摘要：介绍了贵州“记忆六支”三线建设博物馆建筑碗形剧场椭球体双曲面金属屋面的设计与施工技术。重点介绍了我们在该项目金属屋面的设计和施工中采用的许多新技术和新工艺。介绍了如何使用铝箔丁基防水胶带进行粘结密封作为二次防水密封连接结构；如何设计完全溢流的环形排水沟；装饰板承插对接节点安装定位技术等，结合工程实际，采用创新设计和工艺方法，保证建筑的功能性。
关键词：全溢流环形排水天沟、铝箔丁基防水胶带、双曲面金属屋面、开槽定位节点。
一、简介
中国贵州六枝经济特区是中国煤都，是西南三线的中心。 20世纪60年代，随着三线决定发展贵州六盘水能源钢，成为三线第一个主要基地！当时的六枝经济特区位于贵州省朗代县。后来六枝特区、盘县、水城合并，形成现在的六盘水市，是贵州省的地级市。在大规模开发之前，这里是少数民族聚居的高山严寒之地。
“这是一座独特的博物馆，用最现代的表现手法展现了三线建设者的奋斗精神，展示了这片土地的自然历史和人文历史。”这里是伟邦国际建筑设计集团
著名建筑设计师王克先生对我说的第一句话就是钢结构屋面防水透气膜，他是这个博物馆的创意设计师，也是这个项目的组织者和实施者。
图1.1 元地宗矿洗煤厂及六枝记忆三线建设博物馆
二、博物馆项目概况
地宗矿洗煤厂及六枝记忆三线建设博物馆项目总用地面积：143494m2（共215亩），
总建筑面积24848平方米，其中一期总用地面积23342平方米（35亩），总建筑面积8652平方米。
一期为主题博物馆：包括碗形影院、接待中心、飞行影院和三线建设博物馆。利用现有建筑物进行改造。设计理念是修复老建筑，保护工业遗产。 （图1.1）
碗形剧场：建筑面积1800平方米，碗形环幕投影视野开阔，360度空间成像表现，立体感强。它采用高科技来显示投影图像，时尚震撼。
接待中心：建筑面积1026平方米，位于公园入口处。通过接待中心，可以查询园区情况，有效引导游客入园。 （在《泡沫铝板及双层防水施工技术在建筑外墙防护中的应用——贵州“六支记忆”三线建设博物馆》一文中有详细介绍）
三线建设博物馆：建筑面积3230平方米，主要是收集、收藏、展示、研究三线时期代表性人员和建设工业遗产的实体场所。
飞行影院：飞行影院建筑面积266平方米。整个屏幕布满了球体，六声道立体声效果，剧院里有一个动感的平台。它是集液压、电气自动化控制、计算机动画于一体的高科技系统工程。
3、碗形剧场椭球设计与建造技术
碗形剧场：建筑面积1800平方米，碗形环幕投影视野开阔，360度空间成像表现，立体感强。它采用高科技来显示投影图像，时尚震撼。碗形剧场的形状以水平方向为长轴、垂直方向为短轴分析为标准椭球体。表面采用异型铝单板装饰，具有浓郁的现代感。
3.1.椭圆碗形剧场外观照片
整个椭球体坐落在原“地宗矿洗煤厂”的一个长满青草和各种野花的斜坡上，古老而沧桑。它与过去的旧水塔、旧厂房、废弃的输送架等工业建筑融为一体。这个现代的椭球体与一组动感十足的几何菱形相互呼应，让博物馆显得更加神秘。 （图3.1）
碗状剧场椭球体由金属结构作为主体结构支撑。硬质防水板由檩条和次弧形钢管檩条支撑。底部硬质防水镀锌钢板（厚度1.5mm）之间采用铝箔。丁基橡胶防水胶带作为面板之间搭接处的防水连接结构。取代了以往硬质防水与防水板之间采用“Ω”型钢槽的做法。采用聚乙烯作为防潮屏障；保温层为80mm保温棉；外层防水层采用厚度0.9mm的扇形弧形板、直缝铝镁锰金属屋面板和防水透气膜。安装在高立缝上部，安装一根Φ50×3弧形铝支撑管。弧形铝管作为最外层彩色三维装饰面板的支撑部件。
我们在该项目球形双曲面金属屋面的设计和施工中采用了多项新技术、新工艺。例如，采用铝箔防水胶带作为二级防水结构（镀锌钢板硬质防水层）的粘结密封材料；采用全溢流环形排水沟；对口槽式节点定位、外装饰板安装等，采用新的设计和工艺方法，保证建筑的功能性。
3.1.主要钢结构及屋面檩条设计
该项目主体钢结构在设计过程中走了很多弯路。结构布局方案多次修改，但仍没有考虑外部金属屋顶的支撑结构体系，导致主体结构又增加了一层。层转移结构用于为支撑金属屋顶的环形檩条提供二次支撑。
主体钢结构布置在投影方向上采用矩形网格分布。球体中间的桁架分割尺寸和边缘处的桁架分割尺寸差别很大，特别是在边缘的四个角处。为了支撑环形副龙骨的支点，我们必须从主体钢结构的外侧经向增加一层垂直的钢檩条，以支撑水平布置的环形钢管檩条（纬向）。用作铝镁锰直立锁边金属屋面板及外墙装饰板的基础支撑结构。 （图3.1.1~3.1.4）
3.2.铝箔丁基胶带作为二次防水（硬质防水层）的密封材料
这个椭球体的内部是一个非常现代化的多维飞行剧场和剧院。表演时，整个画面充满了球体内部。游客或观众可以以传送带的形式在画面中畅游，体验多维、立体、飞翔的震撼。这是一套由电液等自动化设备控制的精密系统。因此，椭球体外部防护结构的各项物理性能指标要求非常高，尤其是防水性能要求极其严格。如果出现雨水渗入，将会对内部设施造成严重影响。
为了保证防水性能，我们外层采用立缝金属屋面防水层，中间采用防水透气膜软防水层钢结构屋面防水透气膜，最内侧采用1.5MM厚钢板硬防水层。这是为了保证整体屋顶的防水性能。尤其是这种1.5MM厚的钢板硬质防水层，其防水结构可以有效解决极端条件下的问题。如果水渗入保温层，可以进一步阻止水进入室内。
以前我们在使用这种硬质防水结构时，每块硬质防水板之间垂直采用“Ω”型钢槽，水平采用上下搭接，以防止水进入内部。但这种方法在加工和安装上造成一定困难，特别是水平接口处，容易出现错位、漏钉孔的情况，质量不易控制。
根据本项目的实际情况，为了彻底解决以往硬质防水层不严的问题，我们在本项目中首次采用了铝箔材料覆盖的防水胶带。用作基层钢板搭接的防水连接结构。
丁基防水胶带有多种类型。这里所说的防水胶带主要是指丁基橡胶防水密封胶带。其标准为《丁基橡胶防水密封胶带》JCT 942-2004，简称“丁基胶带”。那么什么是丁基橡胶胶带呢？标准中规定的语言为：“以饱和聚异丁烯橡胶、丁基橡胶、卤化丁基橡胶等为主要原料制成的具有粘接和密封功能的弹塑单面胶带或双面卷状胶带。”
我们在这个项目中使用了单面胶带。表面覆盖材料有金属铝箔和无纺布覆盖材料。厚度为1.5毫米，宽度为80毫米的丁基胶带。 （图3.2.1~3.2.3）
3.3.所有金属屋面板均采用弧形扇形面板。
在双曲面金属屋面板的布局设计中，可以采用金属面板的多种排列组合形式。但除了整体采用弧形扇形面板外，其他布置方式都会造成接口过多的问题。为了保证美观，可能会采用焊接或搭接的方式，这给屋面板的防水性能增加了很多不可控的因素。尤其是界面焊接的方法，在温度载荷作用下，可能会导致焊接接头产生裂纹、变形等诸多问题。为了保证椭球体的整体防水性能，我们采用了全铺铝镁锰金属弧形扇形板作为椭球体的外防护结构，其加工难度大，技术含量高，性价比高。成本低，但安装接口最少，综合性能好。 。 （图3.3.1~3.3.3）
球体长轴直径为43.1米，短轴直径为38.1米，球体距地面最大高度为20.4米；扇形板最小端部尺寸为140mm，扇形板最宽尺寸为490mm； （图3.3.2）
在布置扇形金属板时，我们使用椭球体的水平最大直径作为上下板之间的传递界面。接口上部为正向防水面板，接口下部为反向防水面板。反面防水板上的雨水可在自重作用下直接排至地面。 （图3.3.5~3.3.6）
从椭圆形顶部的排烟口开始，沿弧线向下，将扇形屋面板纵向分为四段。上两段采用搭接技术进行防水连接，中段采用两段垂直排水沟。下段在最大直径处通过向上压搭叠连接。 （图3.3.3~3.3.6）
这样，最大单板长度可控制在9米以内，防止金属面板在工作条件下受温度应力的影响而产生过度变形，从而对金属屋面的物理性能产生影响。
3.4.椭圆形金属屋面全溢流环形排水天沟
金属屋面不锈钢排水天沟是指建筑物顶部采用金属板作为防水屋面时，在金属屋面凹处设置的凹槽，用于收集雨水并通过有组织的方式排出雨水。排水管道系统。槽。一般用不锈钢板制作成“U”形或矩形的排水系统，称为不锈钢排水天沟。不锈钢天沟的作用是收集雨水，并通过排水管道系统有组织、快速地排出。
在设计排水天沟时，除了充分考虑其自身的排水、分水功能外，还需要考虑排水天沟是整个屋面系统的组成部分。其功能必须齐全。特别是保温、隔热、隔音、装饰性能必须根据不同的项目进行特殊设计。
本工程为基本完整的椭球双曲面金属屋面。排水沟设置在什么位置才能最好地收集和排水？我们根据项目的实际情况进行了模拟测试和实际测试。测量。根据其功能和原理，结合其他项目的设计案例，确定了不锈钢天沟的具体位置和断面形状尺寸。具体布置位置从椭球体的最大直径开始，即正斜面与反斜面扇形板的交点处。垂直向上5米的水平切点处设置不锈钢排水沟，这也是直径最大的环形檩条中的第五条水平檩条。 （图3.4.1~3.4.2）
天沟位置确定后，我们进行综合分析，保证天沟的排水功能和极端条件下的排水条件。从不锈钢排水天沟的截面设计到环形天沟在温度应力作用下的变形状态，以及这种水平天沟的纵向底部排水坡度如何设置以及排水系统的设置，进行了充分的论证和分析。最终确定了椭球水平环形不锈钢排水沟的设计方案。
本工程水平环形天沟长度117米（弧长）。它分为六个区域，每个区域的弧长为19.5米。根据天沟上部面积和当地雨水情况，计算集水量和水流速度。根据这些数据，确定在天沟的每段应安装两个重力落水系统。在相邻两段天沟的水平方向上，设计相对方向坡度为2%的排水沟（规范规定大于1%）。
在天沟的最低点，不锈钢槽短竖边的顶部位置设计有向外折叠的结构，用于排水。排水板与不锈钢水箱立板为一体。使排水板盖住直缝金属板的端部（图3.4.2）。使其形成水贴结构。确保在极端条件下，如果排水沟内的水无法顺利从排水口排出，可以利用排水沟垂直短边作为溢流口，让雨水顺利排到室外。
3.5.三角形立体外饰面板采用槽式定位安装节点。
外装饰板是彩色三角形立体外装饰板，它的设计给这个普通的椭球体增添了极大的立体感和活力。使球体的视觉效果更加丰富。
在最初的设计中，装饰面板是不规则的矩形面板。有平面面板和三维彩色面板。它们还通过圆环形铝管连接到立缝屋顶板系统。每块装饰面板均由上下两根铝管通过适配器支撑。这是一项非常成熟的技术。 （图3.5.1~3.5.5）
经过多次优化，最终确定装饰面层以三角形彩色立体装饰面板为主。其连接固定形式也是以最初的多点固定连接为基础。而是将上面的两个固定点连接起来，通过固定点将下边缘插入底板的上边缘。这样，连接更强，同时固定点减少1/3。
我们设计这个节点的目的是为了解决装饰面板从方形变成三角形后，后面的两根支撑铝管会暴露在视线中的问题。对室外装饰效果影响很大。我们将上铝支撑管向上移动，取消下支撑管。其连接固定是通过将插入点插入下快板板边缘来固定的。
这样，从外部看就看不到支撑环形铝管。这种全新的连接节点设计，不仅提高了连接的可靠性，还提高了外部装饰效果，同时将连接的铝管和连接件的数量减少了近一半。得到了全面的肯定。
4. 结论
近年来，超大型弧形建筑金属屋面，特别是双曲面金属屋面系统，在国内外大型建筑中得到越来越多的应用。我们应该看到，这些异形屋顶不仅给建筑增添了色彩，也给我们带来了很多麻烦。其中反应最强烈、问题最多的是渗水、漏水。这可以说是大型金属屋面质量的一个顽固问题，其原因应该是多方面的。板材之间的缝隙（胶缝）能否在各种工况下实时保证设计中要求的气密性、水密性等物理性能，是保证工程整体性能的一个非常重要的因素。 。再者，排水系统设计不到位，特别是排水天沟的设计没有充分分析工况下的适应性和协调性，导致不锈钢排水天沟失效，造成屋顶渗漏的严重后果。这些因素都值得我们研究和总结。
本文内容以该项目为背景，对方案设计、施工图设计、屋面施工过程中的技术问题进行分析和介绍。这是我在设计和实践中的经验总结和大胆探索。如果能为金属屋面系统设计者提供一些有益的启发，那就非常令人欣慰了。
六枝记忆·三线建设产业园位于贵州六枝经济特区地宗矿洗煤厂内，黔昆线、株洲至六盘水复线铁路穿过。从贵阳到六枝的时间仅需2个半小时左右；六枝记忆·三级建筑工业园距安顺、黄果树机场60公里。
如今，交通极为便利。希望大家看完这篇文章，能够收拾行李，去贵州的大山深处，去那带着一丝神秘的山谷。来到现场，感受只有在那里才能感受到的神秘气氛。 （图4.1、4.2）相信“三线建设博物馆”一定会震撼你的心灵！让你的思绪穿梭于过去与现在，给你一种与以前不同的感觉！
参考
[1]王德林，不锈钢排水沟设计，《建筑幕墙》，2017年第2期
[2]《采光屋面和金属屋面技术规定》，中华人民共和国行业标准，JGJ 255-2012
[3]王德林，金属屋面的排水与防水结构特点，《幕墙设计》，2019年第2期
[4]王德利勤，板式装配式金属屋面双层防水施工技术分析，《中国门窗幕墙行业技术与市场分析报告》，2018-2019年
作者单位：北京市德宏幕墙工程技术研究中心
专家介绍
王德钦
铝门窗幕墙委员会专家组
工作单位：北京德宏工程技术研究中心
技术职称：教授级高级工程师
专业：门窗幕墙标准编制、建筑玻璃、金属结构设计与研究
专长：大型金属屋面及双曲面索结构点支式玻璃幕墙的产品开发、节点设计、施工技术研究及应用。他是国内最早开发和推广点支式玻璃幕墙的人之一。
