用石头来展现建筑奇特的非线性空间曲面——中央美院美术馆的板岩屋面的工程技术_技术

由于外部的建筑造型所致，该项目的金属屋面（词条“金属屋面”由行业大百科提供）部分与建筑幕墙部分没有一个明确的分界线。如果按国家标准来区分幕墙和屋面，就是与水平面大于75°的为建筑幕墙，小于75°的为屋面。幕墙与屋面从节点设计到强度计算以及材料的使用，都有着很大的差异。为确保项目的安全性能和使用性能，我们在设计中根据本工程项目的实际情况进行整体设计，不论是幕墙还是屋面、采光顶将其有机地结合在一起，综合考虑技术指标。 　　2、 非线性板岩石材幕墙、屋面的设计 　　2.1、主体支撑结构 　　本工程的主体结构是地下2层到地上3层均为钢筋混凝土结构。3层以上为型钢曲面钢结构，弯曲的钢柱主要是“H”形型钢，在竖向结构的顶部钢结构与多榀鱼腹式钢桁架（词条“钢桁架”由行业大百科提供）梁连接，按设计要求形成了异形双曲面钢结构的壳体，钢构件之间采用了高强螺栓定位焊接的方案。(如图2.1.1~2.1.2) 　　由于该项目的屋面和墙面的外装饰面板采用了30mm厚的青石板岩，按石材自重和转接件的重量，每平方米就又增加近10Kg的长期荷载。为确保建筑的安全，在钢结构梁柱外又增加了二次钢檩条（词条“檩条”由行业大百科提供）。钢檩条在起到增强主体结构稳定性的同时，对底层镀锌钢板硬防水层的固定、“T”型角码和铝镁锰板防水板的安装起到非常重要的作用。(如图2.1.3~2.1.4) 　　2.2、金属屋面系统（词条“金属屋面系统”由行业大百科提供）的构造 　　建筑的整体外形是由多个不规则的双曲面体形有机顺滑的集合成一个不规则的异型体。主体结构为钢结构支撑系统，其外表的幕墙材料和屋面材料为天然板岩石材,其防水功能层是由直立锁边的铝镁锰金属屋面板构成的。 　　由于其体型和功能的要求，对金属屋面来说，其设计与施工的难度很大，必须结合实际工程情况采取特殊的、能够适应本项工程的结构，节点设计和施工工艺方案才能顺利完成本项工程。本工程屋面系统的构造如下：(自下而上) 　　主体支撑钢结构;可进行双向调整的连接角码;二次钢檩条;底层硬质防水镀锌钢板(厚度为1.5mm);聚乙烯防潮隔层;防水板T型支座系统;双层50mm保温棉;铝镁锰金属屋面板(锤纹板)，厚度为1.0mm，高直立锁边;转接件，铝合金材质的连接装置;弧形铝支撑管;转接件，铝合金材质的背栓（词条“背栓”由行业大百科提供）石材连接装置;面层石材为30mm厚的天然板岩。 　　2.3、 底层硬质防水板、防潮、隔声、保温层的设计： 　　2.3.1、 屋面底板的做法有很多 ，可以用软防水、用压型钢板以及聚安脂硬泡等。但由于本工程的金属屋面为不规则的双曲面，这些做法都无法解决双曲扇形面伸缩变形的问题。采用1.5mm厚的镀锌钢板根据曲面的走向铺设成硬防水层(如图2.3.1.1~2.3.1.2)。不但解决了扇形排版问题，同时也为安装过程中施工人员提供了可靠的安全踏板，避免在施工时损坏下层底板。 　　根据异型双曲金属屋面的生产经验，结合本项目的特点，我们在金属屋面系统的外层，选用高直立锁边铝镁锰金属面层防水板，在底层采用1.5mm厚的镀锌钢板做底层的防水层，用双层防水的方案来确保屋面系统的防水性能。 　　为了保证二次防水和提高钢板的平面外刚度（词条“刚度”由行业大百科提供），在节点设计时确定了在左右两块钢板之间折直角边，并加盖“Ω”型钢槽(如图2.3.1.1)。上下两块钢板在安装时上板压下板边180mm，来保证其防水性能。 　　2.3.2、防潮层：在金属屋面的使用过程中，为防止室内潮气进入玻璃棉，在玻璃棉的下侧加贴隔气、隔潮、反射热辐射的铝箔隔气层，和聚乙烯防潮隔气层。厚度≮9μm。为防止室外潮气进入玻璃棉，常在玻璃棉的外侧加贴防水透气膜，起隔潮防潮作用。但在本项目具体施工时考虑到,这样复杂的双曲面外形采用防水透气膜在安装过程中无法保证其完整性。同时考虑到防水透气膜是易燃物，在施工过程中容易引起火灾，故此取消了采用防水透气膜的设计。 　　2.3.3、玻璃棉保温层： 　　根据招标图纸和招标技术文件的要求，在进行屋面保温隔热计算后，最终确定保温层为100mm厚超细玻璃棉，容重为24kg/m3，玻璃棉的导热系数为0.036K(W/m°C)。为保证工程质量，达到节能的目标，在深化设计中采用的玻璃棉制品是经高温熔融，由高速离心设备制成无机纤维后，再加入特制粘结剂和防尘油经摆动带铺毡并通过特殊设备改变纤维排列结构，最后经固化定型而成的新型轻质保温材料。 　　轻质保温材料具有如下特点： 　　1)、耐腐蚀性（词条“耐腐蚀性”由行业大百科提供）能：此种玻璃纤维棉性能稳定持久，且对钢材腐蚀有抑制作用，不会与钢板间发生任何电化学反应，据有关标准的规定测定，保温棉等PH值为7.1。 　　2)、防火性能：根据中国国家标准 GB50016及中国国家防火建筑材料监督检验测试中心的检测判定，保温棉不燃性(A级)合格。 　　3)、环保性能：玻璃纤维较细，不含渣球(0%--GB/T5480.5)，使玻璃棉的导热系数较低，对人体皮肤刺激较小。 　　4)、抗潮湿性能：保温棉在温度49C，相对湿度90%，常压下通过ASTME84测试，吸湿量低于2%,如本产品被渍湿，干燥后保温性能完全恢复。