隨著經(jīng)濟、社會的發(fā)展和進步，現(xiàn)代城市建筑造型呈現(xiàn)多元化的發(fā)展趨勢，建筑師更趨向于體現(xiàn)自己的設(shè)計理念和城市品位，中規(guī)中矩的建筑已經(jīng)逐漸被“新”、“奇”、“特”的建筑所取代。金屬圍護系統(tǒng)作為建筑的外衣，如何實現(xiàn)建筑大師的創(chuàng)意，甚至如何通過建筑的語言形式來表達城市的文化理念，更加透徹地反映城市的文化氣息，已經(jīng)是眾多屋面公司必須面對并解決的問題。

銅仁奧體中心整體建筑群的設(shè)計靈感來自于梵凈山區(qū)出產(chǎn)的紫袍玉帶石，結(jié)合山石獨特的層巖結(jié)構(gòu)以及蜿蜒流淌的橫向線條恰似條條玉帶將各個有機的場館連為一體。體育場整體采用車幅式桁架結(jié)合拉索結(jié)構(gòu)塑造恢弘氣勢，立面百葉猶如武陵山脈連綿起伏而富有韻律的線條，體現(xiàn)了山水靈動的造型意向，屋面膜結(jié)構(gòu)造型肌理猶如水中漣漪，簡潔大氣，與城市氛圍相融合。

工程特點

本工程體育館和游泳館金屬屋面由雙曲面和部分單曲面組成，曲面無規(guī)律。如何控制好建筑的造型、實現(xiàn)建筑師的預(yù)想是工程的關(guān)鍵。同時，對于屋面裝飾層鋁單板，建筑師按平面圖1,200mm×2,400mm的尺寸分格，運用犀牛模型投影出的裝飾層鋁單板分格尺寸均不相同。

通過Grasshopper插件對鋁板進行分析、合并，提高了鋁單板加工、制作和現(xiàn)場安裝的效率并節(jié)約了加工和施工成本。體育館和游泳館的主、次檁條都采用螺栓連接，所有檁條都預(yù)先在加工廠開孔，到現(xiàn)場直接安裝，對犀牛模型要求高，現(xiàn)場控制更為嚴苛。

異形金屬屋面的設(shè)計

3.1  金屬屋面系統(tǒng)的構(gòu)造

由于本工程造型和功能的要求，對金屬屋面系統(tǒng)來說，設(shè)計和施工難度很大，必須結(jié)合工程實際情況，采取特殊的、符合實際需要的結(jié)構(gòu)形式、節(jié)點設(shè)計和施工工藝，才能保證工程的順利完成。本工程屋面系統(tǒng)的構(gòu)造如下（自上而下）：

a.體育館屋面系統(tǒng)構(gòu)造層次

裝飾層：3mm厚氟碳噴涂鋁單板；

防水層：0.9mm厚氟碳輥涂鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板（65/400）；

保溫層：50mm厚玻璃纖維吸音棉（壓縮成30mm厚），容重16kg/m3；

防水層：1.2mm厚TPO防水卷材；

保溫層：2層75mm厚憎水性巖棉保溫層，容重160kg/m3，錯縫鋪設(shè)（共150mm厚）；

隔汽層：0.3mm厚PE隔汽膜；

吸音層：50mm厚玻璃纖維吸音棉，下鋪無紡布；

底板層：0.8mm厚穿孔壓型鋼板，波高35mm，穿孔率15%,孔徑∅5mm，聚酯涂層；

結(jié)構(gòu)層：鋼檁條、檁托。

b.游泳館屋面系統(tǒng)構(gòu)造層次

裝飾層：3mm厚氟碳噴涂鋁單板；

防水層：0.9mm厚氟碳輥涂鋁鎂錳合金直立鎖邊屋面板（65/400）；

保溫層：50mm厚玻璃纖維吸音棉（壓縮成30mm厚），容重16kg/m3；

防水層：1.2mm厚TPO防水卷材；

保溫層：2層75mm厚憎水性巖棉保溫層，容重160kg/m3，錯縫鋪設(shè)（共150mm厚）；

隔汽層：0.3mm厚PE隔汽膜；

底板層：1.0mm厚壓型鋁合金板，波高35mm，氟碳噴涂；

結(jié)構(gòu)層：鋼檁條、檁托。

 

3.2  金屬屋面整體深化設(shè)計思路

體育館、游泳館的鋁單板條帶造型裝飾層，設(shè)置在鋁鎂錳防水屋面板之上，采用鋁合金鎖夾進行連接轉(zhuǎn)換，無需穿透鋁鎂錳屋面板，保證在滿足外觀要求的同時不影響整體構(gòu)造的防水效果。整個屋面系統(tǒng)采用了剛性防水與柔性防水相結(jié)合的防水體系，保證了屋面的可靠防水和耐久性。屋面圓角部位布置了板端大小不一的扇形板，匹配了建筑的外弧面造型，也兼顧了外觀與防水。天溝系統(tǒng)在不銹鋼天溝板上滿鋪TPO防水卷材以保證天溝的耐久性和防水性。

防水是金屬屋面最重要的功能要求，它的好壞直接影響工程的形象和聲譽，因此必須防止屋面漏水。本工程結(jié)合自身特點選用了目前國內(nèi)最成熟的直立鎖邊屋面系統(tǒng)，板型寬400mm、肋高65mm。由于該工程呈曲面造型，僅僅依靠一種板型無法滿足工程需要，屋面板也會因焊接而存在漏水隱患，為此通過犀牛模型放樣后采用直板+扇形板的布板方式來實現(xiàn)建筑的防水要求，保證了整個屋面板排布不需要焊縫，消除了漏水隱患。同時，屋面板施工完成后，必須注意成品保護，防止在安裝裝飾層的時候造成金屬屋面板的破壞。

 

3.3  檁條與主結(jié)構(gòu)連接形式

銅仁奧體中心體育館、游泳館屋蓋主體鋼結(jié)構(gòu)采用正放四角錐網(wǎng)架結(jié)構(gòu)體系，其外形復(fù)雜，這就造成了施工過程中很難控制安裝精度、容易出現(xiàn)外形尺寸偏差較大的現(xiàn)象。為了確保屋面安裝后的造型尺寸精準(zhǔn)無誤，必須在安裝次檁條時將主體鋼結(jié)構(gòu)的施工誤差調(diào)整到外形允許的范圍之內(nèi)。然后，將建筑表皮和主鋼結(jié)構(gòu)模型組合起來，找出兩者之間的位置關(guān)系，依此確定檁條完成面及檁托高度并以三維坐標(biāo)的形式確定檁條的坐標(biāo)點，在現(xiàn)場通過全站儀進行空間位置定位。

至于檁條的加工與制作，由于該工程造型復(fù)雜，要想完成造型需要，首先，在設(shè)計階段必須保證檁條的設(shè)計合理，而采用傳統(tǒng)的CAD建模無法滿足要求，因此需要應(yīng)用犀牛軟件和Grasshopper參數(shù)對屋面檁條進行建模、分析，經(jīng)過放樣，從模型中提取檁條的加工尺寸。檁條的加工精度直接關(guān)系到建筑的外觀效果能否實現(xiàn)。 

3.4  體育館屋脊節(jié)點設(shè)計

體育館外圈屋面造型由兩塊曲面組合而成，曲面轉(zhuǎn)角處因角度過大，一塊屋面板無法連續(xù)鋪設(shè)，因此采用斷開高低搭接做法。上層屋面板與下層屋面板搭接寬度為250mm并且在搭接部位做泛水板封口進行防水。同時在較高一端安裝不銹鋼螺栓固定屋面板以防屋面板向下滑落 

3.5  天溝系統(tǒng)設(shè)計

基于體育館、游泳館的屋面造型，布置了外圈和內(nèi)圈兩圈天溝。由于該天溝局部屬于單曲造型，在屋面板上造成坡度及標(biāo)高漸變，故在進行排水系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)考慮水流速度對天溝最低點的影響，避免最低點排水壓力過大，因此，采用了集水井虹吸系統(tǒng)排水，減緩水流對天溝最低點的影響，避免最低點出現(xiàn)溢流現(xiàn)象。同時，天溝伸縮縫布置在集水井低處，避免伸縮縫出現(xiàn)溢流現(xiàn)象。

為保證天溝的有效匯水體積，將天溝的底部做平，上游附加泛水板，防止因坡度過大而導(dǎo)致水流直接沖過天溝，下游采用防水板連接，確保較低一端屋面板的伸縮不會影響整體構(gòu)造。

3.6  體育館、游泳館金屬屋面防雷節(jié)點設(shè)計

根據(jù)國家《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》（GB 50057-2010），該工程防雷節(jié)點以屋面板作為接閃器，采用4mm厚鍍鋅鋼板折件連接鋁合金支座與鋼骨架，再經(jīng)由鋼骨架傳遞到主體結(jié)構(gòu)，形成防雷回路。為了更好地做到第二道防水，在鍍鋅鋼板折件與鋁合金固定座連接處把柔性防水卷材上翻包住固定座及鋼板折件。

銅仁奧體中心體育館、游泳館屋面工程曲面造型的深化設(shè)計，是在整個項目的現(xiàn)場施工過程中，通過建立犀牛模型，分析、深化設(shè)計圖紙，解決了結(jié)構(gòu)碰撞、確定了合理的屋面排板，同時運用Grasshopper參數(shù)設(shè)計處理裝飾鋁單板和檁條加工，構(gòu)件在工廠加工，到現(xiàn)場直接安裝，構(gòu)件加工標(biāo)準(zhǔn)化、施工工藝簡單化、成本管理節(jié)約化，并通過嚴控深化設(shè)計模型和構(gòu)件加工精度，最大限度地塑造了建筑屋面最優(yōu)的曲面造型。