摘要：本文所介紹的是在貴州“六枝記憶”三線建設(shè)博物館建筑中碗型影劇院橢球體的雙曲面金屬屋面的設(shè)計與施工技術(shù)。其中重點介紹了我們在該項目金屬屋面的設(shè)計與施工中采用的多項 新技術(shù)和新工藝。介紹了如何采用鋁箔丁基防水膠帶粘接密封材料作為二次防水的密封連接構(gòu)造;如何進(jìn)行可全溢流式環(huán)形排水天溝的設(shè)計;裝飾板塊插口對接式節(jié)點安裝定位技術(shù)等。結(jié)合項目實際，用創(chuàng)新的設(shè)計和工藝方法來確 保建筑的使用功能。

關(guān)鍵詞：全溢流式環(huán)形排水天溝， 鋁箔丁基防水膠帶，雙曲面金屬屋面，插槽式定位節(jié)點。

1、引言

中國貴州六枝特區(qū)，中國的煤都，是當(dāng)年中國西南大三線的中心，上世紀(jì)六十年代伴隨大三線決策開發(fā)貴州六盤水能源鋼鐵，為大三線第一個主要基地!在當(dāng)年，六枝特區(qū)就是設(shè)在貴州郎岱縣。后來六枝特區(qū)、盤縣、水 城三地合并而來為現(xiàn)在的六盤水市，是貴州省地級市。沒有大開發(fā)前，這里是少數(shù)民族聚居的高山苦寒之地。

“這是一個與眾不同的博物館，要用最現(xiàn)代的表現(xiàn)手法展示當(dāng)年的建設(shè)者們在大三線的奮斗精神，展示那塊土地的自然和人文的變遷史”這是惟邦國際建筑設(shè)計集團(tuán)的著

名建筑設(shè)計師汪克先生對我說的第一句話,他是這個博物館的創(chuàng)意設(shè)計者又是項目的組織實施者。

圖1.1原地宗礦洗煤廠、六枝記憶三線建設(shè)博物館

2、博物館工程概況

總建筑面積24848m2,其中一期總用地面積23342m2(合35畝),總建筑面積8652m2。

一期為主題博物館：包含有碗型影院、接待中心、飛行影院及三線建設(shè)博物館。利用原有建筑進(jìn)行改造。設(shè)計理念是修舊如舊，保護(hù)工業(yè)遺產(chǎn)。(圖1.1)

碗型影劇院：建筑面積1800㎡，碗型環(huán)幕投影視覺寬闊，360度空間成像表現(xiàn)，極具立體感，其以高新科技展示投影影像，時尚震撼。

接待中心：建筑面積1026㎡，位于園區(qū)的入口處，通過接待中心可以問詢了解園區(qū)的情況，有效引導(dǎo)游客進(jìn)入園區(qū)。(已在《發(fā)泡鋁板與雙層防水構(gòu)造技術(shù)在建筑外圍護(hù)上的應(yīng)用 --貴州“六枝記憶”三線建設(shè)博物館》 文章中作了詳細(xì)的介紹)

三線建設(shè)博物館：建筑面積3230㎡，主要是征集、典藏、陳列和研究三線時期代表人員和建設(shè)的工業(yè)遺產(chǎn)的實物場所。

飛行影院：飛行影院建筑面積266㎡，整個畫面布滿球體，六聲道的立體聲效果，影廳內(nèi)的動感平臺，是集液壓、電器自動化控制、計算機(jī)動畫為一體的高科技系統(tǒng)工程。

3、碗型影劇院橢球體的設(shè)計與施工技術(shù)

碗型影劇院：建筑面積1800㎡，碗型環(huán)幕投影視覺寬闊，360度空間成像表現(xiàn)，極具立體感，其以高新科技展示投影影像，時尚震撼。碗型影劇院的外形是一個標(biāo)準(zhǔn)的橢球形狀水平分析為長軸，垂直方向為短軸。表面 用異形鋁單板裝飾，有著很強(qiáng)現(xiàn)代感。

3.1、橢球體碗型影劇院的外景照片

整個橢球體置于有著老舊滄桑感的原“地宗礦洗煤廠”內(nèi)長滿青草和各式野花的坡地上。它與老水塔、舊廠房、廢棄的傳送架等當(dāng)年的工業(yè)建筑融在了一起。這充滿現(xiàn)代感的橢球與動感十足的一群幾何菱形體相互呼應(yīng) ，更顯博物館的神秘。(圖3.1)

碗型影劇院橢球體是由金屬結(jié)構(gòu)為主體結(jié)構(gòu)支撐，通過檁托、二次弧形鋼管檁條來支承硬防水板，底層的硬質(zhì)防水鍍鋅鋼板(厚度為1.5mm)塊之間使用了鋁箔丁基橡膠防水膠粘帶作為板塊之間搭接縫的防水連接構(gòu)造。代替了以前在硬防水防板塊之間采用“Ω”型鋼槽的做法。用聚乙烯為防潮隔層;保溫層為80mm保溫棉;外層防水采用了厚度為0.9mm的扇形彎弧板直立鎖邊鋁鎂錳金屬屋面板和防水透氣膜;在高直立鎖邊上部安裝了Φ50×3的弧 形鋁支撐管。弧形鋁管作為最外層彩色立體造型裝飾板塊的支承構(gòu)件 。

我們在該項目的球形雙曲面金屬屋面的設(shè)計與施工中采用了多項新技術(shù)和新工藝。比如采用鋁箔防水膠帶作為二次防水構(gòu)造(鍍鋅鋼板硬防水層)的粘接密封材料;采用了全溢流式環(huán)形排水天溝;對口插槽式節(jié)點定位安裝外 裝飾板塊等。用新的設(shè)計和工藝方法來確保建筑的使用功能。

3.1、主體鋼結(jié)構(gòu)與屋面檁條的設(shè)計

這個項目的主體鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中走了不少的彎路，結(jié)構(gòu)的布置方案做過多次修改，但還是沒有考慮到外部金屬屋面的支撐結(jié)構(gòu)體系，導(dǎo)致了在主體結(jié)構(gòu)上又增添了一層轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，以此來對支承金屬屋面的環(huán)形檁條 進(jìn)行二次支撐。

主體鋼結(jié)構(gòu)的布置，是采用了投影方向矩形網(wǎng)格分布，在球體的中部的桁架分割尺寸和邊部的桁架分割尺寸相差很大，特別是在邊部的四個邊角部位，幾乎沒有能夠支撐環(huán)形次龍骨的支點，只好再從主體鋼結(jié)構(gòu)的外部 按經(jīng)線方向再加一層豎向鋼檁條，來支承水平布置的環(huán)形鋼管檁條(緯線方向)。以此作為鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面板和外裝飾面板的基礎(chǔ)支承結(jié)構(gòu)。(如圖3.1.1~3.1.4)

3.2、 鋁箔丁基膠帶作為二次防水(硬防水層)的密封材料

這個橢球體的內(nèi)部是一個非?，F(xiàn)代的多維立體飛行影院和劇場。在演出時，整個畫面是布滿在球體內(nèi)部的。參觀人員或觀眾以傳送帶的形式使他們能在畫面中有游動，以此來感受這多維、立體、飛行的震撼。這是一整 套電動液壓等自動設(shè)備控制的精密系統(tǒng)。所以對橢球體的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的各項物理性能指標(biāo)要求很高，特別對防水性能的要求是極為嚴(yán)格的。如果有雨水的滲入，將會對內(nèi)部的設(shè)施造成很嚴(yán)重的影響。

為了能確保防水性能，我們在外層采用了直立鎖邊金屬屋面的防水層，在中部設(shè)置了防水透氣膜的軟防水層，在最內(nèi)側(cè)設(shè)置了1.5MM厚的鋼板硬防水層。以此來保障整體屋面的防水性能。特別是這層1.5MM厚的鋼板 硬防水層，其防水構(gòu)造能有效的解決在極限狀態(tài)下，如有水滲入到保溫層內(nèi)也能進(jìn)一步阻止水進(jìn)入室內(nèi)。

以往我們在使用這種硬防水構(gòu)造時，是在硬防水的每塊防板塊之間豎向采用“Ω”型鋼槽的做法，橫向采用上下搭接的做法來防止水的進(jìn)入內(nèi)部。但這種方法給加工和安裝造成了一定的困難，特別是在水平方向的接口 處，易出現(xiàn)錯位、漏釘孔的情況，質(zhì)量也不易控制。

根據(jù)本項目的外形的實際情況，我們?yōu)閺氐捉鉀Q以往出現(xiàn)的硬防水層不嚴(yán)的問題，在該項目首次使用了表面覆蓋鋁箔材料的防水膠帶。用它作為基層鋼板搭接部位的防水連接構(gòu)造。

丁基膠粘防水膠帶的型號是多種多樣的。這里說的防水膠帶，主要是指丁基橡膠防水密封膠粘帶其標(biāo)準(zhǔn)為《丁基橡膠防水密封膠粘帶》JCT 942—2004，簡稱為“丁基膠粘帶”。那么什么是丁基橡膠粘帶呢?按標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 定的語言就是：“以飽和聚異丁烯橡膠、丁基橡膠、鹵化丁基橡膠等為主要原料制成的，具有粘接密封功能的彈塑性單面或雙面卷狀膠粘帶。”

我們在該項目上所使用的是單面膠粘帶，表面覆蓋材料為金屬鋁箔和無紡布覆面材料兩種，其厚度為1.5毫米，寬度為80毫米的丁基膠粘帶。(如圖3.2.1~3.2.3)

3.3、金屬屋面板全部都采用了弧面扇形板

在雙曲面金屬屋面板的排版設(shè)計中，可以采用多種形式進(jìn)行金屬板塊的排布組合。但除了整體采用弧面扇形板以外，其他的排布形式都會出現(xiàn)過量接口的問題。為了保證外形可能會采用焊接或搭接的做法，給屋面板的 防水性能增加了大量不可控的因素。特別是采用接口焊接的做法，在溫度荷載的作用下可能會造成焊口裂紋、變形等諸多問題。為了保證橢球體的整體防水性能，我們采用了加工難度大、技術(shù)含量高、成本造價高但安裝接口最 少，整體性能好的滿鋪鋁鎂錳金屬弧面扇形板作為橢球體的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)。(如圖3.3.1、~3.3.3)

球體的長軸直徑為43.1米，短軸直徑為38.1米，距地面最大球體高度為20.4米;扇形板的最小端尺寸為140mm，扇形板的最寬處尺寸為490mm; (如圖3.3.2)

在扇形金屬板布置時，我們將橢球體的水平最大直徑處做為上、下板的轉(zhuǎn)接接口。在接口的上部為正防水板，接口的下部為反向防水面板，在反向防水板上的雨水在自重的作用下能直接排到地面。(如圖3.3.5~3.3.6)

從橢球的外形頂部排煙通風(fēng)口處，順弧形往下，將扇形屋面板縱向分割為四段，上兩段采用了搭接技術(shù)進(jìn)行防水連接，中部段采用排水天溝的兩個立邊進(jìn)行連接，下部段在最大直徑處采用上壓下搭接的做法。(如圖 3.3.3~3.3.6)

這樣最大單板的長度可以控制在九米范圍以內(nèi)，以防止在工作狀態(tài)下由于溫度應(yīng)力的影響使金屬面板產(chǎn)生過大的變形，對金屬屋面的物理性能產(chǎn)生的影響。

3.4、橢球形金屬屋面全溢流式環(huán)形排水天溝

金屬屋面不銹鋼排水天溝，是指在建筑物頂部采用金屬板作為防水屋面時，設(shè)置在金屬屋面的下凹部位，起到收集雨水作用并能通過排水管系統(tǒng)有組織的將雨水排出的凹型溝槽。一般采用不銹鋼板制作成“U”形或矩 形的排水系統(tǒng)，叫不銹鋼排水天溝。不銹鋼天溝的作用是收集雨水，并能通過排水管系統(tǒng)有組織的迅速將雨水排出。

排水天溝槽設(shè)計時，在充分考慮到其自身的排水、引水的功能外，還要考慮到排水天溝是整個屋面系統(tǒng)的一個組成部分。其功能要完整。特別是在保溫、隔熱、隔聲及裝飾性能上要根據(jù)不同的項目進(jìn)行專門的設(shè)計。

該項目是一個基本完整的橢球形雙曲面金屬屋面，其排水天溝的設(shè)置在什么位置上最能起到匯水和排水的作用呢?我們針對該項目的實際情況進(jìn)行了模擬試驗和實際的測量。根據(jù)其功能和原理結(jié)合其他工程的設(shè)計案例 確定了不銹鋼天溝的具體的位置和斷面形狀尺寸。具體的布設(shè)位置是從橢球體的最大直徑處，也就是在正斜面和反斜面扇形板的交接處。垂直向上5米的水平切點位置，也是最大直徑環(huán)形檁條往上第五根水平檁條處設(shè)置不銹鋼 排水天溝。(圖3.4.1~3.4.2)

天溝的位置確定后，我們對天溝的排水功能的保障和在極限狀態(tài)下排水狀況進(jìn)行全面的分析。從不銹鋼排水天溝的斷面設(shè)計，到環(huán)形天溝在受溫度應(yīng)力作用下其變形的狀態(tài)，以及如何對這種水平天溝的縱向底部排水坡 度和排水系統(tǒng)的設(shè)置，進(jìn)行充分的論證分析。最終確定了橢球體水平環(huán)形不銹鋼排水天溝的設(shè)計方案。

該項目水平環(huán)形天溝的長度為117米(弧長)。共分為六個區(qū)域，每個區(qū)域的天勾弧長為19.5米。根據(jù)天溝上部的面積和當(dāng)?shù)氐挠晁闆r，計算出匯水量和水流速。根據(jù)數(shù)據(jù)確定在每段天溝內(nèi)設(shè)置兩個重力落水系統(tǒng)。在相 鄰兩段天溝的水平方向設(shè)計成坡度為2%方向相反的排水溝槽(規(guī)范中規(guī)定為大于1%)。

在天溝的最低處，不銹鋼槽的矮立邊上的頂部位置，設(shè)計成外折批水構(gòu)造。批水板與不銹鋼槽立板為一個整體。使批水板蓋住直立鎖邊金屬板的端頭部位(圖3.4.2)。使其形成批水構(gòu)造。確保在極限狀態(tài)下，如果排水天 溝內(nèi)的水無法從落水口順利排出，可以把天溝的矮立邊部位當(dāng)作溢流口，使雨水順利的排到室外。

3.5、三角形立體外裝飾面板采用了插槽式定位安裝節(jié)點

外層裝飾面板為彩色三角形立體外裝飾面板，其設(shè)計造型給了這個普通的橢球體增添了極大的立體感和生命力。使球面的視覺效果更為豐富。

在初期的方案設(shè)計時裝飾面板是一塊塊不規(guī)則的矩形板。有平板，也有立體彩色板塊。它們也都是通過圓形環(huán)狀鋁管與直立鎖邊屋面板系統(tǒng)連接的。每塊裝飾面板由上下兩根鋁管通過轉(zhuǎn)接件支承，這是一套很成熟的技 術(shù)。(圖3.5.1~3.5.5)

經(jīng)過多次優(yōu)化之后，最終確定為以三角形彩色立體裝飾板為主體的裝飾面層。其連接固定形式也是由初期的多點固定連接。改為上邊兩個固定點掛接，下邊緣由一個固定點以插接的方法插入底層板塊兒的上邊緣。這樣 ，在固定點減少了1/3的情況下，連接更為牢固。

我們在設(shè)計該節(jié)點時目的是為了解決裝飾面板由方形改為三角形之后，其背后的兩根支承鋁管會顯露在視線范圍內(nèi)。對外飾效果有很大的影響。我們將上部的鋁支承管上移，下部的支承管取消，其連接固定是靠插入在 下快板上邊緣的插入點來固定的。

這樣在外視線的范圍內(nèi)看不到起支承作用環(huán)形鋁管。這種全新的連接節(jié)點設(shè)計，在減少近一半連接鋁管和連接件的情況下，即提升了連接的可靠度又提高了外裝飾效果。得到了全面的肯定。

4、 結(jié)束語

近年來，超大型的曲面建筑金屬屋面，特別是雙曲面造型的金屬屋面系統(tǒng)，越來越多的應(yīng)用在國內(nèi)外大型建筑中。我們應(yīng)該看到，這些異型屋面在給建筑增彩的同時也我們帶來諸多的煩惱。其中反應(yīng)最強(qiáng)烈，出現(xiàn)問題 最多的是滲水、漏水現(xiàn)象。這可以說是大型金屬屋面質(zhì)量上的頑癥，究其原因應(yīng)該是多方面的。其中板塊之間的縫隙(膠縫)，是否能在各種工況的狀態(tài)下實時保證其在設(shè)計時要求的氣密、水密等各項物理性能，是保證項目整體 性能的一個非常重要的因素。再則就是排水系統(tǒng)設(shè)的計不到位，特別是對排水天溝的設(shè)計沒有充分分析在工作狀態(tài)時的適應(yīng)、協(xié)調(diào)情況，造成不銹鋼排水天溝的使用功能失效，而造成屋面漏水的嚴(yán)重后果。這些因素很值得我們 研究總結(jié)。

本文中的內(nèi)容是結(jié)合本工程項目，分析并介紹了在方案設(shè)計、施工圖設(shè)計、屋面施工過程中的技術(shù)問題。是我在設(shè)計和實踐中的一點經(jīng)驗總結(jié)和大膽的探索，如果能給金屬屋面系統(tǒng)設(shè)計師們提供一些有益的啟發(fā)就深感 欣慰了。

六枝記憶·三線建設(shè)產(chǎn)業(yè)園位于貴州六枝特區(qū)地宗礦洗煤廠， 在這里貴昆線及株洲至六盤水復(fù)線鐵路穿境而過，貴陽至六枝的時間只有2個半左右;六枝記憶·三線建設(shè)產(chǎn)業(yè)園距安順、黃果樹機(jī)場均為60公里。

現(xiàn)在交通極為便利，多么希望大家在看了這篇文章之后能打起行裝，到貴州的大山深處，到那個有著一絲神秘色彩的山谷里。親臨現(xiàn)場體會一下只有在那里才能感受到的神秘氣息。(圖4.1、4.2)我相信“三線建設(shè)博物 館”一定會使您心靈震撼!讓你的思想穿梭于過去與現(xiàn)在之間，讓你與以往有著不一樣的感受!