概述
哈尔滨万达茂室内滑雪场东西长约500m，南北长约150m，最短约90m，水平投影面积约7万平方米，建筑最高处约120m，最低处约43m（图1）。本工程屋面结构为钢网架结构，屋面维护结构为立缝铝镁锰合金金属屋面系统。该项目具有体量巨大、海拔超高、风压极高、地处严寒地区等特点。为了使金属屋面工程系统安全可靠、经济合理，需要重点做好分区设计、抗风节点结构、防水排水、融雪除雪等工作。 、防雪、防坠落、防冰等设计工作。
图1 哈尔滨万达茂室内滑雪场建筑效果图
系统组成
金属屋面系统主要由面板层、防水保温层、隔汽层和压型钢板层组成。立缝金属屋面系统的常规方法是将铝合金T型支架固定在檩条上，然后将立缝金属板扣在固定支架的梅花头上，最后用电动封缝机将其密封。金属板 重叠的边缘咬合在一起。
本工程金属屋面系统结构从上到下为：1.0mm厚氟碳滚涂铝镁锰合金屋面板，规格：65/305（400），采用直缝扣结构防水结构；防水透气层选用0.49mm高密度纺粘聚乙烯防水透气材料；保温层采用150mm厚的中空玻璃棉；防潮隔汽层采用0.25mm聚烯烃涂层纺粘聚乙烯薄膜；底板采用0.6mm厚彩压镀锌钢板底板，波纹高度30mm。其标准构建系统方法如图2所示。
图2 金属屋面标准施工体系
金属屋顶设计要点
3.1
复杂幕墙简介
直立锁边金属屋面板的布置原则应沿水流方向。屋面板的排水坡度不宜小于5%，以利于排水顺畅。根据这种屋顶造型的特点，纵向东西两侧的屋顶都是平缓区域，坡度很小。平缓地区屋面板纵向布置钢结构伸缩缝间距，不能满足排水坡度要求。纵向中部的屋顶是坡度较大的区域，与水平面成一定角度。达到14°左右，如果屋面板纵向布置，冬季将无法阻挡该区域的积雪，并且会增加该区域屋顶雪滑落的概率。横断面从屋脊向两侧为5%双坡屋面，因此本工程屋面板布置方向设置为横向，既能满足排水坡度要求，又有利于冬天挡雪，防止雪滑。斜屋顶立面图如图3所示，剖面图如图4所示。
图3 金属屋顶立面图
图4 金属屋面剖面图
3.2
分区设计
根据屋面工程风洞试验结果《50年重现期极压（kN/m2）统计最小值分布图》，屋面工程风洞试验荷载分布呈现明显的不规则性。为了实现结构安全并节省材料使用，金属屋面设计为根据风荷载值进行分区。
经分析，本工程屋面分为10个区域（图5），其中400mm宽板型分为4个区域，305mm宽板型分为6个区域。根据不同地区的最大风压值，采用不同的结构体系组进行风升力实验。根据风拔试验结果，确定了结构檩条间距、抗风夹具尺寸、间距及使用范围、T型支撑间距及范围。尺寸。
金属屋面共采用7个标准施工体系，其中400mm宽板型归纳为3个标准施工体系，305mm宽板型归纳为4个标准施工体系。各标准施工体系的檩条间距及抗风夹使用量如表1、表2所示，标准施工节点见表6、7。
表1 400mm宽板标准施工体系檩条间距及抗风夹的使用
表2 305mm宽板标准施工体系檩条间距及抗风夹使用情况
图5 金属屋面典型分区图
图6 标准结构截面节点
图7 标准结构纵截面节点
3.3
排水沟设计
根据建筑屋面坡度，采用的排水方案为：纵向水流优先，大部分沿坡度较大的长边方向流动，横向水流则从坡度较大的一侧流动靠近边缘处进入两侧排水沟；考虑到主屋顶有大量雨水。沿屋檐设置一圈排水沟。屋顶中部区域沿横向设计了3条水平排水沟，用于收集雨水。雨水通过排水沟内的雨水斗收集，通过桁架内敷设的横向钢管沿桁架向下流动，沿柱或管井连接至服务区上部至地面排放至室外。排水沟断面宽度和高度根据当地雨水量和建筑物集水面积计算确定，采用虹吸排水。由于屋面排水沟长度较长，采用分段排水方式，在距离不大于30m处设置一段伸缩缝。每段排水沟应设置有孔不锈钢挡水板，间距不大于10m。由于排水沟两侧的屋面板属于比较薄弱的位置，容易被风掀起，所以排水沟两侧的屋面板筋全部采用抗风夹加固，以增强屋面的抗风能力面板。天沟伸缩缝如图8所示，天沟挡水板如图9所示。
图8 天沟伸缩缝等轴测图
图9 天沟挡板等轴测图
3.4
融雪和除雪措施
由于本项目地处严寒地区，冬季客观存在的冰雪是必须考虑的因素。结构设计中除充分考虑雪荷载外，还需考虑冬季屋面冰雪的融雪和除雪措施。本项目考虑总用电限额要求，在易积水结冰的排水沟底部、落水管口处采取敷设加热电缆的措施，防止屋顶融冰雪水渗入。停留在排水沟和落水管开口处。使屋顶排水沟始终保持排水通道畅通不结冰，达到既经济又实用的最佳效果。融雪装置设置详情见图10。
由于屋顶体积巨大，屋顶结构设计时已充分考虑雪荷载，正常天气情况下不考虑屋顶除雪。在极端气候条件下，荷载可能超过设计考虑时，可考虑组织人员通过屋顶东、西分别设置的上部沙井清除屋顶积雪，并利用地面消防机械，采用人工和消防相结合的方式进行清除。机械除雪。清除积雪的方法。
图10 融雪装置设置示意图
3.5
防雪防坠落装置
本项目位于东北严寒地区，年降雪量较大。竖缝金属屋面内垂直和水平安装有挡雪装置。由于沿山脊向两侧横向坡度为5%，坡度不大，故沿纵向设置6根间距不大于25m的纵向挡雪杆；而屋顶纵向中间区域坡度较大，所以沿横向设置26个间距。不大于
10m水平挡雪杆；屋顶东西纵向坡度较小的平缓地区基本不存在纵向雪滑现象，因此不设置水平挡雪杆。
定期屋顶检查、暴风雪后屋顶和排水沟的清理、屋顶改造等都需要人员在屋顶上工作。为保证屋顶作业人员的安全，应安装防坠落装置。防坠落装置系统由不锈钢钢缆和屋顶固定底座支架组成。屋顶固定底座使用铝夹固定在屋顶板上。车顶固定底座设计为减震器。一旦发生坠落钢结构伸缩缝间距，它会发生变形，以减弱坠落的冲击力，并确保底座安全地固定在屋顶板上。本项目在不锈钢拉索上每隔5m安装一个中间固定座（图11）。
图11 防坠落系统图
3.6
复杂幕墙简介
由于该项目位于哈尔滨严寒地区，冬季降雪较多，初冬和春季檐口很容易结冰。为了防止落冰风险，综合考虑建筑造型效果和总耗电量限制要求后，整个立面的檐口做成向上的鹰嘴形状，并在滴水位置安装了电暖气。制定防止结冰发生的措施。
3.7
复杂幕墙简介
屋面工程主体钢结构分为东区、中区、西区三部分。在主体结构隔断连接处，外防护结构金属屋面需设置变形缝结构，以适应主体结构的变形。变形缝结构需能适应主体结构的变形，但不得降低该部位金属屋面的主要物理性能要求。为适应主体结构变形，保证屋面系统性能不被破坏，变形缝处金属屋面板下部构造如下：压制穿孔镀锌钢板底板采用V形基板边片、隔汽层和防水透气层采用层压部分材料的方法，保证主体结构变形时屋面主要物理性能满足要求。屋面变形缝标准结构如图12所示。
图12 屋面变形缝标准结构
3.8
防火设计
作为大型公共建筑，屋面材料的防火性能也非常重要。本工程使用的铝镁锰合金屋面板、镀锌钢基板、防火棉、保温棉、螺丝、铝合金配件等均为不燃材料。如果发生火灾或其他意外情况，屋顶系统不会燃烧。它不会产生有毒气体，使屋顶系统防火且安全。
完全可靠。
3.9
防雷设计
根据《建筑物防雷设计规范》，如果金属屋面板下无易燃材料且面板厚度不小于0.65mm，则屋面板可直接用作接风口。本项目金属屋面板采用1.0mm厚的铝锰镁合金板。在防雷设计中，直接采用金属屋顶作为接闪器。通过固定网格交叉点设置引下线，将电流引至主体钢结构檩条预留接头处。 ，形成防雷系统。屋顶防雷下射点采用150mm×40mm×4mm镀锌钢带；它们以9m×10m的间隔分布在整个屋顶上。目前方向为：屋面板→T型铝支撑→150mm×40mm×4mm扁钢连接件→檩条系统→主体钢结构→接地点。屋顶防雷标准结构如图13所示。
图13 屋顶防雷标准结构
结论
哈尔滨万达茂立缝金属屋面工程体量巨大、高度极高，这在国内外现有金属屋面工程中并不多见。合理的分区设计和结构设计是非常必要和重要的。该项目在设计和抗风试验过程中遇到了很多困难和技术问题。本文重点介绍金属屋面设计过程中的一些设计要点和详细结构措施，供技术人员参考。
在金属屋面的设计过程中，发现金属屋面施工体系中还存在尚未充分研究的技术点。例如，金属屋面板与T型支撑的连接强度没有精确的计算理论，缺乏计算公式。连接强度主要通过实验来验证。这会给设计工作带来一定程度的不确定性，测试模拟有偏差时很容易产生安全隐患。因此，我国幕墙科研技术人员需要开展关键技术攻关，更好地实现立缝金属屋面的安全可靠。又实用。
作者简介：梁云东，中国建筑科学研究院建筑技术工程咨询设计院幕墙研究所副总工程师、幕墙技术研究中心总工程师，高级工程师。毕业于哈尔滨工业大学，长期从事建筑幕墙设计及技术咨询工作。主持和参与的主要项目有：中央电视台新台址主楼、义乌世界贸易中心、长春一汽研发中心、滨海信息安全产业园、昆明西山万达广场、武汉长城汇、哈尔滨万达茂滑雪场、哈尔滨万达酒店集团等
注：本文为原创，发表于《建筑幕墙》杂志2016年12月第4期。
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