鐵路客站金屬屋面的設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

安振山

中鐵建工集團(tuán)有限公司 山東 青島 266061

金屬屋面因其具有強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、造型獨(dú)特及設(shè)計(jì)靈活等特點(diǎn)被廣泛用于火車站、機(jī)場、體育場館等大跨度異形結(jié)構(gòu)中。到20世紀(jì)末，建筑幕墻、采光頂及金屬屋面的生產(chǎn)和使用在我國飛速發(fā)展，國外廠家和系統(tǒng)紛紛入駐[1]?，F(xiàn)如今，建筑幕墻在我國已形成相對獨(dú)立的體系，但采光頂及金屬屋面的規(guī)范化管理還在起步階段，直到2012年才編制出了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 255—2012《采光頂及金屬屋面技術(shù)規(guī)程》。為此，需要一線的設(shè)計(jì)及施工人員共同努力，積累經(jīng)驗(yàn)及教訓(xùn)，完善金屬屋面的體系建設(shè)，形成更多的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

1 金屬屋面系統(tǒng)概況

濟(jì)青高鐵淄博北站（圖1）站房建筑面積為34 471 m2，屬于跨線式中型鐵路客運(yùn)車站，其站房屋面屬于金屬屋面和玻璃采光頂相結(jié)合的大型屋面系統(tǒng)，屋面面積約23 000 m2。金屬屋面采用直立鎖邊咬合金屬屋面系統(tǒng)，防水等級(jí)一級(jí)，雙層防水（防水透氣膜及鋁鎂錳合金屋面板），鋁鎂錳合金屋面板厚度為1 mm。

2 金屬屋面設(shè)計(jì)

2.1 屋面構(gòu)造

本工程金屬屋面構(gòu)造層自上而下分別為銀灰色鋁鎂錳金屬屋面板、防水透氣膜層、保溫層、吸聲層、防塵層、穿孔壓型鋼板（圖2）。保溫和吸聲層是密度為24 kg/m3的玻璃絲棉。

圖2 金屬屋面構(gòu)造層

2.2 屋面防水設(shè)計(jì)

本工程金屬屋面的防水核心是基于直立鎖邊咬合設(shè)計(jì)的特殊板型，通過咬合在檁條上的T碼進(jìn)行固定。該咬合構(gòu)造既能消除溫度、外力及結(jié)構(gòu)變形等各方面造成的應(yīng)力，也能通過構(gòu)造防水保證雨水不進(jìn)入室內(nèi)。

另外，防水透氣膜是一層聚氨酯材料，由于膜結(jié)構(gòu)微孔尺寸僅為水滴的萬分之一，意味著水滴再小也無法穿過膜，且薄膜的微孔比水蒸氣分子大很多，且孔隙率很高，具有很好的透氣性[2]。

2.3 易滲漏部位節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

屋面易發(fā)生滲漏的主要位置有：屋脊與屋面連接處，采光頂、墻面與屋面連接處，屋面開孔部位，檐口、天溝部位，伸縮縫位置。因此，在施工圖二次優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，對原設(shè)計(jì)的屋脊和屋面連接處、采光頂與屋面連接處等部位進(jìn)行針對性優(yōu)化，提高防水性能，減少滲漏點(diǎn)。

1）對屋脊做法進(jìn)行優(yōu)化，消除屋脊與屋面連接處的漏水隱患，做法如圖3、圖4所示。將原來的屋脊處斷開并加蓋板和抗風(fēng)夾的做法，優(yōu)化設(shè)計(jì)變更為整塊屋面板直接跨過屋脊，使屋面板形成一個(gè)整體構(gòu)造，提高了屋面防水、抗?jié)B性能。該做法既避免了接縫處的雨水滲漏，也減少了抗風(fēng)夾的使用，避免出現(xiàn)風(fēng)揭的問題，但因?yàn)榭邕^屋脊是靠屋面板的彎曲變形實(shí)現(xiàn)的，所以施工不善就會(huì)出現(xiàn)硬彎的現(xiàn)象。硬彎在經(jīng)過一段時(shí)間的自由伸縮后，可以消除一部分，但硬彎現(xiàn)象嚴(yán)重的位置需借助外力進(jìn)行敲擊才能使屋脊處屋面板順滑（圖5）。同時(shí)，施工人員若長期踩踏硬彎部位，將會(huì)造成屋面板彎折破損。該方案有利有弊，需要綜合衡量。但只要施工部署時(shí)做好施工工序銜接，加強(qiáng)過程管理，成品保護(hù)問題基本不存在。另外，直立鎖邊咬合金屬屋面坡度不宜小于5%，以保證排水順暢[3]，因此，為保證坡度同時(shí)避免硬彎，最高點(diǎn)處的2個(gè)檁托間距要適度加長，但間距太長又會(huì)造成嚴(yán)重存水，故需要將圖紙與BIM技術(shù)相結(jié)合，搭建模型后對金屬屋面進(jìn)行模擬施工，從而選擇最佳方案。

圖3 原設(shè)計(jì)屋脊做法

圖4 設(shè)計(jì)優(yōu)化屋脊做法

圖5 硬彎（左）與順滑屋脊（右）

2）采光頂與屋面連接處防水做法尤其需要重視，由于本工程采光頂為梭形，收邊處為弧形，故收口做法不同于普通洞口和臨邊的做法。本工程采光頂與屋面連接處采用屋面板收口位置鋁焊泛水板配合采光頂豎向鋁板的做法（圖6、圖7）。鋁焊泛水板的做法可以很好地解決弧形收邊問題，難度是鋁焊接量較大，焊接質(zhì)量很關(guān)鍵，故須對鋁焊質(zhì)量進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控。

圖6 采光頂與屋面收口做法

圖7 現(xiàn)場采光頂與屋面收口

2.4 抗風(fēng)揭設(shè)計(jì)

直立鎖邊金屬屋面的鎖邊咬合部位是抗風(fēng)揭性能的關(guān)鍵薄弱節(jié)點(diǎn)，但目前各規(guī)范沒有關(guān)于直立鎖邊屋面抗風(fēng)性能的明確規(guī)定[4]，主要還是需要進(jìn)行抗風(fēng)揭試驗(yàn)來驗(yàn)證抗風(fēng)性能。

自2009年下半年以來，京滬高鐵和武廣客專等先后出現(xiàn)金屬屋面風(fēng)揭破損現(xiàn)象[5]，即使在設(shè)計(jì)等級(jí)以內(nèi)的大風(fēng)環(huán)境下，仍存在屋面局部破壞現(xiàn)象，這說明即使抗風(fēng)揭試驗(yàn)滿足要求，對于風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的薄弱位置仍需要采取必要的加固措施。

本工程通過抗風(fēng)揭試驗(yàn)可知，屋面受負(fù)風(fēng)壓破壞的形式就是咬合部位的脫開而非屋面板自身的破壞，因此提高直立鎖邊金屬屋面的抗風(fēng)揭能力就是增大咬合部位的力?，F(xiàn)在主要的抗風(fēng)揭措施是采用抗風(fēng)夾，這種利用抗風(fēng)夾和直立鎖邊屋面板咬合住的T碼進(jìn)行機(jī)械連接的固定方式（圖8），確實(shí)可以大大增加屋面的抗風(fēng)揭能力[6]。

圖8 抗風(fēng)夾加固示意

2.5 溢流口設(shè)計(jì)

本工程排水溝兩端設(shè)置溢流口，溢流口穿過立面幕墻結(jié)構(gòu)至結(jié)構(gòu)外。考慮到溢流管與幕墻立面鋁板之間存在變形的不協(xié)調(diào)性，且采用打膠對縫隙進(jìn)行封堵時(shí)易因變形出現(xiàn)開裂，因此考慮采用在外立面鋁板上鋁焊增加一塊鋁罩的做法（圖9），既能保證間隙處不漏水，也能擋住溢流口排出的水。

圖9 溢流口設(shè)計(jì)

3 施工工藝

在屋面板施工的過程中，由于本工程接駁的施工單位較多、場地有限，地面基本無加工場地可用，因此將加工平臺(tái)搬至屋面上，用木跳板搭設(shè)。為避免屋面板被劃傷，屋面板防護(hù)膜未撕除，但經(jīng)過一段時(shí)間的風(fēng)吹日曬，出現(xiàn)老化后，防護(hù)膜開裂且與屋面板粘連，不易撕除（圖10）。吸取教訓(xùn)后，后續(xù)在施工完面板后的一周內(nèi)撕除保護(hù)膜。

圖10 屋面板防護(hù)膜老化難撕除

屋面板材質(zhì)為鋁鎂錳合金，厚度只有1 mm，尖銳物體墜落時(shí)極易出現(xiàn)破損，因此屋面板施工完后盡量不要在上面行走，這就要求做好施工工序的安排。盡量保證幕墻和采光頂施工在屋面板之前完成，屋面板作為最后施工的工序。另外，天溝側(cè)壁上部由于T碼與屋面板距離很近，人員走動(dòng)踩踏會(huì)造成T碼固定的鉆尾絲刺穿屋面板的情況，如圖11所示。

圖11 天溝側(cè)壁上部屋面板踩踏變形

金屬屋面系統(tǒng)工程量大、工序繁雜，各工種銜接、配合多，為保證工質(zhì)量、降低返工率、加快施工進(jìn)度，在現(xiàn)場施工中應(yīng)堅(jiān)持樣板領(lǐng)路制度，經(jīng)各方驗(yàn)收合格后對施工隊(duì)伍進(jìn)行專項(xiàng)交底，再展開大面積施工。

4 結(jié)語

本工程通過對原設(shè)計(jì)圖紙的優(yōu)化，編制可行的施工技術(shù)方案指導(dǎo)現(xiàn)場施工，使工程質(zhì)量得到保證，同時(shí)滿足原設(shè)計(jì)的理念要求，且抗風(fēng)揭和防水性能良好，受到使用單位的較高評(píng)價(jià)。

抗風(fēng)揭和防水是鐵路客運(yùn)車站金屬屋面施工中的重要管控項(xiàng)目。本工程通過在屋面構(gòu)造、易滲漏位置、溢流口設(shè)置及增強(qiáng)抗風(fēng)揭性能等方面進(jìn)行圖紙優(yōu)化，并總結(jié)出施工中遇到的問題、解決方法，旨在提高金屬屋面的安裝質(zhì)量。施工單位應(yīng)對節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量高度重視，盡量消除各種漏水隱患及其他質(zhì)量問題，為今后金屬屋面的施工積累經(jīng)驗(yàn)。