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浅谈济南奥体中心游泳馆外围护设计和施工

来源:用户上传      作者: 李业华

  摘 要:本方案优化设计的重点是游泳馆外围护系统工程,主要包括:外围护系统穿孔铝板、铝镁锰金属屋面、金属格栅、自动排烟天窗、防雨百叶等加工及安装;辅助设施如檐口、泛水板、天沟、雨水管、檩条等加工及安装。
  关键词:奥体中心游泳馆; 外围护结构;设计;施工
  中图分类号:TU24 文献标识码:A
  一、工程概况
  济南奥林匹克体育中心位于山东省济南市东部新城区龙洞地区,规划建设用地北临经十东路,南临体育北路,西临体育西路,东临体育东路。游泳馆是济南奥林匹克体育中心主体建筑之一,位于奥体中心东区中轴线北侧,与中轴线南侧的网球中心相对,其东南侧为体育馆。
  二、济南奥体中心游泳馆外围护系统设计理念分析
  外装饰工程是建筑的个性,能给人最直接的冲击和表现,直接决定工程外部形象和对地区的影响力。济南奥林匹克中心游泳馆作为该体育中心的主体建筑之一,是济南市城市建设的重点项目,标志着一个城市的体育事业发展和精神文明建设成果。也是济南向世界展示城市形象、展示东方文化的窗口,其围护系统工程的重要性不言而喻。
  外围护系统作为特种建筑工程,有着与普通建筑外饰不同的设计要求,它既要求具有一定的装饰效果,以体现建筑风格,更强调建筑的功能实现,因而我们的设计指导思想是:充分体现建筑风格、结构合理、功能完善、安全可靠、经济实用。设计理念是:
  a.最大化地实现建筑独特的、全新的艺术效果,并合理推荐选用结构、材料;
  b.充分考虑维护结构的功能性、经济合理性,有效控制工程成本,使效果、功能、造价趋于平衡;
  c.应用新结构、新技术、新材料,使工程具有鲜明个性,突出社会宣传的亮点。
  三、济南奥体中心游泳馆外围护系统设计的重点分析
  (一)最大化地实现建筑的风格、饰面效果
  a.采用逐点三维放样,重点解决穿孔铝板以平面板拟合空间曲面造型问题。同时,对长板的变形伸缩也给予充分考虑。确保平滑过渡、圆润和谐的艺术效果和经济实用性。
  b.采用大板块分格设计,板块方向基本尊重原设计不变,以保证建筑造型的整体性和流线形。铝镁锰金属板大面采用横向矩形分格;穿孔铝板采用横向梯形分格;格栅也采用横向布置,间距为500mm。该分格大小得当,横竖向搭配合理,纹理间体现着柳叶的造型。
  c.通过面材颜色的合理搭配来体现建筑的特色和风格。通过对铝镁锰金属板和格栅及穿孔铝板有机搭配,可体现建筑干净整洁、素雅大方的现代风格。
  (二)重点把握外围护系统的功能性设计,充分考虑工程特点,合理选用结构体系及材料:
  a.铝镁锰金属板采用0.9mm厚铝镁锰合金屋面板,直立锁边高度65mm,锁边宽度400mm。先进而可靠的直立锁边结构系统,重点解决变形伸缩、密封及排水问题,确保各项性能优良。
  b.穿孔铝板选用3mm铝单板,双面氟碳喷涂处理,强度、刚度、美观性均较好。
  c.其他各种材料均选用国内优质的材料,确保工程的质量和耐久性。
  (三)注重细部处理,做到“安全、节能、环保、经济实用”。
  a.防腐设计:外围护系统安装龙骨多采用钢结构,因而防腐设计极其重要,本方案从材料选用、防腐方法选择和工艺保证等多方面综合考虑。钢材防腐做法:钢材全部大型设备抛丸处理(Sa2.5级)。底漆:水性无机富锌2道,涂层厚度2X35um;中间漆:环氧云铁2道,涂层厚度2X35um;面漆:聚氨酯2道,涂层厚度2X35um。
  b.防火设计:防火性能设计和防火等级大小,是衡量幕墙功能优良与否的一个重要指标。本方案严格按照《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)和《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045—2005)执行,装饰材料全部是阻燃或不燃烧体,表面不起火、不蔓延。
  c.排水与防水设计:做为屋面系统工程,排水与防水性能的好坏可谓是本工程成功与否的关键。该工程的防水主要部位是铝镁锰板金属屋面,采用直立锁边屋面板系统来实现。
  屋面的雨水通过设置排水天沟来集中排放。天沟采用3mm钢板制作,表面做防腐处理后再采用新型“聚脲”防水材料进行处理。
  排水天沟横向联合采用咬合安装、长度方向采用伸缩缝结构,可适应屋面各部位因温差而产生的伸缩变形。
  d.防雷设计:根据建筑防雷设计规范,0.5mm以上的金属屋面板可以作为接闪器。经由屋面板接入的雷电电流,直接导入钢构接地。保证建筑的安全,防止雷电损害。
  e.合理布置屋面及外围护系统的檩条,做到既能满足强度、刚度要求,又经济,同时内外视美观、舒展。
  f.温度变形性能:任何材料都会有热涨冷缩的现象,对金属屋面而言普遍存在着如何解决温度变形和温度应力的难题,处理不好必然带来屋面板起拱、漏水等一系列问题。本工程铝合金屋面板由于采用直立锁边固定方式,铝合金固定座仅限制屋面板在板宽方向和上下方向的移动,并不限制屋面板沿板长方向的自由度,因此屋面板在温度变化时能够在固定座上自由滑动伸缩,不会产生温度应力,这样便有效解决了其他板型难以克服的温度变形问题,保证了屋面板各项性能的可靠性。
  (四)充分考虑结构安装施工的可行性、便捷性、经济性,做到结构先进、可行、优越。
  四、济南奥体中心游泳馆外围护系统设计和施工
  (一)穿孔铝板围护系统
  穿孔铝单板系统为空间曲面造型,板块造型独特、复杂,在结构设计、材料加工及现场安装施工方面均具有较大的难度。如何拟合平滑过渡的空间曲面,以及保证系统的热胀冷缩变形吸收问题,是本部分设计的重点。
  1 穿孔铝单板分格设计
  基本遵循原设计方案的思路,按原设计肌理方向分格,即采用横向通长设计,经过三维空间绘制与划分,形成的板块多数为梯形平面板块、边角部为三角形或不规则四边形平面板块,板块最长约4000mm,高度约1000mm。   2 穿孔铝单板安装方案及节点连接设计与施工
  (1)龙骨结构设计
  a.沿柳叶纹理方向布置檩条,主檩条采用120X60X3.75钢方管制作,主檩条与钢结构主桁架相接,次檩条根据檩条跨度分别选用100×50×3.75、80×50×3.75、50×50×3.75三种钢管。
  b.檩条防腐底漆采用两道富锌底漆,每道膜厚不低于35μm,干膜含锌量大于90%;两道环氧云铁漆,每到漆膜厚度不低于35μm;两道聚氨脂面漆,厚度不低于35μm。
  (2)穿孔铝板安装方案设计
  安装方式是:采用两边固定方式。首先通过连接角铝与铝板连接(铝板上固定角铝的间距:300mm,采用φ5X16不锈钢抽芯铆钉固定)。再通过ST5.5X25自钻自攻螺钉将角铝固定在檩条上,龙骨安装采用直接焊接,焊缝等级为3级。
  3 主要材料选用
  穿孔铝单板选用国产优质3mm厚3003H44铝合金单板,双面氟碳喷涂处理,颜色:见封样色卡,穿孔孔径70mm,穿孔率为40%。钢檩条选用山钢生产的优质Q235B钢型材。
  (二)铝格栅围护系统设计
  1 格栅分格及结构设计
  (1)格栅布置方向与原设计肌理一致,即沿水平面横向通长布置,高度间距为500mm。格栅由200x50x2.5梭形格栅制作,表面氟碳喷涂处理,开放式结构,两端用连接件直接与钢龙骨连接。
  (2)连接件采用Q235B钢材制作的圆钢管,连接件与短头钢档板焊接,格栅通过自攻钉与断头钢档板连接。
  2 主要材料选用
  格栅铝合金型材外表面氟碳喷涂处理,符合国标《铝合金建筑型材》GB/T5237.1—6-2004的规定。
  3 格栅系统的设计特点
  (1)由于格栅表面银色氟碳喷涂处理,表面光洁度高,装饰性强,质量可靠,使用年限长。
  (2)型材惯性矩根据尺寸规格设计,并采用加强措施,因此强度高,不易弯曲变形。结构坚固可靠,抗变形性能好。
  (3)造型设计美观、安装便捷,分布间距合理。
  (三)铝镁锰金属板屋面的设计
  铝镁锰金属板位于游泳馆屋面的外围部分,面积20460平方米,是游泳馆屋面最主要的部分。采用先进的直立锁边金属复合屋面系统。
  1 主要排布方式有两种:
  (1)分布在在游泳馆屋面部分,呈平面矩形;
  (2)分布在主桁架与柳叶弦杆之间的屋面,多数为平面布置,局部为曲面“扇形”。
  2 铝镁锰金属板构造形式:
  (1)室外部分屋面(外围柳叶部位)
  室外部分具体构造如下:1.0mm厚穿孔铝衬板、钢管檩条、铝合金固定座、150mm厚保温棉带单层铝箔防潮层和铝镁锰合金屋面板。这种构造能够保证建筑物的防水、保温、隔音要求,满足建筑外观要求。
  (2)室内部分屋面
  室内部分具体构造如下:1.0mm厚穿孔铝衬板、50mm厚吸声棉、镀锌钢丝网、铝合金固定座、150mm厚保温棉带单层铝箔防潮层和铝镁锰合金屋面板。这种构造能够保证建筑物的防水、保温、隔音要求,同时构造美观,满足建筑外观要求。
  3 铝镁锰金属板的固定方式
  铝镁锰合金屋面系统采用先进的直立锁边固定方式,从根本上杜绝了传统螺钉穿透固定方式带来的漏水隐患。直立锁边屋面板的固定,首先是将铝合金固定座用钢螺钉固定于钢檩条,再将屋面板扣在铝合金固定座的梅花头上,最后用电动锁边机将屋面板的搭接边咬合在一起。由于采用了直立锁边固定方式,屋面没有螺钉外露,整个屋面不但美观、整洁,而且杜绝了因螺钉外露而造成的漏水隐患。
  4 配件的选用
  为保证屋面系统的安全性,在配件的选择上特别是受力构件的选择上精益求精。如固定座铝合金型材,设计强度达220MPa,能够满足受力计算需要。固定座的固定螺钉选用钢螺钉,可以避免日久天长产生腐蚀导致连接失效,威胁到屋面系统的安全。
  五、济南奥体中心游泳馆结构施工设计的注意事项
  (一)材料选用
  在材料选择上,以使用耐腐蚀性材料为选材原则:
  穿孔铝单板表面氟碳喷涂处理,氟碳树脂处理时,氟碳树脂含量不低于75%,三道或四道氟碳树脂涂层厚度大于40μm;氟碳树脂涂层的物理性能、机械性能、热性能符合有关规定,在使用年限内(25—50年)内不发生褪色、起泡、开裂、剥落等现象。
  铝镁锰合金板具有比普通铝合金更好的防腐和耐久性,特别是在酸性的环境下。经过权威机构认证,在一般环境下,采用该材料制作的板的使用寿命超过50年。底衬板采用1.0mm铝衬板能达到更好的防腐效果。
  格栅及铝合金型材选用6063T5高精级铝合金型材,外露表面氟碳喷涂处理,氟碳喷涂处理时,氟碳树脂含量不低于75%,三道或四道氟碳树脂涂层厚度大于40μm。
  对于系统采用的钢制零部件及现场焊接处理时,作相宜的防护处理。所有碳钢结构件外表面均做防腐处理,钢件所需工艺孔等加工部位均在厂内加工好,然后必须喷砂除锈和清扫处理,以增强表面材料的附着力和耐久性,之后采用两道富锌底漆,每道膜厚不低于35μm;两道环氧云铁漆,每道漆膜厚度不低于35μm;两道聚氨脂面漆,每道厚度不低于35μm。
  所有螺栓、螺母、螺丝、垫圈等附件均选用不锈钢件。所有的密封件为耐腐蚀的非金属材料。不同金属材料之间加设绝缘垫片,以防止电化腐蚀。
  (二)工艺保证
  所有钢转接件外表面均做防腐处理,采用两道富锌底漆,每道膜厚不低于35μm;两道环氧云铁漆,每道漆膜厚度不低于35μm;两道聚氨脂面漆,每道厚度不低于35μm。
  (三)一般涂装配套表(见表1)
  结语
  在济南奥体中心游泳馆外围护系统结构的优化设计和施工中,要认真按照图纸数据进行施工设计,严格执行规范的规定,达到满足建筑风格、结构合理、功能完善、安全可靠、经济实用的要求。
  参考文献
  [1]中国地震工程力学研究所.济南奥利匹克体育中心工程场地地震安全性评价报告[R].2006.
  [2]GB50011-2010,混凝土结构设计规范[S].
  [3]GB500-2006,建筑结构荷载规范[S].
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