深圳大運(yùn)會(huì)體育館聚碳酸酯板屋面設(shè)計(jì)[權(quán)威資料]

深圳大運(yùn)會(huì)體育館聚碳酸酯板屋面設(shè)計(jì) 本文檔格式為 WORD,感謝你的閱讀。 摘要：大運(yùn)會(huì)的屋頂采用了聚碳酸酯板減輕了整個(gè)工程的重量，但其防水設(shè)計(jì)要求高，使其具有優(yōu)良的氣密性、水密性、風(fēng)壓變形及平面變形能力比較困難。本文展示了聚碳酸酯板 (PC 板 )使用的優(yōu)越性，同時(shí)處理好它的防水。 關(guān)鍵詞：聚碳酸酯板 (PC板 )、板線膨脹系數(shù)、防水排水、支撐結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)單元、整體吊裝 Abstract: the roof of the universiade with reduced the whole project polycarbonate board of weight, but its the waterproof design the demand is high, make its have sex of admirable air-tightness, watertight, wind pressure deformation and the plane deformation ability more difficult. This paper shows the polycarbonate board (PC board) the advantages of using, and handle it waterproof. Key words: polycarbonate board (PC board), board steels are, waterproof and drainage, support structure, steel structure unit, integral lifting S611A 本工程建筑面積 73761 平方米，地下一層地上三層，局部四層，比賽大廳為單層。鋼筋砼框架 +折面型空間網(wǎng)格幕墻。主館高 36.50 米，建成后將擁有室內(nèi)設(shè)固定座席數(shù) 14941席 ,活動(dòng)座席數(shù) 3023 席 ,共計(jì)可容納 17964 人，為 2011 年世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)主會(huì)場館之一。主結(jié)構(gòu)屋面系統(tǒng)和幕墻為單層折面空間網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，平面形狀為圓形，平面尺寸半徑R=72.00m。屋面系統(tǒng)由 16個(gè)形狀相近的結(jié)構(gòu)單元構(gòu)成 ,雙軸對稱結(jié)構(gòu)。屋面都采用 10mm 和 12mm 厚的聚碳酸酯板（ PC板）圖一為體育館的整體形狀。 聚碳酸 酯板是一種以高性能工程塑料 聚碳酸酯樹脂加工而成，具有透明度高、質(zhì)量輕、抗沖擊、隔熱、難燃、抗老化等特點(diǎn)的綜合性能極佳的節(jié)能環(huán)保型塑料板材，英文名稱為 Polycarbonate Panel（以下簡稱 PC板）。 PC板的特點(diǎn)具體如下： 1) 輕質(zhì)。 PC板的密度為 1200kg/m3，不到玻璃的二分之一（玻璃的密度為 2560kg/m3），節(jié)省運(yùn)輸、搬卸、安裝及支承框架的成本。 2) 抗沖擊。 PC板具有 “ 不碎玻璃 ” 的稱謂，它的抗沖擊力可以達(dá)到同等厚度玻璃的 250 倍，達(dá)到同等厚度亞克力板（ PMMA）的 30倍，同時(shí)還具有很好的韌性，在運(yùn)輸、安裝及使用過程中不易被破壞。 3) 難燃。 PC板能達(dá)到 GB8624 標(biāo)準(zhǔn)的 B1防火級別，在高溫下，板材只會(huì)熔化，在 580 溫度下才會(huì)燃燒，且燃燒時(shí)不釋放毒氣，撤離火源后可自行熄滅。 4) 優(yōu)異的耐候性。 PC 板適用的溫度范圍為 -40120 ，完全滿足正常使用條件的要求。 5) 可彎曲。實(shí)心板材的彎曲半徑最小可以達(dá)到其厚度的 100 倍， 6mm 以下厚度的實(shí)心板材既可以冷彎也可以熱彎，8mm 以上厚度的實(shí)心板材一般需要熱彎?？梢詫?shí)現(xiàn)靈活的設(shè)計(jì)方案和 簡單的現(xiàn)場安裝。 6) 環(huán)保。使用 PC板可以減少生產(chǎn)過程礦物燃料的使用，且可 100%循環(huán)利用。 7) 高透光率。 PC板的透光率非常接近玻璃， 3mm 實(shí)心板材的透光率可以達(dá)到 86%。 8) 可涂覆各種特殊涂層。 PC 板可根據(jù)需要在表面涂覆各種涂層，以改善 PC板的各種性能。 PC板具有線膨脹系數(shù)大的特點(diǎn)，要做到不漏水非常不易。 PC板的線膨脹系數(shù)為 6.5x10-5 1/ ，是玻璃的 8倍，鋁型材的 3 倍。如何解決 PC板溫差變形以及防水是 PC板屋面系統(tǒng)的重點(diǎn)，是使用 PC板的關(guān)鍵 點(diǎn)。 一、 PC板板塊節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。 (一 ) 確定 PC板計(jì)算溫差 深圳地處北回歸線以南，屬亞熱帶海洋性氣候，氣候溫和，雨量充沛，日照時(shí)間長。夏無酷暑，時(shí)間長達(dá) 6 個(gè)月。春秋冬三季氣候溫暖，無寒冷之憂。年平均溫度為 22.3度，最高氣溫為 36.6 度，極限最低溫度為 0.2 度， 7 月份最熱，平均氣溫為 28.3 度， 1 月最冷，月平均氣溫 14.1 度。 1) 確定 PC 板加工及安裝時(shí)溫度 根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃，大運(yùn)會(huì)場館 PC板加工及安裝時(shí)間集中在 6 11月份，考慮到施工計(jì)劃可能變化，偏安全 考慮，加工及安裝 PC板時(shí)板材表面溫度按深圳 1 月份極限最低溫度考慮，取 0.2 。 2) 確定 PC 板年最高表面溫度 根據(jù)深圳市建筑科學(xué)研究院針對大運(yùn)場館 1:1 局部節(jié)點(diǎn)模型溫度測試報(bào)告可查出 PC板內(nèi)表面溫度最大為 76.2 。 3) 確定 PC 板計(jì)算溫差 綜上所述， PC板最小溫度取 0.2 ，最大表面溫度取76.2 ，加工和安裝時(shí)溫度按深圳最低溫度考慮，取 0.2 ，則 PC板計(jì)算溫差為 76.2 -0.2 76 。 考慮測試時(shí)季節(jié)不同、測試誤差等因素的影響，設(shè)計(jì)時(shí) PC板最大溫差取 80 。 (二 ) PC 板溫差變形設(shè)計(jì) 計(jì)算條件：最大分格尺寸為 3193x3168x987，計(jì)算溫差取 80 ， PC 板線膨脹系數(shù) 6.510 -5 1/ 。 體育館中 PC板分格為不規(guī)則三角形，為適應(yīng) PC板因溫差變形所造成的不利影響，其外部的鋁合金附框與 PC板之間必須留有足夠的空間，保證板溫差變形后不使附框受力，采用等比例法用 CAD 畫出變形量。 設(shè)任意兩點(diǎn)的距離為 L，通過 80 后的變形量為L=L80=6.510 -5 1/80L=0.0052L, 伸長后的長度 L1=1.0052L，以三角形內(nèi)接圓的中心點(diǎn)放大 1.0052 倍，新舊圖比較就可以看到各個(gè)點(diǎn)的變形沿垂直三角形的邊線為2.2mm，沿三角形邊的方向伸縮很大。見圖二 如果采用點(diǎn)駁接的形式（原招標(biāo)圖中方案）雖然可以解決變形問題，但板塊相接位置膠的開裂很難解決。本工程通過與建筑師的溝通更換了施工方案。經(jīng)過討論比較采用了明框方案，但要求明框裝飾條不能過于突出 PC板的表面。經(jīng)過對 PC板性質(zhì)的比較和研究采用了鋁框包裹的方法，見圖三。 (三 ) PC 板鋁框溫差變形設(shè)計(jì) 采用與 PC板相 同的方法可以計(jì)算鋁框的變形 計(jì)算條件：最大分格尺寸為 3193x3168x987，計(jì)算溫差取 80 ， PC 板鋁框線膨脹系數(shù) 2.35x10-5 1/ 。 設(shè)任意兩點(diǎn)的距離為 L，通過 80 后的變形量為L=L80=2.3510 -5 1/80L=0.00188L, 伸長后的長度 L1=1.00188L，以三角形內(nèi)接圓的中心點(diǎn)放大 1.00188倍，新舊圖比較就可以看到各個(gè)點(diǎn)的變形沿垂直三角形的邊線只變形了 0.8mm，沿三角形邊的方向伸縮不是很大，見圖四。 (四 ) PC 板與鋁框 變形的比較 以溫度上升的趨勢比較，從 0 度到 80度， PC板的變形比鋁框的大 2.2-0.8=1.4mm,其它各方向的比較不詳細(xì)討論，最大變形相差約 9mm 左右。理論上鋁框與 PC板之間的間隙至少要達(dá)到 1.4mm,鋁框與 PC板之間有相對變形，如果采用密封膠，相對變形 9mm 可以撕裂膠，防水失效。因此在 PC板與鋁框之間采用了膠條，由于膠條本身具有一定的伸縮性，同時(shí)膠條與 PC板和鋁框都能相對滑動(dòng)。 膠條的設(shè)計(jì)要求是，能讓 PC板在鋁框內(nèi)自由移動(dòng)， PC板又不能脫出鋁框的槽，否則 PC板的使用功能失效。同時(shí)鋁框與 PC板之間要有一定夾緊力，即膠條要有一定的壓縮量，以保證防水的可靠性。把鋁框分成兩個(gè)（附框一和附框二）就可以夾緊 PC板，同時(shí)又能保證防水的密封。在 PC板夾緊深度采用了最小深度為 12mm，同時(shí)考慮制作及安裝的誤差，還有加工制作時(shí)溫度變化等因素，最后按 18mm 設(shè)計(jì)。再加上膠條及相對變形等條件鋁框槽深采用 27mm。安裝時(shí)做一個(gè)夾具就可以實(shí)現(xiàn)鋁框與 PC板的夾緊。鋁合金之間采用密封膠密封，很易實(shí)現(xiàn)防水。 二、 PC板屋面防水設(shè)計(jì) 深圳世界大學(xué)生運(yùn)動(dòng)會(huì)體育場館是極為重要的公共建筑，其特殊的使 用功能使得其在國內(nèi)外都會(huì)具有較高的知名度和影響力，因此它的質(zhì)量好壞直接影響到深圳乃至國家的聲譽(yù)和形象，屋面系統(tǒng)的防水效果是最重要最直觀的質(zhì)量指標(biāo)之一，而 PC板防水又是屋面系統(tǒng)的難點(diǎn)和重點(diǎn)。為了很好地解決這個(gè)問題，設(shè)計(jì)中采用以防為主，以排為輔，防排相結(jié)合原則，采取整體結(jié)構(gòu)性防水和整體輸導(dǎo)式系統(tǒng)防水形式，確保 PC板屋面防水性能。 在 PC 板防水設(shè)計(jì)中，采用以兩道防水為主，兩道排水為輔的原則，以確保整個(gè)防水系統(tǒng)的有效性和經(jīng)濟(jì)性，下面主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行 PC板的防水設(shè)計(jì)。 (一 ) 兩道防水設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)方面：一是鋁框與 PC板之間的水，二是鋁框之間的防水。大部分的水由這兩個(gè)位置封堵在室外，有少量的水通過這兩道防水滲入內(nèi)側(cè)。 需要考慮鋁框拼接處的防水。鋁框之間連接處防水采用普通打膠容易開裂。將鋁框拼接處進(jìn)行焊接，同時(shí)膠條也粘連起來，減少水的滲入量。 (二 ) 兩道排水設(shè)計(jì) 通過兩道防水線進(jìn)入的少量水必須通過排水設(shè)施排到室外，否則進(jìn)入室內(nèi)。鋁框與 PC板之間滲入的雨水有二條路徑：一是沿鋁框與密封膠條之間，二是沿 PC板與膠條之間。其中一路徑滲水最終直接流入第二道 排水槽，而第二路徑滲水通過兩鋁合金附框之間直接流入第一道排水槽。 PC板塊間硅酮耐候膠滲水，直接流入第一道排水槽。 水進(jìn)入兩道排水槽后，會(huì)流經(jīng) PC板六點(diǎn)交匯及邊部交匯處。 PC 板六點(diǎn)交匯及邊部交匯位置有較多骨料和板塊相交，縫隙縱橫交錯(cuò)，因此該處的防水設(shè)計(jì)是 PC板屋面的重點(diǎn)。為防止排水系統(tǒng)在各交匯處出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。在六點(diǎn)交匯處和邊部交匯處采用采用單元式幕墻的防水方法，采用六點(diǎn)焊接后再通過滑塊連接，使交匯處的骨料形成一個(gè)整體，這部分在工廠完成，為了保證兩道排水貫通，使第二道排水能夠在六點(diǎn)相交位置匯入第一道排 水，更能保證防水效果。為保證此處的防水，在交接位置設(shè)置鋁連接件進(jìn)行連接，并在鋁連接件與鋁骨料之間填膠處理。圖五是六點(diǎn)連接位置。 以上是防水的設(shè)計(jì)，下面設(shè)計(jì)一下支撐結(jié)構(gòu)。 三、 PC板屋面支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本工程含有大量屋面鋼檁條的施工，骨架的跨度大、精度要求高，對于生產(chǎn)加工、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝帶來了非常大的困難。而且整個(gè)工程施工工期較短，同時(shí)要保證質(zhì)量。鋼結(jié)構(gòu)整體吊裝是可以滿足這個(gè)要求。將大量的鋼檁條加工和組裝工作放在加工廠進(jìn)行，可以大大減少現(xiàn)場的工作量，而且能提高鋼檁條加工制作的效率和 精度。 一）屋面鋼檁條系統(tǒng)組成。屋面鋼檁條系統(tǒng)由 C10 號輕型槽鋼邊梁、 C10 號輕型槽鋼 H90X90X5X6 焊接工字鋼組成的鋼結(jié)構(gòu)單元以及鋼結(jié)構(gòu)支座 (分主支座和次支座 )組成，其中 C10 號輕型槽鋼邊梁通過主鋼結(jié)構(gòu)支座與主體鋼結(jié)構(gòu)連接， c10 號輕型槽鋼、 H90X90X5X6 焊接工字鋼在工廠組裝成單元，運(yùn)至工地后與 c10 號輕型槽鋼邊梁和主體鋼結(jié)構(gòu)分別通過連接板焊接和次支座連接。圖六為整個(gè)面的鋼結(jié)構(gòu)示意圖 二）屋面鋼檁條系統(tǒng)連接構(gòu)造設(shè)計(jì) 屋面系統(tǒng)連接包括屋面系統(tǒng)鋼檁條與主體鋼結(jié)構(gòu)連接和鋼 檁條內(nèi)部連接兩部分。 屋面系統(tǒng)鋼檁條與主體鋼結(jié)構(gòu)連接包括 C10 號輕型槽鋼邊梁與主體鋼結(jié)構(gòu)連接、鋼結(jié)構(gòu)單元與主體鋼結(jié)構(gòu)連接，屋面系統(tǒng)鋼檁條內(nèi)部連接包括鋼結(jié)構(gòu)單元與 C10 號輕型槽鋼邊梁連接和鋼結(jié)構(gòu)單元之間連接。如何消化主體鋼結(jié)構(gòu)在施工過程中造成的誤差和滿足地震作用時(shí)主體結(jié)構(gòu)變形要求是屋面鋼檁條系統(tǒng)與主體鋼結(jié)構(gòu)連接重要問題。 1、屋面系統(tǒng) C10 號輕型槽鋼邊梁與主體鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì) (見圖七 ) 1) C10 號輕型槽鋼邊梁通過支座鋼管、連接支座與主體鋼結(jié)構(gòu)鉸接連接。 2) 連接支座 與支座鋼管通過焊接連接，連接支座可在支座鋼管中上下和旋轉(zhuǎn)角度調(diào)節(jié) ,并在連接支座上設(shè)定位螺栓，方便連接支座與支座鋼管焊接定位。 3) C10 號輕型槽鋼邊梁與連接支座通過螺栓連接 ,并在連接處設(shè)長腰孔 , 這樣在地震作用下屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)可相對與主體鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行移動(dòng)，從而消除地震作用對屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)的影響。 2、屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)單元中間位置與主體鋼結(jié)構(gòu)連接設(shè)計(jì) (見圖八 ) 1) 屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)單元通過 10號輕型槽鋼邊框與主體鋼結(jié)構(gòu)連接 ,因鋼結(jié)構(gòu)單元在現(xiàn)場組裝完成后 ,相鄰單元的10號輕型槽鋼邊框 通過鋼板連接組成組合梁 ,所以相鄰單元的邊框共用連接支座與主體鋼結(jié)構(gòu)連接。 2) 屋面系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)單元與主體鋼結(jié)構(gòu)鉸接連接，鋼結(jié)構(gòu)單元不傳遞彎矩和扭矩給主體鋼結(jié)構(gòu)，保證主體鋼結(jié)構(gòu)的受力性能；此外，鋼結(jié)構(gòu)單元中主桿件 2-10 號輕型槽鋼組合梁設(shè)計(jì)為連續(xù)梁，可以有效地減小構(gòu)件的截面。 3) 連接鋼管與鋼結(jié)構(gòu)單元和主體鋼結(jié)構(gòu)都通過螺栓進(jìn)行連接，并且連接鋼管分為兩段，在焊接工字鋼調(diào)整完成后再進(jìn)行焊接連接，這樣保證鋼結(jié)構(gòu)單元接在 X、 Z 向都可以調(diào)節(jié)，并且鋼結(jié)構(gòu)單元可相對與主體鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)，滿足不同空間角度情 況下焊接工字鋼連接需要。 3、屋面系統(tǒng)鋼檁條內(nèi)部連接設(shè)計(jì) (圖九圖十一 ) 10號輕型槽鋼、 H90X90X5X6 焊接工字鋼在工廠組裝成鋼結(jié)構(gòu)單元 , 鋼結(jié)構(gòu)單元 10號輕型槽鋼邊梁底部定位鋼角碼和連接鋼板，當(dāng)相鄰鋼結(jié)構(gòu)單元就位調(diào)整完成后，將鋼結(jié)構(gòu)單元與相鄰鋼結(jié)構(gòu)單元邊框底部的定位鋼角碼、連接鋼板焊接 ,再在鋼結(jié)構(gòu)單元頂部用間距不大于 1500mm 的連接板與相鄰鋼結(jié)構(gòu)單元邊梁焊接連接。 以上為支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，其計(jì)算不再詳述，下面介紹一下 PC板節(jié)能計(jì)算。 四、 10mm 厚淺 綠色 PC實(shí)心板節(jié)能計(jì)算 1) 計(jì)算條件 夏季內(nèi)表面換熱阻： Ri = 0.11 m2 #8226；K/W； 夏季外表面換熱阻： Re= 0.05 m2 #8226；K/W； PC板導(dǎo)熱系數(shù)： pc=0.2 W/(m.K) 2) 計(jì)算過程 PC板的傳熱系數(shù)按下式計(jì)算 K = 1 Ri + R + Re 式中 Ri 夏季內(nèi)表面換熱阻 (m2 #8226；K/W)，取 0.11； Re 夏季外表面換熱阻 (m2 #8226；K/W)，取 0.05； R 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱阻 (m2 #8226；K/W)； 其中： R= 材料層的厚度 (m)； 材料的導(dǎo)熱系數(shù) W/(m #8226；K)。 10mm 厚 PC 板傳熱阻 1K = = 0.21 (m2 #8226；K)/W 10mm 厚 PC 板的傳熱系數(shù) K = 1 0.21= 4.762 W/(m2 #8226；K) 3) 計(jì)算結(jié)果 經(jīng)計(jì)算， PC 板的傳熱系 數(shù)為 4.762 W/(m2 #8226；K)，由于遮陽系數(shù)和可見光透過率無法計(jì)算，故進(jìn)行了樣板檢測。 PC 板遮陽系數(shù)和可見光透射比檢測報(bào)告 4) PC 板屋面系統(tǒng)結(jié)露設(shè)計(jì) 根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50176-93表 2.0.1圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算溫度 te() 本類型的圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型為 類。 根據(jù)民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范 GB 50176-93附錄三室外計(jì)算參數(shù)附表 3.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)冬季室外計(jì)算參數(shù)及最冷最熱月平均溫度查得 深圳 類冬季室外計(jì) 算溫度 te() 為 14.4 ，深圳最冷溫度為 1.4 #61548； 室內(nèi)露點(diǎn)溫度確定計(jì)算 表體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中體育館設(shè)計(jì)參數(shù) 根據(jù)體育建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中體育館設(shè)計(jì)參數(shù)，取冬季室內(nèi)環(huán)境為：溫度 20 ，相對濕度 50，在此條件下冬季室內(nèi)的露點(diǎn)溫度計(jì)算如下： =237.3/(7.5/(lg(9.92/6.11)-1)=8.5 =50 19.84=9.92hPa Es=E010(at/(b+t)=6.1110(7.520/(237. 3+20)=19.84 hPa 其中 E0 空氣溫度為 0 時(shí)的飽和水蒸汽壓，取 E0 6.11hPa，（ hPa百帕） t 空氣溫度， a,b 參數(shù)，對于水面 t 0 ， a 7.5， b 237.3 Es 在 t 溫度下，空氣的飽和水蒸汽壓 hPa e 空氣的水蒸汽壓， hPa f 空氣的相對濕度， Es 空氣的飽和水蒸汽壓， hPa 將該環(huán)境參數(shù)代入公式，綜合以上計(jì)算可得： 冬季在該環(huán)境下的露點(diǎn)溫度為 8.