析。
还使用传统的直立锁边面板进行了面板布局分析。
当采用钢板时，其布置方式与立式锁边板类似，故不再具体分析。
1. 常用金属屋面解决方案的系统分析
设计原稿：采用不锈钢焊接屋面板作为防水层。
布局分析：
1）屋面板长度：最大长度91m
2）板材尺寸：肋高25mm，板材宽度430mm，板材厚度0.4mm
3）扇形板头尺寸：小头约160mm，大头约420mm
4）屋面排水：屋面板最小排水坡度接近0度，位于屋面板单坡排水向双坡排水的过渡点。
5）屋面侧弯：板材最大侧弯值约为1.5‰
6）屋面正负曲率：最小正曲率半径为73m，最小负曲率半径为182m
在这个项目中，不仅面板较长，而且每块面板都是弯曲的，而且由于整体屋顶造型的双曲特性，还存在侧弯和扭曲的问题。
此外，焊缝总长度达18.9万米，对施工工期和
质量控制十分不利。
在屋面坡度接近0度的地方，不锈钢焊接屋面板容易出现积水现象，久而久之会导致屋面板腐蚀，影响其使用寿命，如下图所示：屋面板积水严重，而且屋面板积水的位置也容易造成灰尘堆积。
不锈钢焊接屋面板特点：
目前国际上常用的不锈钢焊接屋面板的母材为铁素体不锈钢（其线膨胀系数为10.1x10-6/℃）；面板厚度通常为0.4mm~0.5mm；固定座的厚度形式分为非滑动固定座和滑动固定座；固定座立板厚度通常为0.15mm或0.2mm；常用的板型如下图所示：
结论：无论采用哪种板材，作为板面附着物的稳定承重层，均不存在任何支撑的情况。
采用铝镁锰合金直立锁边屋面板作为防水层（主楼立体面板布置见下图）。
屋面板分析：
1）屋面板长度：单坡最大长度60m；
2）板材尺寸：筋高65mm，板材宽度400mm，板材厚度1.0mm；部分采用扇形板材；
3）屋面排水：屋面板最小排水坡度接近0度（位于图中云线处）；
4）屋面侧弯：板材最大侧弯值约为8‰，不影响安装；
5）屋面正负曲线：最小正曲线半径为15m，最小负曲线半径为16m。
按照最优排板方案，每座拱架交叉处均需设置内天沟，这加大了屋面渗漏的风险，由于本工程钢结构为单层壳体，室内已无布置虹吸管的空间，内天沟排水也是个问题，依然无法避免屋面局部排水坡度为零的情况。
采用铝镁锰合金直立锁边屋面板作为防水层（建筑主体平面图见下图）。
2、屋面结构层设计
通过分析发现，采用不锈钢焊接屋面体系与铝合金竖向锁缝体系，虽然解决了本项目屋面的部分功能需求，但是在抗风、防水方面仍然存在较大的隐患。
经过反复比较，最终选定双层TPO防水卷材作为本工程屋面主防水层，上部加装铝单板装饰层，装饰板龙骨通过穿过防水层的小钢柱与主体结构连接，防水、抗风等首要功能得到解决，其他功能也作为本工程的难点和重点一一攻克。
这一做法既是传统的延续，又是一种创新。
TPO作为单层防水卷材屋面系统的主要材料之一，在我国应用较为广泛，但因其耐久性和美观性，在国内多用于工业建筑屋面。随着技术的成熟和进口品牌的推广应用，TPO等柔性卷材的耐久性较十年前已有明显提升。
但要保证它能达到和金属屋面一样的耐久性，适用于大型公共建筑，它的应用还需深入探索和创新。--采用双层TPO防水层。底层TPO采用传统的机械固定方式，即用专用胶将上层TPO与底层TPO粘结，覆盖住底层TPO，这样就避免了底层TPO与空气和紫外线的直接接触。
3.屋面工程设计特点
本屋面工程的设计特点：
1）采用双层TPO柔性防水卷材作为主要防水层
TPO防水卷材作为柔性材料，可应用于任意曲面且技术成熟，当卷材厚度大于1.5mm时，单层即可满足一级防水要求，考虑到本项目为机场建筑，对屋面使用寿命要求较高，尤其是覆盖一层铝单板装饰层，一旦出现渗漏，修补难度较大，因此采用双层TPO作为屋面防水层，并采用错层铺贴，最大程度避免渗漏，杜绝现场施工时操作不当造成漏水隐患。
2）屋面结构层底板兼作天花板
根据建筑师的设计，该航站楼没有单独的吊顶，直接将屋面结构层中的底板作为室内装饰吊顶使用。为了满足室内的建筑效果，底板需要采用带平槽的卡式底板，而不是常规的屋面。卡式底板的选择非常重要。如果采用高肋板，虽然可以作为屋面结构层的结构构件，节省檩条，但是其较大的刚度使其难以适应屋面的曲率，容易造成搭接错位、表面不平整影响美观。如果采用平条板进行装饰，其承载力不足，难以作为屋面结构层的承重层，屋面结构层需要有单独的支撑系统。这些因素增加了屋面结构层的设计难度。
高肋箱型承重楼板的美观问题
卡式钢板一般用于工业建筑的屋面或者内墙板，适用于跨度较大，节省檩条，由于卡式钢板厚度、宽度较大，成型后精度低，外观性差，特别是在三维曲面上铺装后，底面不平整，搭接处缝隙不均匀，容易开裂。
最后考虑到建筑效果，采用条形装饰底板，并在结构层增加支撑体系。
图为安装完成后的室内效果。
本工程屋面设计难点及解决方案
1、卷材防水层被柱子穿透处的加固防漏措施
在屋面结构层设计中，支撑装饰层龙骨的小钢柱需穿透TPO柔性防水卷材，为减少施工工作量及穿透可能带来的渗漏隐患，加大了支撑点间距，尽量减少支撑，但穿透点过远对单层网壳的受力及曲面不利，最终穿透点布置约为3.6mx1.8m，在小柱穿透位置，采用较多的柔性均质防水卷材包裹柱子，使防水卷材与柱子贴合更加紧密，避免施工过程中形成缝隙，造成漏水隐患。
2.装饰面板的布置和加工
在整个项目的设计过程中，均采用犀牛软件进行建模分析，不仅为设计前期的面分析、现场施工定位、龙骨放样、材料切割等提供了数据支持，还大大缩短了设计和切割周期，从而保证了项目按时顺利实施。同时也为虹吸雨水系统等其他屋面相关专业的精准安装提供了依据。
利用犀牛模型分析对屋面装饰板及檐口封板进行分类，简化切割工序，根据模型分析可知，主楼装饰板及檐口封板均为双曲面板，但考虑到双曲面板加工周期过长，成本过高，加工成本相对较高，所以在切割前利用犀牛模型进行精确排料分析，将板材分为平板、单曲、双曲三种，在降低成本、保证工期的前提下，最大程度匹配屋面曲线造型。
本工程檐口比较薄，檐口末端弧板半径只有100mm，因此檐口盖板采用的是蜂窝板与铝单板的组合，既发挥了蜂窝板平整度高的优点，又结合了铝单板的优点，铝单板的优点是易于加工成型。
3. 有效控制屋面排水分区
对于传统的带肋金属板而言，屋面排水具有方向性，即使是双曲屋面，大部分雨水也会顺着肋条方向排出，本项目屋面防水层为TPO防水卷材，安装后，表面若屋面平整，雨水会以最短的距离流向低洼处，容易造成雨水先聚集在屋面低洼处，再流向天沟，使得天沟雨水收集不均匀，而天沟内的虹吸落水管又不能充分排水，因此在TPO屋面上每隔3m设置挡水条，先将雨水按照排水隔板引导至天沟，再通过天沟内分布的虹吸雨水口排出。
4.主楼月牙形天窗
主楼共有28个月牙形天窗，每个天窗为不规则四边形网格，排烟窗为异形开启扇，由于每个窗口尺寸大小、角度均不相同，因此每个窗口必须单独加工，定制与转角组装无法通过型材开模批量生产，型材加工与转角组装工作量非常大，加工前施工人员必须到现场重新测量，确保准确无误。
由于侧窗外侧檐口在纵横两个方向均有坡度，排烟窗在横向开启时容易与檐口发生碰撞，通过犀牛建模提前分析，精准设计开启窗尺寸，有效避免了碰撞问题的发生。
主楼月牙形天窗实景
目前，我国大型公共建筑使用的屋面系统主要来自日本、欧洲等国家钢结构防水施工，系统比较成熟，防水层所用材料主要为钢板、铝合金板、不锈钢板等，在强风作用下容易发生破坏、漏水。开发和选择合适的屋面系统是专业屋面制造商和从业者面临的新课题和挑战。
桂林两江国际机场T2航站楼采用双层TPO防水卷材加装饰板的施工方式是一次大胆而有益的尝试，目前这一尝试在建筑造型、屋面功能要求、造价、施工等方面都取得了合理的结果，同时也希望它能够经受住时间的考验。
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