大面積金屬板屋面滲漏原因綜合分析及防治

【摘 要】 結(jié)合上海市臨港地區(qū)某大型工業(yè)廠房屋面圍護工程實際，從設(shè)計、材料、各部位節(jié)點構(gòu)造等角度，對大面積金屬板屋面漏水的原因進行了具體分析，提出了金屬板屋面系統(tǒng)漏水的防治方案。對設(shè)計及施工過程中易忽視的相關(guān)因素進行了針對性闡述，對較為先進的材料及工藝結(jié)合工程實際進行了應(yīng)用說明，實際應(yīng)用效果表明能有效降低屋面漏水情況。最后對國外較為先進的柔性屋面系統(tǒng)進行了簡要介紹。

【關(guān)鍵詞】 金屬板屋面；坡度；撓度；溫度；采光；鎖縫板；細部構(gòu)造

引言

輕型鋼結(jié)構(gòu)建筑以其建筑及設(shè)計風(fēng)格靈活多樣、建筑周期短、綠色環(huán)保和綜合造價低等優(yōu)勢，在我國得到廣泛發(fā)展，其建筑結(jié)構(gòu)已逐步深入到大型廠房、倉庫、超市、樓堂館所及體育場館等各個領(lǐng)域。但在鋼結(jié)構(gòu)建筑建成投入使用后，圍護結(jié)構(gòu)時常出現(xiàn)漏水問題，特別是大型金屬板屋面漏水現(xiàn)象更為嚴(yán)重，給建筑的使用功能、室內(nèi)環(huán)境等帶來了很大危害。有關(guān)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，目前我國大部分鋼結(jié)構(gòu)金屬板屋面存在漏水現(xiàn)象，約占金屬板屋面的60-70%。金屬板屋面的抗?jié)B防漏是鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中的一個難點，本文通過典型工程案例，將大面積金屬板屋面當(dāng)做一個系統(tǒng)，對大面積金屬板屋面漏水原因從設(shè)計、選材、細部構(gòu)造等方面進行分析探索，提出防滲漏的改進措施。

1 工程概況

上海臨港地區(qū)某單層鋼結(jié)構(gòu)工業(yè)產(chǎn)房，平面為矩形，寬139m，長396m，檐口高度16.2m，結(jié)構(gòu)形式為門式鋼架結(jié)構(gòu)，柱距18.0m（中柱）和9.0m（邊柱），跨度30.0m*3+24.0m*2，各跨屋面頂部設(shè)置7.6m（寬）*3m（高）氣樓（氣樓支承鋼結(jié)構(gòu)為3m柱距門架結(jié)構(gòu)，高強螺栓固定于屋面梁支撐上），氣樓側(cè)面采用中部半隱框玻璃幕墻+上下部鋁塑復(fù)合板幕墻形式封閉，頂部為3000mm（寬）*630mm（高）低矮式成品矩陣式通風(fēng)器。屋面排水坡度1：20，大屋面跨間設(shè)置500mm（寬）*300mm（深）不銹鋼天溝，采用虹吸雨水排水系統(tǒng)。氣樓頂部兩側(cè)設(shè)置300mm（寬）*250mm（深）不銹鋼內(nèi)天溝。間隔18m設(shè)置d100重力流雨水管，90°彎頭引至大屋面。屋面板采用加保溫棉雙層彩板，外板0.6mm厚，雙面鍍鋁鋅加高耐候聚酯涂層，采用直立鎖縫板型；內(nèi)板0.4mm厚，雙面鍍鋁鋅加聚酯涂層，板型為Q900。整體屋面在中部設(shè)置1道100mm寬通跨屋面變形縫。屋面采光為點狀矩陣形式，布置較為密集，采光板尺寸為3000mm*600mm，材質(zhì)為1.2mm厚FPR阻燃型采光板。屋頂風(fēng)機點狀矩形式布置，共計200臺，風(fēng)機洞口尺寸為790*790mm方孔。

2 設(shè)計角度應(yīng)考慮的金屬板屋面防滲漏因素

2.1 合理確定屋面坡度，規(guī)范屋面排水設(shè)計

根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范，門式鋼架輕型建筑屋面的坡度宜取1/8-1/20，在雨水較多的地區(qū)宜取最大值。然而在實際工程中，建設(shè)單位往往在考慮節(jié)約成本的情況下要求盡量減少屋面的坡度，導(dǎo)致設(shè)計在合理依據(jù)規(guī)范的情況下，未加綜合的考慮實際情況，采用較小的屋面坡度，使得在面臨較強降雨的時候，雨水不能及時有效的排出，從而易造成屋面積水滲水。

屋面排水坡度應(yīng)與兩個參數(shù)有關(guān)，一是單坡長度，二是屋面壓型板的波高。本項目屋面排水坡度取規(guī)范下限值1/20，但由于屋面布置有密集的風(fēng)機口突起，造成阻水率增加。暴雨條件下，雨水從屋脊流到檐口過程中，水波厚度不斷增加，當(dāng)水波厚度超出屋面板波高時就會漏水。本工程實例中，由于屋面風(fēng)機突起造成的阻水率增加，同時水流斷面在風(fēng)機底座側(cè)面與波高之間區(qū)域突然縮窄，很容易造成風(fēng)機突起區(qū)域屋面板板縫接口處滲漏。在竣工自查階段，經(jīng)現(xiàn)場觀察，風(fēng)機口漏水區(qū)域屋面板接縫處漏水情況占風(fēng)機孔洞數(shù)量的4%左右，特別是在屋面板撓度較大區(qū)域表現(xiàn)明顯，主要是切割洞口處屋面板波峰滲漏（主要防治措施見后）。

因此，設(shè)計人員應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范，不得因節(jié)省造價而隨意降低設(shè)計指標(biāo)，同時應(yīng)多去設(shè)計現(xiàn)場，結(jié)合實際情況進行設(shè)計。對雨雪較大的地區(qū)，同時，屋面跨度又較大的建筑，屋面的坡度不宜低于10%。

2.2 屋面撓度控制

一般情況下，設(shè)計不會在設(shè)計說明中直接明確受彎構(gòu)件的撓度限值，而是羅列規(guī)范，也就是說結(jié)構(gòu)設(shè)計很少會把確保屋面板撓度限值的前提條件作為問題考慮，這并非是說結(jié)構(gòu)設(shè)計存在問題，而是設(shè)計專業(yè)不同，考慮問題的角度不同所造成的。同時，很多工程中鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計、制作、安裝是由不同廠商分別實施的，各環(huán)節(jié)的不利因素造成的累計偏差可能會向一個不利方向發(fā)展，從而放大影響，這就需要施工單位來綜合考慮。

2.2.1 在一般情況下，輕鋼結(jié)構(gòu)中的屋面坡度都比較小，加上屋面梁、檁條產(chǎn)生的撓度，坡度則更緩。這就使得屋面板縱橫搭接，屋脊、洞口側(cè)邊處理要求高，否則屋面漏水將是不可避免的。

2.2.2 在很多情況下，業(yè)主為了追求經(jīng)濟，設(shè)計單位經(jīng)常將山墻榀鋼架與抗風(fēng)柱考慮同時作用，若標(biāo)準(zhǔn)榀跨度比較大，則山墻榀與標(biāo)準(zhǔn)榀之間的撓度差很大。不同的撓度將使整個屋面高高低低，導(dǎo)致漏水。

2.2.3 在控制梁撓度的同時，也應(yīng)控制檁條的撓度，否則將是惡性循環(huán)，對屋面防水將更加不利。如《CECS102：2002門式鋼架輕鋼房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，在僅支承壓型鋼板和冷彎檁條屋面的斜梁撓度限值為1/180，如果以這個極限值來定，在小跨度內(nèi)撓度絕對值不是很大，但在大跨度范圍內(nèi)，其絕對值就比較大。該屋面梁按1/2跨度15m考慮，則最大撓度值為83.3mm，而該規(guī)定中對檁條的撓度控制為L/150（L為桁架式檁條的跨度）。因此在規(guī)范允許的撓度下，該廠房屋面金屬板在檁跨方向?qū)a(chǎn)生一定的伸縮量，在一定程度上也加劇了屋面板的變形和節(jié)點的松動，也是導(dǎo)致屋面板漏水的原因之一。在設(shè)計屋面的檁條時，亦應(yīng)稍微保守考慮，避免不必要的屋面下?lián)犀F(xiàn)象導(dǎo)致的屋面積水。

2.3 溫度的影響

經(jīng)計算本工程屋面縱向變形：由于沿中部設(shè)置了1道屋面變形縫，縱向連接長度取198m，經(jīng)計算，屋面由溫度引起的縱向伸縮量為102.17mm。屋面查補漏階段，低溫期間（1月）現(xiàn)場實測，變形縫處熱脹冷縮因素造成的板面冷縮超過12cm，極易引起漏水。

2.4 采光帶的設(shè)計

設(shè)計屋面采光采用點狀矩陣形式，整個屋面布置420塊采光板，布置較為密集。由于FRP與彩鋼板的線脹系數(shù)不一致，若采光板縱向搭接長度不夠、未在接縫內(nèi)鋪設(shè)足夠?qū)挾饶z泥或膠泥老化脫落時，雨水會在毛細水壓和風(fēng)壓作用下隨著屋面板的振動變形不斷壓進板內(nèi)造成縱向搭接處漏水。

本工程由于采用五連跨形式，加之每跨通長的氣樓分割，單坡最長長度11.4m，在FRP采光板加工最大長度（12m）范圍內(nèi)，若設(shè)計直接采用通長布置，采光板直接搭接到氣樓底部泛水板內(nèi)的話就能避免采光板縱向搭接漏水問題，而相比較雙層彩鋼板內(nèi)填保溫棉的材料而言，造價更低，可增加屋面采光率，這種通長形式的采光帶設(shè)置在類似結(jié)構(gòu)的工業(yè)類廠房的防滲漏實施效果較點式布置有明顯提高。

2.5 整體建筑外形與施工難度相結(jié)合的考慮

本工程設(shè)計上采用7.6m*3m的門式鋼架氣樓，頂部采用矩陣式通風(fēng)器，喉口寬度3000mm，高度630mm，側(cè)面采用半隱框玻璃幕墻采光。由于廠房整體跨度較大，從幕墻結(jié)構(gòu)形式及安裝精度要求考慮，幕墻不具備地面預(yù)裝后高空拼裝條件，造成氣樓幕墻大部分材料（包括鋁合金型材、玻璃、鋁塑板等）水平運輸和施工（包括電鉆、電焊、打膠等）必須在大屋面成形后于屋面板上實施。大量的材料堆放與運輸及施工人員作業(yè)無疑給金屬板屋面成品保護造成了很大困難。

在氣樓玻璃幕墻安裝過程中，施工單位采取了分散垂直運輸，盡量減少屋面水平運輸?shù)牟牧线\輸方案：利用氣樓門架作為承力結(jié)構(gòu)，沿每跨氣樓中部間隔50m設(shè)置電動滑輪提升機構(gòu)進行材料垂直運輸，并鋪設(shè)屋面滑軌作為水平運輸通道，減少材料運輸對屋面板的損壞；材料批次運輸量與安裝進度盡量做到同步，減少屋面集中堆載情況。同時在整個幕墻安裝過程中，采取鋪設(shè)木板的方式對金屬板進行保護，避免集中踩踏、尖銳物碰撞、焊渣飛濺等成品保護隱患發(fā)生。

筆者認(rèn)為，設(shè)計若能從整體考慮，比如說降低氣樓幕墻高度、寬度（矩陣式通風(fēng)器對安裝接口的外徑W要求僅為2880mm），采用前面所提到的通長式采光帶布置來降低玻璃幕墻采光面積，是完全能夠避免這種“不必要的浪費和施工困難”的，同時可以大幅度降低工程造價。

3 材料選型角度應(yīng)考慮的金屬板屋面防滲漏因素

3.1 檁條的選擇：前面已提到撓度變形控制對整體屋面抗?jié)B漏能力的影響，而本項目考慮到雨排水方式為虹吸雨排水系統(tǒng)，虹吸水平管道需采取懸吊方式固定于檁條下翼緣，增加了撓度變形量。為減小撓度影響，經(jīng)與設(shè)計院溝通，采用了歐本桁架式檁條。它的設(shè)計撓度為：荷載標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的撓度容許值為L/250，相對于《CECS102：2002門式鋼架輕鋼房屋鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定中的L/150更加能確保桁架剛度。同時將桁架式檁條上下翼緣板厚度由3.0mm提高至3.2mm，將腹桿壁厚由2.5mm提高到3.0mm（經(jīng)PKPM結(jié)構(gòu)軟件荷載校驗，符合要求），從而增強了構(gòu)件剛度，確保了屋面整體水平度，從而降低金屬板撓度變形值，避免形成凹坑積水。

3.2 外板板型選擇

由于該項目位于臨港新城規(guī)劃區(qū)，位于距離海岸線10km范圍內(nèi)，同時位于上海市域主導(dǎo)風(fēng)向東南沿海前沿的區(qū)位還決定了臨港新城是臺風(fēng)、風(fēng)暴潮經(jīng)常的登陸點。為滿足金屬板屋面抗風(fēng)壓性，施工單位在設(shè)計初步選型的基礎(chǔ)上選擇外板型號RP-490的360？直立鎖縫板型。

360°鎖縫板邊完全鎖緊，無任何切斷面外露，整個屋面系統(tǒng)光潔完整。360°鎖縫板優(yōu)點：（1）防滲漏效果最佳；（2）減少90%以上屋面緊固件，降低屋面緊固件處滲漏概率；（3）能消減溫度應(yīng)力作用；（4）抗風(fēng)能力最佳；（5）適用于超小坡度屋面；（6）適用于大覆蓋面積屋面。我們采用的這種板型由于在壓制板型的過程中增加了間隔橫肋，使得在同樣截面范圍內(nèi)屋面板自身的強度更加提升了。

360°鎖縫

RP-SSR板型專用滑動支座與雙層板專用次檁條圖

由于彩鋼板在長度方面受溫度變形影響較大，設(shè)置專用的滑動支座允許屋面板有一定位移，從而有效避免了因屋面板變形帶來的撕裂、滲漏。雙層板專用次檁條采用與內(nèi)板Q900型相匹配的切口，可以避免固定過程中對內(nèi)板波峰的擠壓變形，從而降低整體屋面撓度變形量。

4 施工中對金屬板防滲漏細部節(jié)點構(gòu)造改進

根據(jù)本項目實際特點，施工單位對變形縫、采光板、屋面風(fēng)機開孔、磚墻與輕鋼屋面連接處等部位進行了節(jié)點優(yōu)化。主要是根據(jù)《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻面建筑構(gòu)造（二）》（06J925-2）結(jié)合具體情況進行了適當(dāng)改進，經(jīng)檢驗效果良好。

4.1 變形縫處

4.3 屋面開孔部位

開孔四周靠近屋面板波峰，預(yù)留范圍較小，雨水流淌不暢，容易積水；開孔處四周未加結(jié)構(gòu)件，形成低凹積水；開孔四周包邊搭接未進行有效防水處理；開孔后切割波峰處未按設(shè)計節(jié)點進行防水處理，鋼堵頭放置未敷設(shè)防水膠泥和硅膠。解決方案如下：

4.3.1 合理布置風(fēng)機孔洞位置：應(yīng)根據(jù)風(fēng)機尺寸和板型，將風(fēng)機底座（套筒）跨越屋面板波峰，避免處理屋面板波峰同出屋面風(fēng)機口交接處的復(fù)雜防水節(jié)點。

4.3.4 對切割區(qū)域屋面板，除了采用金屬堵頭四周滿打密封膠泥外，我們還采用增設(shè)了一道丁基橡膠防水密封粘結(jié)帶。丁基橡膠防水密封粘結(jié)帶具有如下特性： （1）優(yōu)異的機械性能：粘接強度、抗拉強度和延伸率、彈性極佳，對于界面形變和開裂適應(yīng)性強。（2）化學(xué)性能非常穩(wěn)定：具有優(yōu)異的耐化學(xué)特性，耐候性、耐老化性和耐腐蝕性極佳，耐老化性時間長達20年。（3）可靠的應(yīng)用性能：優(yōu)異的永久粘接力，尤其是防水性、密封性、耐低溫和追隨性能極佳，是普通密封條無法比擬的。應(yīng)用丁基橡膠密封粘結(jié)帶，利用其優(yōu)異的材料特性，很好的解決了當(dāng)接口處發(fā)生位移，或因應(yīng)力不同步而產(chǎn)生漏水隱患的問題。其施工方便快捷，對環(huán)境要求低，修復(fù)簡單可靠，現(xiàn)場實施效果見圖。

4.4 磚墻與輕鋼屋面連接部位：

這里有兩點需要特別提出：1、不要忽略上下支撐件的設(shè)置：這是由于屋面熱脹冷縮效應(yīng)造成該區(qū)域是易拉脫的部位，泛水板嵌入凹槽部位水泥砂漿填塞并滿打建筑密封膠，僅僅能起到密封效果。加之輕鋼屋面與磚墻交接部位往往會設(shè)置垂直通道，是踩踏集中的部位，易造成泛水板脫開。2、建筑設(shè)計往往不會考慮該部位滴水檐的設(shè)置，而施工單位由于該部位為專業(yè)交接點，也容易忽視滴水線的設(shè)置。這極易造成雨水沿墻面流淌進度泛水板內(nèi)口從而造成滲漏，進而影響整面磚墻。而后續(xù)補設(shè)滴水線的施工難度較大，較難處理到位，應(yīng)在施工前期就予以關(guān)注。

4.5 檐口處理

5 國內(nèi)外較先進柔性屋面系統(tǒng)

柔性屋面系統(tǒng)，以PVC、TPO、EPDM等柔性卷材作為外層屋面防水材料，其下設(shè)置XPS硬質(zhì)保溫材料或巖棉保溫材料，底層為金屬Deck。這種類型的防水屋面，依靠柔性防水卷材的柔韌性及良好的彈性，能夠有效地避免建筑本身由于受到外部荷載或溫度變化而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)形變引起屋面的開裂滲漏，同時有極佳的保溫性能，也便于根據(jù)工藝需要進行增補開孔和日常維修。

隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，更多企業(yè)把節(jié)能減排，提高建筑舒適性、耐久性看得更重要。而柔性屋面系統(tǒng)因其在防水、保溫隔熱、輕質(zhì)、施工安裝方便等方面的優(yōu)越性，作為國外屋面結(jié)構(gòu)中較為常見的一種屋面形式，逐步在國內(nèi)的大型建筑中得到廣泛應(yīng)用，越來越受到國內(nèi)客戶的青睞。

6 結(jié)語

大面積金屬板屋面的防滲漏是鋼結(jié)構(gòu)建筑工程中的一個難點。造成金屬板屋面漏水的因素有很多。要從根本上解決問題，設(shè)計初期要采用合理、合適的屋面構(gòu)造方案，充分考慮建筑外形、溫度、撓度等諸多因素影響；深化設(shè)計中要充分考慮現(xiàn)場條件，與施工緊密結(jié)合，選用合理的細部節(jié)點；施工中要合理選擇材料并確保施工質(zhì)量。做到設(shè)計完善、構(gòu)造合理、安裝到位、使用得當(dāng)，各個專業(yè)相互協(xié)調(diào)配合，屋面防漏水問題才能得到保證。

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