節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》是蘇州第一建築集團有限公司、蘇州市華麗美登裝飾裝潢有限公司完成的建築類施工工法，完成人是戚森偉、丁驥、朱雲峰、韓偉，適用於水平傾斜角小於70°的鋼結構、木結構坡屋面。

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》主要的工法特點是採用木板和保溫板貼上，組成複合保溫層；採用木龍骨及木條板的可調連線作基層；採用不鏽鋼金屬板作防水層並形成平板與屋面暗溝及防水翻邊相連，組成屋面防水系統；採用密釘滿焊的方法。

2008年01月31日，《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2005-2006年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法
• 工法編號： YJGF034-2006
• 完成單位：蘇州第一建築集團有限公司、蘇州市華麗美登裝飾裝潢有限公司
• 主要完成人：戚森偉、丁驥、朱雲峰、韓偉
• 套用實例：蘇州博物館新館
• 主要榮譽：國家一級工法（2005-2006年度）

形成原因

石材作為建築的常用材料，以其質地堅硬、色澤亮麗等特點被廣泛套用於建築裝飾。在現代房屋建築的裝飾上，無論是外牆面和屋面裝飾，石材飾面在滿足建築裝飾效果的同時，還需滿足節能、保溫、防水等功效。石材外飾面層特別是屋面飾面層要同時滿足上述功效，是2005年前石材外飾層施工尚待解決的技術難題。

蘇州博物館新館工程在坡屋面施工中，為滿足建築師貝聿銘先生的建築設計要求，蘇州第一建築集團有限公司、蘇州市華麗美登裝飾裝潢有限公司會同貝氏事務所、蘇州建築設計研究院、中咨監理展開技術攻關，先後進行了六次樣板屋面的試樣施工，採用節能型開放式雙層石材的坡屋面施工方法滿足了節能、防火、防腐、防水等各項指標要求，使用至2005年不滲不漏，達到了使用和裝飾效果，形成了《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》。

工法特點

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的工法特點是：

1.採用木板和保溫板貼上，組成複合保溫層，使之達到可靠的保溫節能效果。

2.採用木龍骨及木條板的可調連線作基層既滿足承受屋面荷載之功效又能起到找平作用，削減原鋼結構變形誤差，提高坡屋面整體結構的空間定位精度。

3.採用不鏽鋼金屬板作防水層並形成平板與屋面暗溝及防水翻邊相連，組成屋面防水系統，提高建築屋面的耐久防水性能。

4.採用密釘滿焊的方法，使具有防水功效的金屬板與基層板實現可靠連線，組成抗剪、抗彎能力材料的組合體。以其承受屋面荷載，提高屋面基層剛度。

5.利用石材連線的特殊構造，使雙層石材安裝方便牢固，實現坡屋面裝飾板下的有組織排水，利用雙層石材層次的交替隱蔽了連線件，達到很好的立體感觀效果。

操作原理

適用範圍

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》適用於水平傾斜角小於70°的鋼結構、木結構坡屋面。

工藝原理

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的工藝原理敘述如下：

充分運用屋面各基層的材料特性，使之成為既有獨立功效，又彼此相互結合共同工作的有機組合體，達到材料的充分套用。在坡屋面的最基層用木龍骨及木板作為受力和找平基層，並利用木板具有保溫隔熱特性與擠塑保溫板貼上組成保溫層。在木板基層上採用密釘滿焊的方式，將不鏽鋼防水板牢固連線與木板形成無相對面滑移的整體，以此提高組合截面慣性距，增強抗變形能力。在不鏽鋼材質的平板、排水暗溝和防水翻邊焊接連線焊疤打磨後，金屬板面光滑平整，為下道工序提供一個良好的基層，其光滑表面對組織排水極為有利。

背插式多點銷釘掛件，專為坡屋面雙層乾掛定造，也是工藝原理的核心。在平整的金屬板面彈出連線掛件定位線後，掛件可確立固定，底層石材兩頭墊上橡膠墊塊後嵌入掛件的十字槽間。底層石材與金屬面間有墊塊厚度的空隙，可有效的提供屋面排水。面層石材在工廠加工同時鑽出銷釘孔，現場再在孔內注入膠粘劑即可直接掛在掛件上。因銷釘孔在面層石材背面，面層石材擋住了掛件的掛鈎，而面層石材的縫隙則由底層石材填補，達到了基層金屬板及掛件的隱蔽，且又通風透氣。

施工工藝

• 工藝流程

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的施工工藝流程：施工準備——木基層及保溫板安裝—金屬板安裝——乾掛石材。

• 操作要點

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的操作要點如下：

一、基層及保溫板安裝（圖1）

圖1 基層及保溫板安裝工序

1.已有結構構件的覆核應著重測量對屋面平整度、斜度、軸線偏差及直接影響安裝精確度等方面，收集整個工藝進程的準確現場實際數據。

2.木檁條與鋼結構牢固連線（連線形式根據具體鋼結構形式確定），調整、糾偏並找平，使原有結構基層的空間點線面的位置，達到精裝飾的精度。

3.木基層板採用防腐木板材，安裝前應進行壓刨處理，大面鋪設時，木材髓心應向上，其板縫小於2毫米。屋面基層背面結構複雜，應在安裝板前做好背面的防火處理。

4.防火塗料應分批塗刷，厚度均勻，每遍塗刷前必須確定上遍塗層表面已徹底乾燥。

5.留設變形縫應與屋面檐口垂直，開設深度必須使用限位裝置。

6.在面板防火塗料塗刷完成後，即進行擠塑保溫板安裝，保溫板根據木龍骨間距裁剪，在安裝前於板背面採用專用膠粘劑進行點粘，保溫板拼接要嚴密，與板材貼上要牢固（坡屋面結構分層示意見圖2）。

圖2 坡屋面結構分層示意

二、金屬板防水層鋪設固定（圖3）

金屬板鋪設固定採用密釘滿焊的方式。

圖3 金屬板防水層鋪設固定工序

1.不鏽鋼螺釘孔開設時。螺釘間距應根據計算確定。檐口及變形縫兩側應加密布置，螺釘間距應根據基層板、金屬板的材料強度和厚度、檁條間距、屋面荷載、屋面傾斜度等相關條件確定（詳見檐口節點圖4）。

圖4 檐口節點圖

2.不鏽鋼板鋪設應根據設計尺寸切割後，鋪於已完成的基層變形縫間。

3.不鏽鋼螺釘固定應垂直於板面。

4.金屬板和螺釘的焊接要控制金屬熱變形，保證基層表面平整是關鍵。焊接採用氣體保護焊，保護氣體可採用氬氣（如不鏽鋼板大於3毫米厚可採用壓氦混合氣體）。應正確選擇鎢棒的直徑，並控制焊接電流。現場焊接採用工人手動送絲，應控制焊接速度，正確採取引弧措施。

5.焊接完成後應進行焊縫打磨、拋光，發現細縫、砂眼必須補焊，補焊後再打磨、拋光直至金屬板面光滑一體。

6.變形縫可採用"V"形，並嵌入基層板，兩側滿焊。

7.完成各項焊接後，應檢查總體平整度。如不滿足，須對不平整部位切割、拆除，再重新裁剪相應尺寸板材，開孔、補丁、補焊，直至平整。

8.屋面周邊與防水翻邊和排水暗溝焊接，使之成為整體。排水溝應進行儲水試驗，塗油測縫試驗，控制水量的淋水排水試驗，在施工過程中檢驗屋面的防水性能。

9.金屬板應與建築避雷系統接通。

10.排水溝及引下排水管口，應設定過濾格柵，以防止異物堵塞排水管道。

三、乾掛石材（圖5）

圖5 乾掛石材工序

1.在安裝不鏽鋼掛件前，應彈出格線線，對每個掛件的位置給予明確標定。對金屬面的平整度再次覆核，發現焊接變形應切割金屬板，在割縫周邊加密螺釘，再補焊、打磨、拋光。

2.底層條石兩端應墊置橡膠墊，並注矽酮膠固定。

3.在雙層石材面板荷載下，鋼屋架整體必有相當的撓度。為避免施工過程中逐步載入而產生的撓度變化，保證逐步完成的石材面層平整度，可採用配重施工的辦法。即將所有單個屋面所須使用的石材板運至屋面，按照安裝密度，分放到位。從而在面板安裝前，結構已承受應有荷載，石材安裝前後就不再有明顯的結構承載變形。

4.條石安裝時應注意對已固定掛件的保護，可採用架空腳手板對上層石材安裝。

5.石材打孔套用專用打孔機，一般在工廠加工。如要搬至現場，則必須搭設加工棚，分別堆放原材料與半成品，合理安排運輸加工線路，並有完善的污水排放措施。

6.面層板安裝前利用建築模數，使用計算機立體模型，進行邊、角、面的空間定位，並計算其間的幾何尺寸關係，提供現場彈設分層、分面、分格線。細化彈線，以確定每塊石材的邊角位置。放精準線時，隨時注意化解前道作業誤差，並嚴格確保誤差不再累積（詳見圖6屋面石材安裝節點圖）。

圖6 屋面石材安裝節點圖

7.面層板安裝時可在銷釘孔內注石材膠，通過石材膠中固化劑比例的掌握（固化劑的用量與氣溫、濕度、屋面坡度、施工時段等因數有關），來調節石材固化時間。面層石材安裝應設定臨時固定，以免石材膠固化前，石材因自重或施工震動等原因，產生位移。石材安裝的操作關鍵是著重控制石材安裝整體平整度。

8.石材表面清理時禁止使用鐵質器具，應統一使用不鏽鋼製品，以免殘留物鏽蝕後污染完成面。

勞動力組織

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的整個施工工藝屬多工種作業，涉及放線工、不鏽鋼工（不鏽鋼冷加工）、不鏽鋼焊工、打膠工、油漆工、普通工、石材板安裝工等，根據工作量的大小，各操作界面需要相應的人員進行流水施工，保證操作的連續性。勞動力組織見表1。

材料設備

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》所用的材料及設備明細如下：

1.基層板：應平整無變形翹曲，厚度按設計值，合理配置檁條。防腐處理應滿足建築物的使用年限，並滿足防火要求。

2.掛件：用於面層石板和金屬屋面的固定連線，雖然為石材隱蔽，但直接接觸水和空氣，屬於外露構件，一般採用不鏽鋼。固定連線掛件採用焊接連線，要求連線掛件材質應與金屬板同標號。

3.金屬板：與掛件焊接連線須採用同標號材質。板面寬度儘量按變形縫設定間距調整，以減小損耗。金屬板板面平整，邊角平直。加工允許偏差應符合：邊長允許偏差3.0毫米；對邊尺寸允許偏差3.0毫米；折彎高度允許偏差1.0毫米；平面度允許偏差1/1000毫米。

4.不鏽鋼焊絲：用於金屬屋面與不鏽鋼掛件的焊接，應採用與金屬屋面同標號焊絲。

5.橡膠墊塊：用於底層條石與不鏽鋼之間的連線，根據掛件尺寸選用。厚度一般為10~15毫米。

6.底層壓條石：用於面層板板縫下層，一般左右對稱設定，加工時應避免混淆。

7.面層石板：根據圖紙採用所需型號的面層石板。石板的長度、寬度、厚度、平整度、對角線、打孔位置偏差以及石板的色差必須滿足《金屬與石材幕牆工程技術規範》規定要求。

8.石材幹掛膠：根據屋面的坡度大小及施工季節選擇適當型號的石材幹掛結構膠，主要考慮初凝速度和終凝後的脆性。在大面積施工前，乾掛膠要進行試驗。

9.矽酮耐候密封膠：根據設計要求採用所需型號的矽酮耐候密封膠，主要用於屋面檐口部位石材板縫密封嵌縫處理。

10.機具及工具準備：直流氬弧電焊機、金屬切割機、專用石材打孔機、理石切割機、角磨機、22號鋼絲、鐵錘、水平尺、分電箱、手推車、玻璃膠槍、線錘、墨斗、膠帶紙、電錘、鏟刀、捲尺等。

質量控制

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的質量控制要求如下：

一、執行的技術標準和規範：

1.《屋面工程質量驗收規範》GB 50207—2002；

2.《鋼結構工程施工質量驗收規範》GB 50205—2001；

3.《木結構工程施工質量驗收規範》GB 50206—2002；

4.《建築防腐蝕工程施工及驗收規範》GB 50212—2002；

5.《民用建築節能工程施工質量驗收規程》DGJ 32/J 19—2006；

6.《金屬與石材幕牆工程技術規範》JGJ 133—2001；

7.《鎢極惰性氣體保護焊工藝方法》JBT 9185—1999。

二、質量保證措施

1.基層條形木板端部拼接縫必須交錯布置，不得有連續通縫。基層安裝著重是結構偏差的調整，基層面應滿足如下要求：平整度（用2米靠尺、塞尺）允許偏差小於2毫米；檐口水平度允許偏差小於3毫米；屋面坡度允許偏差小於1/1000；單坡對角線允許偏差小於3毫米。

2.保溫板安裝應接縫緊密。縫隙大於2毫米以上套用保溫發泡劑補縫。

3.螺釘釘尾部應與金屬板面平，誤差應不大於0.5毫米。對螺釘須逐個檢查，發現過高或過低的應明確標誌，在焊接時加焊焊透，焊接檢查時予以特別注意。

4.掛件加工偏差應滿足：銷釘長度偏差<0.5毫米；銷釘水平位置偏差<0.5毫米；銷釘斜度偏差<15'；連線板不得有毛刺；連線板長寬及對角線偏差<1.0毫米。

5.對金屬板邊、螺釘尾部及變形縫的焊接必須每處依次打磨拋光檢查。對細紋、暗紋、砂眼部位必須重焊，再打磨拋光檢查，直到確保金屬板滴水不漏。

6.石材精度控制

1）石材的翻樣工作是保證石材加工安裝精度的前提，針對每種石材出加工圖，針對每塊石材給予一個獨立的編號，並繪製立面布置圖，標註每塊石材的安裝部位。

2）石材加工圖示精度0.1毫米，加工精度0.3毫米。

3）所有石材進場前必須完成規格尺寸、材質等驗收，並進行排版編號，裝箱後運抵工地，整齊堆放在指定位置。

4）施工過程中，工人按裝箱的標註說明去搬運、安裝。安裝前再逐塊覆核石材，當石材滿足其規格尺寸及色澤要求後再用乾掛膠將掛件與板固定。

5）火燒板的火燒均勻程度以及石板的外表面花紋、色澤應嚴格控制。石材顏色差異較大的需經質檢員、設計單位、業主確認後才可以進行安裝，但必須重新調整安裝位置。

7.石材安裝完成，腳手架拆除後，若需增加其他裝飾物等，嚴禁在無成品保護措施下登上屋面進行施工。在已安裝好的石材面附近進行電焊或切割作業時，套用較厚膠合板或石棉布做好保護，並由專人看管，方可施工，以確保石材表面無灼傷。

安全措施

採用《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

1.根據施工現場的實際情況和該工程的特點，根據公司制定的《安全過程控制程式》，將以"安全第一，預防為主"這一安全生產方針貫徹整個施工全過程，科學地進行安全管理和組織施工。

2.屋面施工為高處作業，安全措施應符合2005年前行業標準《建築施工高處作業安全技術規範》JGJ 80—91的規定外，還應遵守施工組織設計及高空作業安全防護規程的各項要求。高空作業應有牢靠的立足處，並視具體情況配置防護欄網或其他安全設施。作業區域內的高壓線一般應予拆除或改線；不能拆除時，應架設安全防護，並與其保持安全作業距離。

3.電焊工工作前必須戴好防護用品，電焊鉗、電線切勿搭在焊件上，以防止損壞漏電。不準在易燃易爆物品附近進行焊接。在使用氣焊時，嚴禁拋擲、滾動氣瓶，撞擊、暴曬及接近高溫。嚴禁把未熄滅之焊槍放入水中冷卻。嚴禁在乙炔發生器附近有火種。工作時氧氣瓶和乙炔發生器必須嚴格分離，二者距離大於5米。焊接前應檢查氧氣瓶、乙炔發生器和皮管是否漏氣。工作完畢後關閉乙炔和氧氣瓶，按規定的安全措施處理放置。電焊工必須經過專業培訓合格後持證上崗。

4.安裝工要注意各類腳手架的牢固安全，制止冒險、冒失行為。對石材、配件等要整理歸庫，不得隨地亂丟或堆放在腳手架上。交叉作業時，應注意上下工序的配合，不得任意扔擲工具及材料，以免傷人。凡需動用電焊等明火作業的，事先要得到工地負責人或工地管理員的批准辦好"動火證"並做好動火周圍的安全工作。

環保措施

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的環保措施如下：

1.成立對應的施工環境衛生管理機構，在工程施工過程中嚴格遵守國家和地方政府下發的有關環境保護的法律和規章，加強對施工溶劑、工程材料、設備、廢水、廢氣、廢渣的控制和治理，遵守防火及廢棄物處理的規章制度，隨時接受相關單位的監督檢查。

2.施工現場應遵守《建築施工場界噪聲限值》規定的降噪聲限值，制定降噪制度。施工現場提倡文明施工，建立健全控制人為噪聲的管理制度，儘量減少人為大聲喧譁，以增強全體施工人員的自學意識，保證達到規定的噪聲限值。

3.嚴格控制作業的時間，晚間作業按規定辦理夜間施工證。並應儘量採取降噪措施。牽扯到強噪聲的加工作業，應儘量放在工廠完成，減少因施工現場加工製作產生的噪聲。

4.在施工過程中應儘量選用低噪聲或備有消聲降噪的施工機械，以減小噪聲污染。加強現場環境噪聲的長期監測，採取專人監測，專人管理的原則，凡超過噪聲限值規定的，要及時對施工現場噪聲超標的有關因素進行調整。

5.設立專用有毒有害物品倉庫，並設專人看管，建立有毒有害物品領用制度。

6.各類廢品分類堆放，定期回收、外運、處理。

7.腳手架外圍拉設防塵密網，晴天灑水，定期清理，防止石塵飛揚，污染周圍環境。

效益分析

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》的效益分析如下：

一、耐久性好

首先，《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》涉及的結構承載方式主要是機械連線，基層板與金屬板間採用的是螺釘連線，石材與掛件間也主要是依靠石材自重與銷釘及石材孔共同作用，膠水僅起到施工過程中的輔助作用，可以說即使膠水完全失效，結構依然可靠。其次，大面積的屋面防水不依賴矽酮膠或橡皮條，以金屬板的整體防水為主。第三，金屬板可按主體結構設計使用年限來選用，達到與主體結構同樣的使用壽命。

而普通幕牆正常使用時，使用單位每5年必須進行一次全面檢查，特別是矽酮結構膠和矽酮密封膠，要在不利位置進行切片檢查，觀察有無變化，如無變化方可繼續使用；並且幕牆在竣工交付使用時，只能對材料提出10年的質量保證。

由此，僅耐久性，該工法比普通幕牆效益高5~10倍。

二、施工進度快

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》適合組織大批施工人員集中施工。石材安裝順序應自上而下，橫向可成排施工。在精確彈線後適合密集施工人員集中施工，一般可安排連件點焊、連件加固、放置墊塊、按裝底層條石、安裝面層條石、清理等六組施工人員成排梯形推進，每個屋面可同時安排超過50人同時施工。

利用該工法類似特造掛件安裝石材的方法，在金屬板表面一次性彈放線後即可大面積安裝固定掛件到位，再分批安裝底層石材、面層石材。而傳統乾掛方式是鋼架完成後，放線、掛件安裝、石材安裝必須由同一組工人依次進行。故此工藝更適合大面積的流水作業，有利於縮短工期。

三、環保節能

木材與擠塑板形成的雙層保溫層，因其高效的熱阻性能，使得超薄的屋面相當於30倍即1米以上混凝土厚度的效果[普通混凝土熱導係數1.5瓦/（米·開），擠塑保溫板導熱係數0.03瓦/（米·開），木材導熱係數0.11瓦/（米·開）]。加之雙層屋面板可遮擋陽光直射，且通風通氣。使屋面具有良好的建築節能效果。

木基層及木龍骨採用天然防腐木，屋面部分無須防治白蟻而噴藥。採用氣體保護焊，產生熱量和有害氣體較少，對周邊施工影響小，達到環保要求。

四、防火

較之普通工藝中大量使用各類結構膠的情況，《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》在結構層的連線中使用的是機械連線，使建築物的耐火性得到提高。結構膠在一定高溫下，就無法保證其正常工作，而起連線及抗剪作用的螺釘，在防火木板損毀前，不會改變其性狀。

套用實例

《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》在蘇州博物館新館的套用情況如下：

1.套用工程概況

蘇州博物館新館位於蘇州古城東北部歷史保護街區與拙政園和太平天國忠王府毗鄰。新館建設歷時3年，建築面積2.0萬餘平方米，總投資3.39億元。使用該工法施工的屋面涉及5100平方米（按屋面法向投影面積計算）。

主體結構由混凝土澆築，屋架為鋼質人字架或空間結構。屋面坡度以1:2為主，工程中木龍骨使用40毫米高80毫米寬加拿大產天然防腐木木楞，間距337.5毫米；基層板材使用20毫米厚90毫米寬4面壓刨處理板材，材質與龍骨同；屋面金屬板採用3毫米厚美標316不鏽鋼，螺絲等不鏽鋼配件均與板材同標號；屋面石材採用山西太白青（中國黑），石材表面處理採用燒毛後高壓水洗面，雙層石材板均為20毫米厚。

註：施工費用以2005-2006年施工材料價格計算

2.施工情況

整個博物館工程為一庭院式的建築群，主要分A、B、C三個區域先後施工，其中大小屋面200餘個，在中央大廳及繪畫廳等主要施工進度關鍵點上，在確保空間八面體建築屋面達到準確精度的同時，全面推進屋面工程施工，縮短了工期。

裝飾工程施工自2005年10月20日～2006年9月10日，其中用此工法施工的屋面工程主要在2006年4月～6月完成。施工後期，不鏽鋼和石材表面日照下溫度大於60°、使用此工法以機械連線為主，不依賴於結構膠，在全天候施工的情況下，使安全質量得到保障。

圖7 施工工藝流程

3.結果評價

採用該工法施工後，為保證施工過程中每一單體屋面的一次性交工，達到精品要求，現場技術人員會同監理，對施工進行全過程驗收。經過數據整理每片屋面均達到如下效果：斜面度偏差<3毫米；水平度偏差<2毫米；表面平整度偏差<1毫米；相鄰板材板角錯位<0.5毫米；接縫高低差<0.3毫米；陽角方正偏差<0.5毫米；接縫高低偏差<0.3毫米；接縫直線度偏差<0.3毫米；接縫寬度偏差<0.3毫米。

石材表面平整、潔淨，顏色協調一致，無色差，石材縫寬窄均勻，凹凸線條厚度一致、深淺一致、寬窄均勻。

榮譽表彰

2008年01月31日，中華人民共和國住房和城鄉建設部發布《關於公布2005-2006年度國家級工法的通知》建質[2008]22號，《節能型開放式雙層石材坡屋面施工工法》被評定為2005-2006年度國家一級工法。