某公共建筑项目无应力插接式铝板屋面工程施工工法

关 键 词:铝板屋面施工工法
资料等级:某公共建筑项目无应力插接式铝板屋面工程施工工法
发布时间:2015-12-18
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某公共建筑项目无应力插接式铝板屋面工程施工工法
近几年来,一些大型的公共建筑越来越多地采用铝板或钛合金屋面,并且有些建筑师为了达到立面效果,也经常在屋顶上设计一些大型的铝板、飘板。这些铝板屋面或飘板,有的长达数十米,甚至上百米,如果采用传统的角片式铝板安装方法,必然存在较大累积安装误差和安装应力,也很难彻底消除由于温差引起的铝板变形和噪声。同时,采用角片式安装方法,安装的铝板屋面防水性能差,且需要经常维修。这个难题困惑幕墙设计师多年。中国新兴建设开发总公司组织了强有力的课题攻关小组,借助国外的先进技术,结合本公司多年的施工经验,采用无应力插接式施工技术,很好地解决了这个难题。所谓无应力是指在铝板屋面正常工作状态,其安装应力和温差应力均为零或近似为零。该技术在多个工程中应用后,取得了较好的经济效果和社会效益。
一、特点
1.基本消除了安装应力和温差应力引起的铝板变形和噪声。
2.板块之间相互插接,整体性好,避免了在负风压长期作用下,使得局部板块的固定螺丝松动,导致铝板“飞”出屋面的潜在不安全因素。
3.安装方便,误差调罐简便,便于大面积展开施工,也便于大规模工厂化制作,从而缩短施工周期。
4.便于形成两个等压腔,利用内外空气气压相同原理,阻止雨水的渗透,从而提高屋面的防水性能。
5.每个板块都留有允许变形,主体结构的地震位移,在每块板缝间逐渐分解,提高了屋面的抗震性能。
6.安装质量和外观质量有保证。
二、适用范围
1.大型的铝板或钛合金板屋面工程,
2.大型的铝板或钛合金板幕墙。
3.大型的铝板飘板工程。
三、工艺原理
(一)应力与变形分析
众所周知,铝板等镶嵌面板的计算公式是根据薄板小挠度理论的假定推导出来的(参见《建筑结构静力计算手册》),而该公式又是针对板而言的。至于支座处的应力更为复杂,也是影响铝板幕墙安全的关键所在,很多文献都避而不谈支座处应力问题,只是要求做构造加强处理。
1.如图1所示,铝板受到风荷载qw,竖向地震荷载qeq和雪荷载(或积灰荷载荷q雪以及施工荷载q施的共同作用下,将在跨中产生位移Δ。假设折角点A处为简支约束,那么,将产生一个角位移θ。又假设折角点和支座点O之间即AO段为理想刚体,则约束O点的角位移β=θ。事实上AO段不可能为理想刚体,即β<θ。从而使得约束处O点的铝板受到水平方向应力σx,法线方向应力σy,角应力w0的作用。由于AB段长度相对板的边长而言非常小,故σx可忽略不计。
2.铝板本身也即约束点O还存在由于安装误差,温差效应,地震荷载效应引起的应力,如图1所示,即有σ安、σΔT、σEH,其中:
σ安——由于安装尺寸误差,特别是连接角片的固定点不共线,人为使得铝板约束处存在安装应力。
σΔT——由于温差引起铝板膨胀或收缩,而约束的存在,又阻止这种变形,故约束处O点受到温差应力,且是周期性的疲劳应力。
σΔT=EαΔT(1)
式中E——铝合金弹性模量(N/mm2);
α——铝板线膨胀系数;
ΔT——当地最大年温差(℃);
(二)工艺改进措施
为了提高铝板屋面的结构可靠性及使用耐久性,有必要对铝板的安装工艺进行彻底的改进,同时能更好地提高铝板屋面其他的性能。为此,我们采用了以下的改进措施。
1.如图2所示的采用插接形式,使铝板一端固定在水平龙骨上,沿水平方向可在伸缩余量Δ范围内自由伸缩,从而释放了因地震作用,温差变化,以及安装误差引起的水平方向的内应力。伸缩余量Δ按式(2)选用:
Δ=Δe+ΔT+Δ误(Δe、ΔT、Δ误均取正值)(2)
式中Δe——铝板在水平方向地震荷载作用下的位移,它由整个建筑物的水平地震位移Δ建和屋面同一方向插接槽设置数量n决定的,即Δe=Δ建/n。一般情况下,Δe很小,可忽略不计。
ΔT——铝板因温差引起的位移:
ΔT=LαΔT(3)
式中L——所有铝板板块的最大边长;
α——铝合金的线膨胀系数;
ΔT——当地最大年温差;
Δ误——铝板的制作和安装误差,一般取2mm。
2.在插接件上加设EDPM舌状胶条,使插接件和插接槽之间连接紧密,有效地传递法线方向荷载。同时EDPM胶条有较大的压缩量,从而使铝板板块在法向荷载作用时,能产生自由的角位移,减少了第一种失效可能。

 

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