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雄安高铁站站房及雨棚金属屋面设计与关键技术应用

发布时间:2022年4月23日 点击数:273

1 工程项目简介

京雄城际铁路雄安站位于雄县城区东北部,京港台高铁、京雄城际、津雄城际三条线路汇聚于此。作为亚洲第一高铁站、雄安新区标志性建筑,雄安站的建设对于疏解北京非首都功能、打造轨道上的京津冀意义重大。雄安站总建筑面积47.52万m2,站房面积约为13.8万m2,主体共5层,其中地上3层,地下2层,局部设夹层,从中部光谷划分为京雄场和津雄场。设计规划为京雄场7台12线、津雄场4台7线、城市轨道交通2台4线。

整个雄安站项目以“世界眼光、国际标准、中国特色、高点定位”为建设基准,目标瞄准打造“畅通融合、绿色温馨、经济艺术、智能便捷”的中国铁路客站创新发展的标志性工程(图1)。

图1 高铁雄安站设计立面效果图

图1 高铁雄安站设计立面效果图  下载原图


2 金属屋面设计概述

雄安高铁站站房屋面总体造型为椭圆形,南北长450 m,东西长355.5 m,最大标高47.20 m,站台雨棚檐口高度30.2 m。整个屋面颜色以深蓝到浅蓝色为主色调,双曲面结构,覆盖范围总面积达到16万m2,其中金属屋面系统约3.6万m2,聚碳酸酯阳光板系统约5.7万m2,玻璃采光顶系统约1.1万m2,室内外檐口系统约3.2万m2,不锈钢天沟系统约2.4万m2。屋面防水等级:高架候车厅防水等级为一级;高架雨棚防水等级为二级。

铝合金直立锁边屋面位于高架站房和高架雨棚顶部,站台阳光板(聚碳酸酯中空板)屋面主要位于站台雨棚区域。屋面构造主要有三种型式,一种为铝合金直立锁边屋面系统+光伏组件,另两种为阳光板屋面:一种为阳光板+光伏组件,另一种仅为阳光板屋面。屋面检修马道为不锈钢格栅板。天沟分为高架站房天沟、高架雨棚天沟、阳光板雨棚天沟。站房采光带有8条采光玻璃天窗,局部立面有排烟开启系统。东西外挑雨棚为阳光板采光屋面和玻璃采光屋面。周圈檐口为铝复合板包边,包边材料为铝复合板,檐口圆边为铝单板。

雄安站屋面各系统如图2所示。

2.1 玻璃采光顶系统

本工程玻璃采光顶部分系统组成如表1所示。天窗玻璃选用6HS+1.52PVB+6HS Low-E+12A+8FTmm半钢化中空超白玻璃,玻璃采光顶采用中空LOW-E玻璃。铝型材为6063-T5和6063-T6,表面采用阳极氧化处理。侧封板采用3.0 mm厚的AA3003铝合金。铝单板钢骨架与天窗钢结构满焊连接。玻璃天窗构造如图3所示。

2.2 直立锁边屋面+分布式光伏系统

本工程直立锁边屋面+分布式光伏系统组成如表2所示。金属屋面面板采用1.0 mm厚AA3004铝镁锰合金板,牌号H24,表面处理为原色锤纹。金属屋面采用360°咬口锁边连接,分布在高架候车厅和高架雨棚局部屋面。屋面板材主要力学性能:屈服强度≥185 MPa,抗拉强度≥220 MPa,伸长率不小于3.8%。

直立锁边屋面+分布式光伏系统构造如图4所示。

2.3 阳光板+分布式光伏系统

阳光板+分布式光伏系统组成如表3所示。阳光板选用30 mm厚聚碳酸酯飞翼板,8层结构,表面有抗紫外线保护层,分布在南北两侧站台雨棚区域。在阳光板上方架设分布式光伏,利用阳光板型材作为光伏组件的支撑龙骨,如图5所示。

图2 雄安站屋面分系统索引图

图2 雄安站屋面分系统索引图  下载原图


  

表1 玻璃采光顶组成  下载原图



表1 玻璃采光顶组成
图3 玻璃天窗构造层示意图

图3 玻璃天窗构造层示意图  下载原图


  

表2 直立锁边屋面+分布式光伏系统组成  下载原图



表2 直立锁边屋面+分布式光伏系统组成
图4 直立锁边屋面+分布式光伏系统构造示意图

图4 直立锁边屋面+分布式光伏系统构造示意图  下载原图


  

表3 阳光板+分布式光伏系统组成  下载原图



表3 阳光板+分布式光伏系统组成
图5 阳光板+光伏构造示意图

图5 阳光板+光伏构造示意图  下载原图


2.4 檐口装饰板系统

檐口装饰板系统组成如表4所示。檐口板采用4 mm厚复合铝板,耐火等级达到A2。上下铝材选用厚度为0.5 mm的富有延展性的3003防锈铝材,外板氟碳滚涂,内板氧化;芯材为3 mm厚无机防火芯材。龙骨选用尺寸为150 mm×100 mm×6 mm的矩形方通钢管,表面热镀锌处理。檐口铝板间胶缝为16 mm,胶缝间安装泡沫填充棒,表面作打胶处理。

  

表4 檐口装饰板系统组成  下载原图



表4 檐口装饰板系统组成

檐口装饰板系统构造如图6所示。

3 关键技术应用

3.1 BIM协同应用

本项目采用三维BIM建模与犀牛模型相结合,大大提升屋面工程施工的精确度及工作效率。结合现场测量放线及局部微调,设计与施工现场之间实现数据信息共享、有效协同,根据现场数据生成的实体模型直接出图,节约大量沟通和数据转换时间。每一处节点清晰可见,每一组数据都有理论依据,保证了项目施工的整体规划性和全程可视性。同时工程量精确统计和计算,有利于屋面工程成本分析和控制。

图6 檐口装饰板构造示意图

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1—虹吸处水沟下沉100,宽600;2—8+12Ar+6+1.52PVB+6双银Low-E钢化夹胶中空玻璃;3—3厚不锈钢板;4—主体结构(非幕墙施工范围);5—4厚复合板(氟碳喷涂),设置环向30×30×3铝方管,间距600加劲肋;6—灯筒;7—虹吸(非幕墙设计);8—100×100×5方钢通,热镀锌;9—100×100×6方钢通,热镀锌;10—80×5方钢通,热镀锌。

在金属屋面各分系统的交接处,因各自材料、防水做法、专业施工人员都不一致,还受到施工工序穿插、施工顺序、节点做法等多因素影响,往往存在很大的漏水隐患,所以交接处的细部构造设计非常关键。如果对于细部节点设计不重视、未给出细节指引,会造成施工人员无从下手,施工人员只能根据其“经验”来施工,这往往会冒着极大漏水风险,因为很多施工人员的所谓“经验”是经不起实践检验的[1]

首先应当重视材料自身的防水防腐性能,同时需要注意分析构造做法完成后对材料防水防腐性能的影响,以及长期受紫外线、风雨雪、温度变化、空气腐蚀后材料与构造的变化。只有把重点防水部位作为动态的系统工程来研究设计,将节点构造与材料自身防水相结合,才能确保整个屋面系统的防水性能。

3.2 金属屋面分布式光伏

在高铁站房建设分布式光伏发电站有众多优势:1)高铁站房屋顶面积大,多为金属结构屋面,结构承载能力强;2)高铁站房产权清晰,容易推动实施分布式光伏,有利于后期维护管理;3)高铁站房用电负荷大,光伏所发电量基本可以就地消纳;4)高铁站房配电系统先进,有利于光伏发电并网[2]

雄安高铁站屋面铺设了1.77万块、4.2万m2多晶硅光伏组件,年均可发电量达到580万k Wh,有效节约电能30%。其光伏屋面系统从高处俯瞰,犹如“水滴上的一颗明珠闪闪发光”,与屋顶造型相辅相成。对光伏组件安装在金属屋面上的连接节点进行专门设计,从而在保证屋面系统建筑防水、抗风、建筑造型等要求全部实现的基础上,保证光伏组件的安全固定与效能发挥。本工程太阳能光伏组件是借助铝合金压块,用不锈钢螺栓固定到铝合金导槽檩条上,铝合金导槽檩条按照间距用不锈钢螺栓固定在金属屋面直立锁缝上。应注意导槽檩条一般需要固定在屋面支架位置,并加设防下滑的措施。在连接太阳能光伏组件和金属屋顶系统的过程中,只有完全明确上述各个连接节点的传力,才不会对铝镁锰合金材料制作成的金属屋面板产生额外荷载作用[3]

图7为本项目应用的金属屋面分布式光伏系统。

图7 金属屋面分布式光伏系统

图7 金属屋面分布式光伏系统  下载原图


3.3 多层中空高飞翼阳光板应用技术

3.3.1 多层中空高飞翼阳光板简介

雄安高铁站站房屋面局部和站台雨棚整体屋面主要材料采用聚碳酸酯板,总使用面积达6万m2。图8为北侧雨棚阳光板屋面。

聚碳酸酯板具有耐候、质轻、阻燃、隔声、透光、抗紫外线、耐冲击等众多优点,但作为建筑材料其物理性能与玻璃、铝材及钢材差别很大,热膨胀系数约为普通玻璃的7倍,造成自身线性变化比普通玻璃或铝材大得多。传统的做法将阳光板直接固定在铝型材或钢材上,热膨胀差异会引发板变形、胶缝撕裂、固定点位置的阳光板龟裂,甚至脱落、破坏,由此带来的防水、抗风问题成为阳光板用作建筑围护产品的致命缺陷。本工程针对聚碳酸酯板材料热胀位移大、用于采光顶防水效果差的缺点,研发了多层中空高飞翼新型阳光板和配套型材,以及专门的节点固定方式,有效释放了温度应力,减小了阳光板在安装时引发的应力,提高了单板和整体的防水性能,增强了阳光板采光顶的实用性、美观性和可靠性。

图8 北侧雨棚阳光板屋面

图8 北侧雨棚阳光板屋面  下载原图


图9为多层中空高飞翼阳光板安装现场。

图9 多层中空高飞翼阳光板安装

图9 多层中空高飞翼阳光板安装  下载原图


3.3.2 多层中空高飞翼阳光板特点

1)中空高飞翼阳光板强度高、质量轻、采光好。飞翼高度达6 cm,使阳光板自身可作为排水槽进行排水。

2)防漏水两翼设计,板材两边采用直立工艺,形成两道挡水墙,可防止雨水渗入,构造如图10所示。

3)板材为乳白色,具有漫反射效果,室内光线柔和且无眩光,保证高透光率的同时增加了候车人员的舒适度。

4)30 mm厚的飞翼中空板具有优异的隔热性能,满足自然采光的同时也降低了能耗,再加上该材料具有质轻、抗冲击性强的优势,其应用在降低钢结构使用量、增加采光面积的同时,又保证了屋面的安全性。

图1 0 高飞翼阳光板构造示意图

图1 0 高飞翼阳光板构造示意图  下载原图


5)借鉴幕墙机械式安装方式,整个系统从抗风性、强度、防水和板材热胀冷缩的消化等方面都做了细致的考量。

6)阳光板的原料配方与生产采用了抗紫外线UV层共挤技术,保证了飞翼板表面不受太阳紫外线的损害,保障了板材的使用效果和使用寿命。

3.3.3 多层中空高飞翼阳光板安装关键技术

中空高飞翼阳光板采用高精度定位、对边固定、非穿孔连接的安装方式,有效规避了阳光板安装后线性膨胀带来的隐患;封闭中空隔板等构造措施保证了系统的气密性以及抗风揭能力,完美契合了站房的设计要求。

4 结束语

雄安高铁站金属屋面工程于2020年11月完工,宛如白洋淀旁一颗璀璨的明珠,完美地呈现在世人面前。本工程为适应设计要求,成功应用了BIM协同技术、金属屋面加设分布式光伏和高飞翼阳光板成套技术等多项关键技术,积累了宝贵经验和成果,必将引领后续高铁站房建设标准的提升。

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