某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面防水工程事故的研究

□□ 龔 杰

(廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510640)

工程應(yīng)用

某網(wǎng)架結(jié)構(gòu)屋面防水工程事故的研究

□□ 龔 杰

(廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司，廣東 廣州 510640)

目前國內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)的研究主要集中在主體安全性、節(jié)點(diǎn)可靠性等方面，而對于鋼結(jié)構(gòu)屋面防水的研究較少，部分鋼結(jié)構(gòu)屋面防水工程的做法依然沿用普通混凝土結(jié)構(gòu)屋面的防水處理方法，導(dǎo)致工程質(zhì)量事故屢有發(fā)生。通過對某曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的屋面防水工程事故的原因分析，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，供參考。

防水工程；屋面；網(wǎng)架結(jié)構(gòu)；曲面；鋼結(jié)構(gòu)

引言

鋼結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和材料特性，符合建筑工程向綠色低碳、模塊化生產(chǎn)的發(fā)展趨勢，有著極佳的發(fā)展前景。目前，國內(nèi)對鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工方面的研究很多，大多集中在強(qiáng)度、抗震、焊接等涉及到安全性的技術(shù)層面，而對鋼結(jié)構(gòu)屋面的防水研究并不多。本文通過對某鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架的防水工程質(zhì)量事故進(jìn)行分析，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，以期為同類型工程提供參考。

1 工程概況

某體育館屋面為6個(gè)尖頂對稱的馬鞍曲面網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(見圖1)，面鋪彩鋼板并采用瀝青嵌縫，展開面積約7 000 m2。該建筑物于1993年設(shè)計(jì)施工，竣工后一直正常使用。2008年由于屋面彩鋼板接縫處嚴(yán)重漏水進(jìn)行過一次全面的維修，維修方案是在屋面彩鋼板上涂JS防水涂料，然后鋪設(shè)PVC防水卷材對整個(gè)屋面進(jìn)行覆蓋，卷材之間的拼縫采用熱風(fēng)焊接。維修施工完成后使用效果良好，未出現(xiàn)漏水，但2014年開始陸續(xù)出現(xiàn)多處滲水，嚴(yán)重影響到體育館的使用。

圖1 體育館外觀

2 現(xiàn)場情況

現(xiàn)場勘查情況顯示：①整個(gè)屋面的卷材明顯分為兩個(gè)區(qū)域(見圖2)，西邊區(qū)域?yàn)榛野咨?，該區(qū)域卷材外觀基本完整，卷材間的連接焊縫完好；另一邊呈現(xiàn)褐色，該區(qū)域的卷材出現(xiàn)大量的小破洞(見圖3)，部分卷材接縫處出現(xiàn)了裂縫。②每個(gè)雙曲屋面的“谷”處均出現(xiàn)了嚴(yán)重的卷材空鼓現(xiàn)象。③根據(jù)使用單位的描述，出現(xiàn)滲水的區(qū)域多集中在褐色屋面區(qū)域的“谷”處。④屋面四周天溝的排水管洞口有多處出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

圖2 屋面卷材現(xiàn)狀

圖3 卷材細(xì)小破洞

3 原因分析

通過查閱資料看出，體育館屋面的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)于1993年施工時(shí)采用了一系列在當(dāng)時(shí)很超前的設(shè)計(jì)理念，如超大跨度、空間曲面網(wǎng)架、預(yù)應(yīng)力鋼索，未組織竣工驗(yàn)收。故在維修施工時(shí)甲方一再強(qiáng)調(diào)不能增加屋面荷載，最后選用了鋪單層PVC卷材的方法，且卷材沒有做保護(hù)層，直接暴露在室外。

PVC防水卷材是一種防水工程常用的高分子卷材，具有拉伸強(qiáng)度高、伸長率好、熱尺寸變化率小等物理特性，且具有耐老化、耐紫外線照射、耐化學(xué)腐蝕等特點(diǎn)。該工程在維修時(shí)業(yè)主已經(jīng)考慮到卷材不做保護(hù)層可能帶來的耐久性問題，故要求施工單位提供了材料能夠在室外條件下正常使用十年的保證書，但是屋面防水最后仍然出現(xiàn)了問題。經(jīng)多方研究，我們判斷屋面出現(xiàn)漏水問題的主要原因有以下幾點(diǎn)：

(1)維修施工結(jié)束后，2010年使用單位在網(wǎng)架上弦桿緊貼彩鋼板的位置增加了隔音棉層(見圖4)，由于鋼材的導(dǎo)熱系數(shù)大，屋面彩鋼板在秋冬季節(jié)室內(nèi)外溫差大時(shí)會出現(xiàn)室內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象。網(wǎng)架所處的頂部四周圍蔽通風(fēng)條件差，露水無法及時(shí)風(fēng)干，隔音棉層吸水會加重屋面荷載，造成屋面網(wǎng)架變形。且由于網(wǎng)架面積非常大，自身的熱脹冷縮效應(yīng)也非常明顯。屋面原有的瀝青嵌縫材料經(jīng)過20多年的使用已經(jīng)老化變脆，因此彩鋼板之間的拼縫在長期的變形影響下出現(xiàn)裂縫就不可避免。我們在屋面發(fā)現(xiàn)卷材普遍出現(xiàn)網(wǎng)格狀的銹跡，均為卷材下面的彩鋼板拼縫處出現(xiàn)銹蝕由內(nèi)至外滲出造成。

(2)維修采用的PVC卷材是少數(shù)幾種適用于直接露天鋪設(shè)的防水卷材，但露天環(huán)境對卷材的影響很難量化，特別是近幾年溫差大、氣候異常、環(huán)境污染嚴(yán)重等導(dǎo)致的高溫天氣增加、紫外線增強(qiáng)、酸雨、冰雹等不可預(yù)估的因素，對卷材的使用壽命影響很大。對于屋面卷材出現(xiàn)的明顯“分區(qū)”，我們在切割開卷材之后發(fā)現(xiàn)，灰白色區(qū)域的卷材手感柔軟，斷面層次清晰，所覆蓋彩鋼板基本完好，表面的防護(hù)涂層正常，刮開可見明顯的金屬光澤(見圖5)。而褐色區(qū)域的卷材手感明顯偏硬，彩鋼板銹蝕嚴(yán)重，卷材與彩鋼板的接觸面潮濕，板面有明顯的褐色銹水(見圖6)?？梢耘袛啵@兩個(gè)區(qū)域采用的是兩種不同型號的PVC卷材，但由于施工完成時(shí)在外觀上沒有區(qū)別，施工單位和業(yè)主單位當(dāng)時(shí)均未發(fā)覺。在后續(xù)使用中，有一部分卷材老化速度過快，導(dǎo)致尚未達(dá)到使用年限就出現(xiàn)了破損，雨水直接流進(jìn)卷材內(nèi)層，且由于卷材覆蓋很難干燥，導(dǎo)致了彩鋼板的銹蝕。而彩鋼板銹蝕又會引起卷材的粘貼失效，加速了卷材老化，造成了惡性循環(huán)。

圖4 網(wǎng)架底新增隔音棉

圖5 屋面板現(xiàn)狀(區(qū)域一)

圖6 屋面板現(xiàn)狀(區(qū)域二)

(3)該工程屋面造型獨(dú)特，但屋面存在明顯的“峰”與“谷”，會出現(xiàn)較大幅度的變形，而卷材是粘貼在彩鋼板上，隨著屋面的變形“峰”處卷材受到的拉力變化較大，長期作用必然會造成與彩鋼板“剝離”，或直接將卷材撕裂。而“谷”處的卷材受拉極易導(dǎo)致卷材空鼓，致使卷材下存水。我們在屋面看到的卷材開裂和空鼓，也驗(yàn)證了這一判斷。

綜上所述，屋面有部分區(qū)域所鋪設(shè)的卷材質(zhì)量不合格，材料老化速度過快，該區(qū)域的卷材出現(xiàn)了大量的破損。雨水流入內(nèi)層導(dǎo)致彩鋼板銹蝕，而銹蝕又加速了卷材的老化，形成惡性循環(huán)。另外，該屋面鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架雖造型獨(dú)特，但使用過程中變形較大，導(dǎo)致彩鋼板拼縫出現(xiàn)開裂，且間接導(dǎo)致了粘貼的卷材出現(xiàn)空鼓、開裂等現(xiàn)象，由于多重因素的綜合作用，最終導(dǎo)致了屋面漏水。

4 結(jié)論

4.1 對于大面積的不規(guī)則曲面鋼結(jié)構(gòu)屋面，由于熱脹冷縮效應(yīng)明顯及應(yīng)力集中問題，不適合采用卷材滿鋪的方式進(jìn)行防水處理。滿鋪易導(dǎo)致卷材空鼓、開裂，且出現(xiàn)破損后內(nèi)層存水，極易導(dǎo)致鋼板大面積銹蝕，檢修難度大。

4.2 鋼結(jié)構(gòu)屋面均有自防水系統(tǒng)，漏水一般出現(xiàn)在拼縫處，只要能把拼縫處理好，屋面防水就不會出現(xiàn)問題。目前有很多專門處理拼縫的防水涂料，只對拼縫進(jìn)行局部處理，就能達(dá)到很好的防水效果，而且工程量小、造價(jià)低，維護(hù)也方便。

4.3 普通PVC防水卷材在露天環(huán)境下的耐久性較差，若鋼結(jié)構(gòu)屋面一定要使用卷材，可采用帶鋁箔的自粘防水卷材，經(jīng)實(shí)際工程驗(yàn)證，其耐久性更好。

[1] 徐勸業(yè)，張海獅.淺析PVC防水卷材在鋼結(jié)構(gòu)屋面的施工應(yīng)用[J].建筑，2011(15)：75.

[2] 劉興杰，王勇剛.淺談卷材防水屋面系統(tǒng)在鋼結(jié)構(gòu)建筑中的研究與應(yīng)用[J].中外企業(yè)家，2012(1)：174-175.

[3] 趙海濤.鋼結(jié)構(gòu)屋面專用防水體系[J].中國建筑防水，2010(15)：41-44.

[4] 胡駿.防水工程設(shè)計(jì)與選材的一些基本原則[J].中國建筑防水，2014(22)：15-22.

(編輯 盛晉生)

Accident of Roof Waterproof Engineering of a Grid Structure

Gong Jie

(Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong，510640，China)

The current domestic study of steel structure is mainly concentrated in main structure safety，structure node reliability，and so on，yet lesser in roof waterproof. Part of roof waterproof engineering of steel structure still employs ordinary concrete structure method and quality accidents occur frequently.This paper analyzes the roof waterproof accident of a grid structure and puts forward some experiences.

waterproof engineering；roof；grid structure；curved surface；steel structure

1009-9441(2015)05-0021-03

TU 761.1；TU 231

A

龔杰(1987- )，男，湖北江陵人，工程師，2004年7月畢業(yè)于湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，現(xiàn)從事建筑物改造及加固設(shè)計(jì)與施工方面的工作。

2015-09-01