一、 设计立意——”山水桂冠”的建筑造型立意

桂林市是世界著名的风景游览城市和历史文化名城，享有“山水甲天下”之美誉。桂林市的经济近年来也保持快速增长，其中又以旅游产业增长为首，截止到2018年7月份，桂林的通航城市达76个，开通国内外航线112条。

作为展示城市形象的重要窗口，桂林两江国际机场T2航站楼的建筑造型灵感正来自于桂林丰富的自然山水精华和深厚的人文底蕴。曲面为山，流线为水。将山和水的意向综合抽象为起伏流动的屋面线条。

近观通过屋顶曲面的交叠处理，自然地形成侧面天窗，造型又似“龙脊梯田”胜景和桂北民居层叠的屋檐。

建筑造型上的多个较大幅度的屋面起伏，采用连续的拱形结构得以实现，而且获得更大的空间跨度。

桂林两江国际机场T2航站楼建筑长约为380m，宽约为360m，平面呈U形。由南、北指廊以及主楼中心区组成，各部分之间的结构连接处设有伸缩缝。屋面面积约6万平方米，建筑高度为39.8m。上部屋盖为钢结构体系：其中中心区屋盖钢构体系为空间支撑拱+单层壳体，指廊屋盖钢结构体系为平面实腹拱+单层壳体。

屋面工程的特点：低缓坡、大曲率双曲屋面。

二、屋面工程概况及特点

本项目屋面采用2.5mm厚的银灰色阳极氧化铝单板，具有金属质感。铝单板为开缝设计，大缝70mm宽，小缝20mm宽，不承担屋面的防水功能，作为架空隔热和装饰用途。

屋面檐口以及室外吊顶采用20mm厚铝蜂窝板，实现平整度的要求。檐口端头的小半径（半径为100mm）弧形封口板采用3mm厚铝单板，满足加工性能要求。

屋面排烟窗全部采用侧窗，有效规避了顶部天窗容易漏水的问题。指廊天窗为矩形，排烟窗的开启方式为上悬窗。主楼天窗为不规则四边形a，排烟窗的开启方式为平开窗。

该屋面工程的设计思路

该项目屋面双向曲率均比较大。垂直天沟方向最小曲面半径约为72米，平行天沟方向最小曲面半径约为47米。屋面最外层的铝单板为开缝设计，不具备防水功能。

针对本项目屋面的特点：低缓坡大曲率双曲屋面，阳极氧化铝单板装饰面层（开缝设计）。

屋面设计要解决的问题：

1）防水以及有效安全的排水；

2）铝单板装饰面层的连接可靠，达到设计要求的抗风能力；

3）最大程度的贴合屋面的建筑造型。

根据以往工程案例，带装饰板的双层屋面的防水层可以采用直立锁边铝合金板或者钢板，而此项目设计之初防水层采用的是不锈钢焊接屋面系统。

在进行屋面设计时，首先对原设计方案进行了系统性的分析，包括排板和板型的分析。

也按照采用传统的直立锁边板进行了排板分析。

采用钢板时，排板与直立锁边板类似，不再做具体分析。

一、常用的金属屋面方案的系统性分析

原设计方案：采用的不锈钢焊接屋面板作为防水层。

排板分析：

1）屋面板长度：最大长度为91m

2）板型尺寸：肋高25mm，板宽430mm，板厚0.4mm

3）扇形板大小头尺寸：小头大约160mm，大头大约420mm

4）屋面排水：屋面板最小排水坡度接近0度，位于屋面板从单坡排水到双坡排水的过渡位置

5）屋面侧弯：板的最大侧弯值为1.5‰左右

6）屋面正弯、反弯：正弯半径最小73m，反完半径最小182m

本项目不仅板长较大，每片板除了具有弧形外，因为屋面整体造型的双曲特征，还具有侧弯和扭曲的问题。

另外，焊缝总长度达18.9万米，其对工期的影响和

质量的把控均非常不利。

在屋面坡度接近0度的位置，不锈钢焊接屋面板容易出现积水问题，长时间会造成屋面板的腐蚀，影响其使用年限。如下图所示：屋面板积水严重，且屋面板积水部位也容易造成积灰。

不锈钢焊接屋面板的板型特点：

目前国际上通用的用于不锈钢焊接屋面板的基材是铁素体不锈钢（其线膨胀系数为10.1 x10-6/℃）；对于面板的厚度，通常采用0.4mm~0.5mm；对于固定座的形式，分为不滑动固定座和可滑动固定座；对于固定座立板的厚度，通常采用0.15mm或者0.2mm；常用板型，见下图：

结论：无论采用哪种板型，做为板面附属物的稳定受力层，没有案例作为支撑。

采用铝镁锰合金直立锁边屋面板作为防水层（主楼三维排板见下图）。

屋面排板分析：

1）屋面板长度：单坡最大长度为60m；

2）板型尺寸：肋高65mm，板宽400mm，板厚1.0mm；部分采用扇形板；

3）屋面排水：屋面板最小排水坡度接近0度(位于图中画云线部位)；

4）屋面侧弯：板的最大侧弯值为8‰左右，不影响安装；

5）屋面正弯、反弯：正弯半径最小15m，反弯半径最小16m。

按照最优排板方案，需在每个拱的交接处设置内天沟，增加了屋面的漏水隐患。本项目钢结构由于为单层壳体，室内没有布置虹吸管道的空间，内天沟的排水也是一个难题，且依然无法避免屋面局部排水坡度为零的情况。

采用铝镁锰合金直立锁边屋面板作为防水层（主楼平面排板见下图）。

二、屋面构造层的设计

通过分析，采用不锈钢焊接屋面系统和铝合金直立锁边系统，虽然解决了本项目屋面的一分部功能需求，但依然在抗风能力和防水方面存在比较大的隐患。

经过反复比选，最终，选用双层TPO防水卷材作为本项目屋面的主防水层，上部安装铝单板装饰层。装饰板龙骨通过穿出防水层的小钢立柱与主体结构连接。从根本上解决了防水和抗风等首要功能，其它功能也作为本项目的难点和重点进行了一一攻克。

此做法既是对传统的继承，又是一种创新。

TPO作为单层防水卷材屋面系统的主要材料之一，在我国具有非常广泛的应用。但是由于其耐久性以及美观问题，在国内较多的应用于工业建筑的屋顶。近年来随着材料加工技术的成熟以及进口品牌的推广应用，TPO等柔性卷材的耐久性也比十年前有了显著提升。

但要保证其能够达到与金属屋面相匹配的耐久性，适用于大型公共建筑，仍需要对其的应用进行深度挖掘和创新。–采用双层TPO防水层的做法。底层TPO采用传统的机械固定方式，上层TPO采用专用胶水与底层TPO粘接连接，对底层TPO进行覆盖，阻止了底层TPO与空气和紫外线的直接接触。

三、该屋面工程的设计特点

该屋面工程的设计特点：

1）采用双层TPO柔性防水卷材作为主防水层

TPO防水卷材作为柔性材料，可适用于任何造型的曲面，且技术成熟。当卷材厚度大于1.5mm时，单层即可满足一级防水的要求。考虑到该项目为机场建筑，对屋面的使用年限要求较高，尤其是上面还覆盖了一层铝单板装饰层，如有渗漏，维修困难。故采用了双层TPO作为屋面防水层，错缝铺设，最大程度的避免了在现场施工中由于操作不到位形成的漏水隐患。

2）屋面构造层中的底板兼做吊顶使用

按照建筑师的设计方案，航站楼室内不单独设置吊顶，屋面构造层中的底板直接作为室内装饰吊顶。为满足室内建筑效果，底板需采用波谷为平板的盒式底板，而非常规屋面使用的瓦楞型压型钢板。盒式底板的选择非常重要，如果采用高肋板，虽然可以作为屋面构造层的结构构件使用，节省檩条，但是其较大的刚度很难适应屋面的曲率，容易造成搭接处错口和表面的不平整，影响观感。如果采用装饰用的平底条状板，其承载力不足，很难作为屋面构造层的承载层，屋面构造层需要另设支撑体系。这些影响因素都增加了屋面构造层的设计难度。

高肋盒式承重底板的美观性问题

盒式钢板一般用于工业建筑的屋面或者是墙面内板，适用于较大跨度，节约檩条。盒式钢板由于厚度和板宽均较大，成型后精度较低，观感差。尤其在三维曲面上铺装后，底面不平，搭接部位缝隙不均匀，容易咧嘴。

最终从建筑效果考虑，采用了条状装饰底板，同时在构造层中增加支撑体系。

图片为安装完成后的室内效果。

该屋面工程的设计难点以及解决思路

一、卷材防水层被立柱穿透位置的加固防漏措施

该屋面的构造层设计中，支撑装饰层龙骨的小钢立柱需穿透TPO柔性防水卷材，为减少施工工作量以及穿透带来的漏水隐患，通过增大支撑点的间距以尽量减少支撑点的数量，但穿透点距离太远又不利于单层网壳的受力和曲面的形成，最终的穿出点布置大约为3.6mx1.8m；在小立柱穿出位置，采用的是更为柔软的均质防水卷材对立柱进行包裹，使防水卷材与立柱的贴合度更高，避免了在施工过程中形成缝隙，从而造成漏水隐患。

二、装饰面板的排板及加工

整个项目的设计过程中，采用了犀牛软件进行建模并分析处理。不仅为设计前期的曲面分析、现场施工定位、龙骨放样、材料下料提供了数据支撑，而且大大缩短了设计、下料的周期，从而保证项目按时顺利实施。而且对于其它屋面相关专业比如虹吸雨水系统的准确安装提供了依据。

屋面装饰板以及檐口封板使用犀牛模型分析归类，简化下料过程。根据模型分析，主楼装饰板以及檐口封板均为双曲板，但考虑到双曲板的加工周期太长，且成本较高，故在下料前采用犀牛模型进行精确的放样分析，将板块分成平板，单曲，双曲三种类型，在降低成本，保证工期的前提下，最大程度的契合屋面曲面造型。

该项目檐口造型较为轻薄，檐口端头弧形板的半径仅为100mm。故檐口封板采用蜂窝板与铝单板相结合的方式，既利用了蜂窝板平整高度高的特点，又结合了铝单板易于加工成型的优势。

三、屋面排水分区的有效控制

对于传统的带肋金属板，屋面排水具有方向性，即使是双曲屋面，大部分雨水也会按照肋的方向排出。而本项目屋面的防水层采用的是TPO防水卷材，安装完成后表面光滑，雨水会按照最短距离流向低洼处。容易造成雨水先在屋面的低洼处汇集，然后再流向天沟，使得天沟中雨水的收集出现不均匀的情况，天沟内的虹吸落水口不能充分发挥作用，易造成低洼处溢水。故在TPO屋面上按照3m间距设置挡水条，先将雨水按照排水分区导入天沟，然后通过分布于天沟内的虹吸雨水口排走。

四、主楼的月牙形天窗

主楼共设置了28条月牙形天窗。每条天窗的分格均为不规则四边形，排烟窗为异形开启扇。由于每扇窗户的尺寸、角度都不相同，加工时每扇窗户都要单独定制，组角角码不能采用型材开模批量生产，型材加工及组角工作量非常大，而且加工前均由施工人员现场复尺以保证精度。

由于侧窗外侧的檐口在纵、横方向均有坡度，排烟窗平开时，容易与檐口发生碰撞，采用犀牛模型建模，事先进行分析，精确设计开启窗的尺寸，有效得避免了碰撞问题的发生。

主楼月牙形天窗实景

目前，我国大型公共建筑所使用的屋面系统主要来自于日本和欧洲，其系统相对成熟，防水层所使用的材料主要有钢板、铝合金板、不锈钢板。近年来，大型公共建筑的屋面频频发生在强风下破坏和漏水的情况。开发和选择合适的屋面系统是专业屋面厂家和从业人员面临的新课题和新挑战。

桂林两江国际机场T2航站楼采用双层TPO防水卷材外加装饰板的构造做法，是一次大胆而有益的尝试。目前这一尝试在建筑造型、屋面功能需求、造价和施工方面均取得了合理的平衡。同时我们也希望它能够经受得住时间的检验。