青岛新机场航站楼屋面造型呈海星状。航站楼金属屋面工程总面积31.49万m², 建筑高度42m, 平面纵向最长1 114.58m, 横向最大宽度为973.98m, 分为F区大厅及A, B, C, D, E区指廊共6部分, 如图1所示。其中, F区大厅钢屋面平面最大尺寸500m×339m, 屋顶金属屋面最高点标高为42.150m。A, B区指廊平面尺寸约为360m× (22.9~38.6) m, 屋顶金属屋面最高点标高为25.000m。C, D, E区指廊平面尺寸为394.9m× (40.3~55.4) m, 屋顶金属屋面最高点标高为26.000m。钢结构屋面采用正交正放四角锥网架, 天窗区域采用立体桁架。青岛新机场钢屋面分区如图1所示。

青岛新机场航站楼屋面系统包括檩条系统、不锈钢板构造系统、防雷系统、防坠落系统、天沟和檐沟、天窗、铝单板幕墙、蜂窝板吊顶、虹吸雨水排水系统等。航站楼屋面投影面积为12万m²。本文主要介绍不锈钢连续焊接屋面施工技术。

金属屋面由主次檩条系统、压型穿孔钢底板、无纺布、PE防潮膜、玻璃纤维吸音棉、保温岩棉、几字形衬檩条、镀铝锌压型钢板、镀铝锌钢平板、自粘性防水卷材、隔音泡棉、不锈钢连续焊接屋面板等部件组合而成。金属屋面结构通过底板与其下部的檩条连接, 檩条焊接在屋面网架结构的檩托上。金属屋面结构构造如图2所示。

为确保屋面防水的整体性, 本项目金属屋面在顺坡方向采用无搭接整体式通长面板。根据机场大厅图纸, 大量屋面板跨度在50~85m, 既要保证长板加工和运输质量, 又要提高施工生产效率, 保证工期, 因此屋面板加工运输是施工过程的一大难点。

本工程屋面板采用新型材料铁素体不锈钢, 在国内是首次采用这种不锈钢屋面, 因此屋面板加工质量尤为重要。本工程投入多台进口设备进场加工, 配备类似板型加工经验丰富的操作工, 同时请屋面系统的专家现场指导, 确保屋面板加工质量。

主要加工设备有:屋面板压板机、屋面底板压板机、QW-80t剪板折弯两用机、自动焊缝机 (用于将板肋自动连续焊接在一起) 、手持式节点焊机 (用于局部节点焊接) 、临时固定辅助点焊机等。

根据本工程屋面结构自身特点以及不锈钢屋面板自身特性要求, 采用了高空平台压板和钢丝绳滑道人工牵引相结合的运输方法。在屋面不同标高平面上搭设加工平台, 将屋面板压板机吊运至平台上, 直接在屋面平台上加工屋面板, 压板机出板口至上层屋面设置500mm宽的钢丝滑道, 人工牵引至屋面, 加工出来的屋面板由人工抬至安装部位, 解决了屋面板的垂直运输问题, 节约运输时间, 提高生产效率, 减少了屋面板地面搬运过程, 保证了长板质量。屋面板加工运输方法如图3所示。

本项目金属屋面系统采用铁素体不锈钢屋面板, 属于新材料, 屋面板焊接施工属于新工艺, 没有现行的国家规范和行业标准进行参考。施工焊接方法需要局部进行科学合理试验, 再大面积操作。施工方法不当会存在漏水隐患。单块板最长焊缝达85m, 如何保证每块屋面板焊缝均能够焊接牢靠, 是保证不锈钢焊接屋面系统防水性能的关键, 也是屋面部分施工的最大难点。屋面板焊接质量保证措施如下: (1) 焊接前必须调整好焊机的各项参数指标, 包括电流、电压、焊速、压力等, 每个焊机单独配置电源设备, 保障电压稳定。 (2) 焊缝样品多次试焊, 保证焊接合格率, 并记录备案, 方便检查。 (3) 焊缝外观检查合格的焊缝是指焊缝颜色呈均匀的茶色或者咖啡色, 焊缝没有断点或焊穿点。 (4) 焊缝表面检查合格后, 对焊件试样进行拉拔试验, 确认焊缝强度及是否焊透。 (5) 焊缝内部检查把焊缝剪开, 观察焊缝内部是否焊透, 检查确认合格后, 记录样品参数。 (6) 开始正式焊接, 所有屋面板焊机操作工人都要经过以上工序考试, 合格后上岗, 大面施工;焊接前, 需要对屋面板进行清扫, 如果发现板肋有油污或其他污迹, 需要用中性清洗液清洗擦净。 (7) 焊缝补焊对屋面焊缝实时检查, 如有焊缝中断可以通过两边搭接的方法补焊, 保证屋面板整体密闭性。补焊方法如图4所示。

本工程测量面积大, 在屋面结构上建立测量控制网, 变形、覆盖问题较多, 校核、复测及选点维护等问题突出;作业量大, 精度要求高;施工场地工种多, 交叉作业频繁、受干扰多, 因此测量定位放线是屋面施工又一大难点。为确保屋面造型准确, 从网架球节点上的檩托坐标入手, 控制屋面空间三维定位。施工时采用全站仪测量主檩檩托板处结构实际坐标值, 根据设计院模型提取理论坐标值, 将理论坐标值标高与实际标高进行比对, 以确定钢结构的误差值, 并根据误差值大小制定针对性的消化钢结构误差方案。

安装檩条时要严格控制檩条坐标、准确定位, 从而保证屋面各构造层的基础定位。按照设计要求控制底板、衬檩、保温岩棉、支撑层钢板、不锈钢固定座、不锈钢屋面板等部件的尺寸和位置, 确保整个屋面形状完全符合设计要求。

针对屋面板接缝防水构造薄弱环节, 本工程采用具有国际先进水平的不锈钢连续焊接屋面系统。使用专门的自动缝焊机, 沿板长度方向将两块板的板肋自动焊接在一起, 使屋面连成一个整体。该系统主要优点:耐腐蚀性能好, 适用于严酷环境, 使用寿命80年, 性价比高;屋面板与固定座焊接在一起, 连接可靠牢固, 抗风掀能力强;应用全自动焊接技术, 将不锈钢板熔合封闭, 实现100%防水功能, 使施工更加方便快捷;不锈钢板面设有横向浅压纹, 不但增加了屋面的刚度和漫反射效果, 而且可以消除热胀冷缩造成的变形, 将屋面温度变形消化在每段固定座之间, 不会导致累计变形;板肋连接缝处设有条形盖帽, 既能有效保护焊缝, 又保证了板肋连续焊接处的外观效果, 从而使屋面系统整体更加美观。

不锈钢屋面板的铺设及其自身接缝的焊接、自粘防水卷材的施工均为特殊过程, 屋面板又与天窗、天沟、虹吸排水、出屋面烟囱、出屋面挡风墙支座等多个系统相互交叉。在设计阶段应细化优化, 做好节点构造 (尤其各个系统的交接点) 深化设计;对所有节点提前做好统计归纳, 以最大限度实现节点的标准化加工和安装;施工中从人、机、料、法、环境等方面做好全过程监管及控制;严格执行“样板引路”和“三检制度”;提前制定出科学合理的施工流程与施工工艺, 合理安排施工顺序。

节点构造及细部处理主要措施:天沟与屋面板的交接位置采用构造防水形式, 保证整个屋面防水体系的完整性。天窗与屋面交接部位防水卷材一定要沿着天窗侧立面龙骨铺贴到铝型材下方, 使屋面防水与玻璃防水形成一个整体, 同时此部位要加强处理;另外, 天窗立面保温要与屋面保温形成连续整体, 避免形成冷桥现象。挡风墙支座穿透不锈钢屋面板处, 不锈钢屋面上翻盖过支座并且连续焊接;防水卷材覆盖支座连接板, 转角处加强处理;在支座穿透屋面处四周用密封胶封堵。

超大面积屋面变形复杂、控制要求高。主体钢结构在F区大厅与A, B, C, D, E指廊之间设有300mm宽的结构变形缝。此处屋面结构构造采取上下错层搭接、下层设置排水天沟的方式, 使之可随主体结构变形而滑动。

在钢结构屋盖的上表面搭设人行上下通道、高空物料运输通道, 在施工作业面满铺安全平网、施工区域范围内设置多条钢丝绳生命线。在屋面临边上焊接角钢拉设2道钢丝绳, 然后再挂上安全立网, 形成一个高空施工安全防护体系。

测量放线工具有全站仪、经纬仪、水准仪等, 涉及的工序有檐口龙骨、天沟龙骨、屋面主次檩条及支托和屋面板L形不锈钢固定座安装等。

檩托、主次檩条安装前对钢结构网架球节点坐标位置复测;根据安装排版图进行檩条、屋面底板、屋面板固定座的定位放线;从三维模型提取数据, 精确控制屋面板固定座的坐标点;对天窗主次龙骨、挡风墙龙骨、檐口装饰龙骨及装饰板等构造节点进行测量放线定位。

屋面主次檩采用镀锌矩形钢管, 材质Q345B, 根据事先放好的点位安装位置线将主檩托与网架球托焊接, 次檩檩托与主檩焊接, 然后采用不锈钢螺栓连接檩条与檩托。

镀锌檩条的防腐处理:首先清除干净焊缝表面的药皮和污物, 然后涂1遍防腐漆, 再涂面漆, 刷1道银粉。

本工程金属屋面底板支撑层结构选用1mm厚镀铝锌压型穿孔钢板, 820板型, 穿孔孔径3mm, 孔距5mm, 压型钢板安装在檩条上, 压型钢板的长度为5根檩条跨度 (7 500mm) , 沿坡度方向均采取上压下的搭接方式, 沿压型板板肋方向的搭接长度应≥70mm, 然后采用碳钢自攻钉固定。要求固定牢固可靠, 自攻钉数量、间距符合设计要求, 施工完的自攻钉顺直美观。

几字形衬檩支撑采用3mm厚几字形镀锌钢板折件, 材质Q235B, 镀锌量≥275g/m²。长度为130mm, 横向间距为820mm (4个板肋距离) , 纵向间距为1 500mm, 如图5所示。

采用容重为80g/m²的高密度无纺布, 搭接部位采用专用无纺布缝合机固定, 固定点间距在100mm左右, 确保无纺布搭接严密, 形成整体, 充分起到防尘作用。采用50mm厚、容重16kg/m³的玻璃纤维吸音棉, 150mm厚、60kg/m³的憎水保温岩棉, 下铺0.3mm厚PE防潮膜 (防止室内潮气侵入保温层) 。

岩棉板必须铺平、无翘边、折叠;接缝严密。岩棉板必须根据屋面的情况进行铺设和剪裁, 必须错缝铺设以满足系统的气密性;铺设沿衬檩方向, 拼装严密。

按照衬檩在衬檩支撑上的位置线, 将衬檩用自攻钉固定在衬檩支撑座上, 衬檩除在衬檩支撑座上对接外不能在其他任何位置进行对接或搭接。其用来固定支撑层的压型钢板。

金属屋面系统压型板支撑层采用1.0mm厚原色镀铝锌压型钢板, YX51-250-750板型, 强度Q235, 镀铝锌含量150g/m²。平钢板支撑层采用1.2mm厚镀铝锌钢平板, 强度Q235, 镀铝锌含量150g/m²。压型钢板采用自攻钉固定在几字形衬檩上, 平钢板采用拉铆钉固定, 沿支撑板板肋方向每肋1颗, 沿支撑板长度方向间距500mm。平钢板安装如图6所示。

施工前需对上道工序基层进行清理, 去除镀铝锌钢平板基层尖锐异物, 检查镀铝锌钢平板工序层的稳定性;检查屋面洞口周边的固定情况, 保证基层干净整洁。

铺贴时首先进行预铺, 把自然疏松的卷材布置在镀铝锌钢平板上, 平整顺直, 按照设计的排布方向平铺好, 并进行适当剪裁。卷材横纵向搭接宽度为100mm, 铺设时尽量避免形成褶皱、气泡等缺陷。自粘卷材沿顺水方向搭接为上搭下。

采用0.3mm厚不锈钢L形固定座, 长度为60mm, 台座厚度为0.8mm, 纵向间距为500mm, 通过2颗自攻螺钉和1颗拉铆钉固定在铺好防水卷材的镀铝锌钢平板上, 是传递屋面荷载的重要零件。固定座安装误差控制在1mm以内。

屋面板采用0.5mm厚连续焊接不锈钢板, 板型为U形槽设计, 肋高25mm, 板宽400mm, 板面对称。铺设时, 在天沟或屋脊处设置定位线, 然后将屋面板的一端对准定位线铺设。每片板都要根据板长不同用点焊机固定几个点, 临时固定点间距一般不超过5m, 防止板滑动。

屋面板铺设一定区域后, 即可进行屋面板焊接。焊接工序为:焊机调试→焊缝样品反复试焊→焊缝外观检查→拉拔试验→合格样品记录→开始正式焊接。板肋自动焊接完成后, 进行焊缝的检查验收, 合格后方可将条型盖帽盖上。屋面板焊接成果如图7所示。

青岛新机场航站楼工程金属屋面采用了世界先进的不锈钢连续焊接屋面系统, 它最大的特点是屋面所有接缝采用全自动缝焊机焊接, 实现屋面整体结构式密封, 即使屋面接缝浸泡于水中也不会漏水, 从而摆脱了传统金属屋面容易漏水的顽症。连续焊接不锈钢屋面系统将屋面板与连接件采用焊接方式连接, 而不是采用传统的咬合连接方式, 避免了屋面板与连接件锁扣不牢的现象, 极大地提高了屋面的抗风掀能力, 可有效保证金属屋面的结构安全性。

屋面系统采用厚度为0.5mm的445J2超纯铁素体不锈钢为原料, 抗腐蚀性能强, 对沿海高盐高湿环境有极强的适应性, 使用年限远远大于铝合金屋面和镀铝锌钢板屋面, 而且使用期间维护成本低, 综合性价比高。