世博会主题馆金属屋面防水工程特点及分析

中国2010年上海世博会主题馆是世博会永久保留建筑之一，位于上海世博会B片区。主题馆设计引入了“上海里弄”“老虎窗”等地方建筑特色，屋面三角形的连续构架，令人联想到风筝、纸飞机、飞鸟等象征自由、美好生活的元素。 　　屋面主桁架分为东区和西区两部分，主桁架的截面为正三角形，上弦和下弦的轴线标高差为3000mm，东区主桁架共9榀，每榀总长144米，由4根柱子支撑；西区主桁架共9榀，每榀总长126米，两端坐在柱子上，下方为两条通长预应力拉索。另外还有5组联系桁架连接主桁架，南北两侧还有两组边桁架和挑檐等附属结构。 　　世博馆金属屋面防水工程特点及分析 　　本次防水工程施工具有以下施工特点： 　　（1）工期紧迫，任务异常繁重，施工技术难度大。屋面系统总量约15000吨的钢结构，原计划在5个月内完成屋面防水施工，同时其它专业施工交叉作业或同时施工； 　　（2）防水施工工作面窄——按本项目总体进度安排，在每块屋盖钢结构吊装时，地下室顶板已经施工完成，拼装及吊装工作面仅在每个分块的地下室顶板上进行； 　　（3）材料堆放与现场拼装空间定位难度大——构件大多为空间三维构件，就位和定位难度大； 　　（4）屋面系统跨度大——东区跨度144米，一榀桁架最重达80吨。西区为126m大跨度折线双索空间张弦桁架体系，跨度居国内之首。 　　面对这些困难，通过专家论证，采取“总体布局，分段瓦解，各个击破”的战术，确立并采用了“依靠技术领先的房上防自保护型防水系统，实现整体屋面无缝防水”的施工方案。 　　东区屋面施工——桁架滑移 　　本工程东区地下室顶板的承载力有限，如果使用整体吊装方案，就需要对原有顶板进行加固措施，已使其能够承受大型起重机的重量；况且该工程工期紧张，各个工种之间交叉作业密集，施工作业面紧张；为了合理利用作业空间，其它工种让出作业区，并且综合考虑施工方案的经济性，高效性，特采取在东区屋面的A～C轴搭设高空安装平台，由南向北累计滑移的施工方案。 　　滑移施工的整体工艺流程 　　整体工艺流程为： 　　（1）设置临时支撑和拼装胎架； 　　（2）安装布置滑移钢梁，铺设滑移轨道； 　　（3）在拼装胎架上分段组装第一组桁架； 　　（4）液压爬行系统设备安装、调试，第一组桁架滑移； 　　（5）继续在拼装胎架上分段组装桁架； 　　（6）如第四、五步，累积滑移A-W轴桁架； 　　（7）桁架整体滑移到位； 　　（8）在吊车配合下，拆除滑移设施（爬行设备、轨道梁等）。 　　（9）卸载 　　钢结构桁架在B轴外侧的拼装胎架上分段组装，由南向北（A轴向W轴）滑移。 　　滑移的保证措施 　　（1）在两侧结构钢柱上端钢板垫块下面加焊定向卡块，用来保证桁架延轴线方向滑移，防止桁架在动态行程中产生偏移与扭转，确保终滑移到位时的状态与拼装时的状态一致，保证滑移的准确，就位精准。 　　（2）液压同步滑移施工技术是采用PC控制，通过数据反馈和控制指令传递，可实现全自动同步动作、负载均衡、姿态矫正、应力控制、操作闭锁、过程显示和故障报警等多种功能。是自动控制原理在施工技术中的一次成功运用。 　　胎架及滑移轨道布置 　　每榀桁架的主管桁架、联系桁架、檩条和支撑等构件均在A轴两侧的胎架上进行拼装焊接，这样固定拼装施工作业区，即保证了安全，又因为避免了施工，机械的转场时间，提高了拼装速度。每榀主桁架分8段，每段15-18m，均在跨端组装。利用地上部分原钢结构框架，在10、15、20、25轴分别设置1条滑移轨道，采用标准50kg级轨道，通过轨道压板固定在轨道梁（结构框架梁）上，4条轨道间距均为45m。 　　滑移控制 　　采用超大型构件液压同步滑移施工技术和自锁型液压爬行器。每条轨道配置两组爬行器，整个桁架滑移共配置8组TJG-1000型液压爬行器。 　　每条轨道配置2个专业人员全程监控，同步滑移速度约为10m/h。同时，在地面用计算机全程监控，发现不正常信号或者滑移不同步，及时停止。 　　实施情况 　　“跨端组装、累计滑移”的钢结构施工方案，解决了大型吊机无法直接上地下室顶板进行吊装的难题，滑移由南向北进行，与北面地上部分钢结构框架的吊装施工形成流水作业。通过合理布置2台吊机，充分利用其优势，在跨端重复进行管桁架、檩条、支撑等安装工作，施工效率大大提高。 　　屋面钢结构滑移到位后，9榀桁架形成一个整体，所有屋面檩条高强度螺栓施工、焊接完毕后进行卸载。四条轨道的卸载量分别为20mm（10轴）、20mm（15轴）、15（20轴）mm、20mm（25轴），其中20轴流出5mm作为柱头焊接间隙。卸载采用液压千斤顶，按多次循环与位移控制相结合的原则，实现整体同步分级卸载。 　　西区屋面桁架分段吊装 　　基本情况 　　西区屋面为管桁架、张弦桁架屋面体系，张弦桁架共9榀，跨度126m，间距18m，上弦为倒三角管桁架，下弦索采用2根1670级高强钢丝束索。 　　方案选用 　　由于西区无地下室，场地条件比较好、地面承载力大，故上弦管桁架采取现场分段吊装。 　　实施过程 　　首先分3段在地面拼装成单元，并在撑杆位置附近设这2个临时高空组装胎架，采用300t履带式起重机CC2000型将3段分别吊装至十二级位置，搁置在临时胎架和结构支座上，在高空焊接组装成整体。 　　桁架起拱：主要考虑桁架自重下挠（要通过设计院计算）及拉索张拉施工，同时考虑分区桁架对接口的问题。 　　桁架间的屋面檩条和支撑采取25t汽车吊在跨间吊装。 在钢结构防水施工方面，使用专业金属屋面防水涂料和编织聚酯布形成高效防水层，覆盖屋面上的所有接缝，使得屋面成为一个没有任何接缝的整体。这样屋面钢板不会漏水，接缝也不会漏水，从而达到了整体防水。底面密闭防水涂料具有优异的弹性，可以防止材料的热胀冷缩以及工人的踩踏产生的破坏。表面隔离涂料具有一定的刚性，具有良好的耐磨性，以及良好的耐污和耐候性，对底面涂层具有很好的保护作用。几种材料的合理组合使用，从而达到长久的使用寿命。 　　结论 　　（1）通过两个分区位置施工条件的分析，分别选择切实可行、合理的施工方案，保证了本项目的顺利实施。 　　（2）东区屋面通过液压滑移施工，不但攻克了东区屋面滑移及卸载的难题，而且大幅度减少地下室顶板巨额的加固措施费。 　　（3）西区屋面的分段吊装，在充分利用现有条件的情况下，更加快速、高效的完成西区的施工任务。 （4）房上防自保护型金属屋面防水系统确实能彻底解决钢结构屋面漏水问题，施工后能保持金属屋面10年以上不漏水。它具有优良的耐候性能、耐污性能，耐老化性能、低温柔性、优异的弹性以及高效的自洁功能，能长期保持漂亮的外观。