珠海機場T2航站樓金屬屋面選型與設(shè)計

湯亮，韓慶，張樂樂，桓忠雄，廖雄華

（中國建筑第二工程局有限公司華南分公司珠海機場集團有限公司，廣東 珠海 519000）

1 工程概況及周邊環(huán)境分析

珠海機場T2航站樓位于珠海市金灣區(qū)，總建筑面積1.91×105m2，由東、南、西三指廊及主樓4部分組成，分為地下2層、地上4層，建筑最高點40.25 m。

珠海市位于珠江口伶仃洋西岸，根據(jù)相關(guān)資料分析，珠海歷年最大降雨量為2 873.9 mm，最小降雨量為1 200.9 mm，多年平均降雨量為1 950.7 mm；降雨的年內(nèi)分配集中在夏季，日降雨強度可達80～150 mm；年平均風(fēng)速為3.20 m/s，基本風(fēng)壓為0.75 kN/m2；5～10月為臺風(fēng)季節(jié)，其中，7～9月臺風(fēng)最為頻繁，平均每年影響本區(qū)的臺風(fēng)次數(shù)為4.0次，臺風(fēng)登陸風(fēng)力達8級以上，最大風(fēng)力為2017年8月出現(xiàn)的14～15級超強臺風(fēng)“天鴿”。

2 金屬屋面系統(tǒng)選型要點及選型分析

在滿足珠海地區(qū)環(huán)境氣候特點的同時，珠海機場T2航站樓金屬屋面系統(tǒng)還需考慮良好的水密性能、海邊區(qū)域的腐蝕環(huán)境和抗強臺風(fēng)能力，因此，該金屬屋面系統(tǒng)應(yīng)采用100年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓作為風(fēng)壓設(shè)計依據(jù)。

根據(jù)金屬屋面系統(tǒng)選型要點，要想滿足耐久、抗風(fēng)、防滲漏的金屬屋面系統(tǒng)要求，需滿足以下幾點：（1）面板材料強度高、質(zhì)量輕；（2）面板材料及其連接部位防腐、防火性能好；（3）系統(tǒng)需具有很強的防水能力及抗風(fēng)揭能力；（4）面板加工造型能力好，能滿足屋面造型要求[1]。

針對以上特點及要求，目前，主要有頗為流行的鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)和近兩年來興起的不銹鋼連續(xù)焊接屋面系統(tǒng)可供選擇，下面對以上兩種金屬屋面板材的密度、強度、耐腐蝕性、耐火性、防水密閉性及加工造型能力進行分析，具體如下：

鋁鎂錳直立鎖邊屋面系統(tǒng)：（1）面板材料密度2.73 kg/cm3，抗拉強度230～265 MPa，使用壽命約40年，3004鋁鎂錳合金耐火能力約600℃；（2）加工造型能力：加工長度不限，自然弧彎半徑40 m以上，機械彎曲1.8 m，板平面有小肋，剛度強，彈性模量較?。?.2×104MPa），極易加工成曲線且不會反彈；（3）工藝防水性：接縫肋高65 mm且?guī)厥夥烂?xì)凹槽設(shè)計，最小設(shè)計坡度5%，無橫向接縫，彈性模量小，加工后反彈小；（4）抗風(fēng)揭性：面板與固定座固定方式為咬合固定，存在相對滑動位移，在長時間的熱脹冷縮作用下，板與固定座之間的咬合力會不斷降低，加大了板與固定座脫離的概率，風(fēng)荷載的不斷作用下板塊脫離固定座的可能性急劇增加。

不銹鋼連續(xù)焊接屋面系統(tǒng)：（1）面板材料密度7.93 kg/cm3，抗拉強度515 MPa，使用壽命長達80年，不銹鋼耐火能力約1 200℃以上；（2）加工造型能力：加工長度不限，自然弧彎半徑3 m以上，機械彎曲150 mm，剛度小，彎曲加工后，易受溫度影響而變形，彈性模量較大（2.1×105MPa），容易在機械彎曲后反彈，對加工設(shè)備要求高；（3）工藝防水性：連續(xù)焊接密閉性好，結(jié)構(gòu)防水效果可靠，沒有最小坡度要求，即使水深漫過板肋高度仍然安全；（4）抗風(fēng)揭性：屋面板與固定座焊接在一起，板與固定座形成一個整體，受力及力的傳遞明確，不銹鋼焊縫的耐久性能與不銹鋼板耐久性能一樣持久，固定座下面鋼底板之間采用2顆不銹鋼自攻釘和1顆拉鉚釘子固定，兩種緊固件的綜合使用，可以有效地增加抵抗橫向剪力及縱向拉力的能力，提高了屋面板的抗風(fēng)能力。

經(jīng)以上分析，不銹鋼連續(xù)焊接屋面板密度、強度、耐腐蝕性、耐火性、防水性、抗風(fēng)揭性皆優(yōu)于鋁鎂錳直立鎖邊屋面板，但在加工造型性能率方面，鋁合金板略優(yōu)于不銹鋼板。由珠海的環(huán)境氣候特征可知，沿海地區(qū)的金屬屋面選擇應(yīng)更注重屋面系統(tǒng)的防水性和抗風(fēng)揭性能，因此，不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面系統(tǒng)比鋁鎂錳直立鎖邊屋面系統(tǒng)更加適合沿海強臺風(fēng)地區(qū)。

3 金屬屋面不銹鋼面板分析

常用的不銹鋼有奧氏體、鐵素體、馬氏體等。建筑中常用的不銹鋼牌號主要是SUS304、SUS316、445J1、445J2等。為確保不銹鋼屋面板材有效適合工程所在地的氣候特點，對建筑中常用的不銹鋼屋面板展開物理性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性能及焊縫抗腐蝕性能試驗，并進行對比分析。試驗結(jié)果見圖1～圖3，表1～表2。

表2 力學(xué)性能對比

圖1 不銹鋼耐點蝕指數(shù)對比

圖2 不銹鋼母材及焊縫點蝕電位

圖3 不銹鋼及焊縫腐蝕率表

表1 物理性能對比

從上述圖表可以看出，445J2不銹鋼膨脹系數(shù)、變形、彈性模量、剛度、屈服強度、成形加工能力、耐點蝕能力均優(yōu)于其他不銹鋼品牌。雖然445J2不銹鋼在焊接后，焊縫的點蝕電位略有下降，但即使如此，仍遠(yuǎn)強于SUS304及SUS316不銹鋼，即445J2不銹鋼焊縫的抗腐蝕能力比SUS316不銹鋼的母材還要好，所以，445J2不銹鋼是金屬屋面板材料的最佳選擇。

4 不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，該項目金屬屋面系統(tǒng)采用100年重現(xiàn)期的基本風(fēng)壓作為風(fēng)壓設(shè)計計算依據(jù)。鑒于該項目位于我國東南沿海地區(qū)，受風(fēng)荷載影響較為嚴(yán)重，屋面系統(tǒng)采用抗風(fēng)能力較強的0.5 mm厚445J2鐵素體不銹鋼連續(xù)焊接屋面系統(tǒng)。系統(tǒng)構(gòu)造層次為：（1）0.5 mm厚445J2鐵素體不銹鋼連續(xù)焊接屋面板25/300型；（2）10 mm厚降噪隔聲泡棉；（3）不銹鋼連接片（帶通長2 mm厚U形壓件）；（4）1.5 mm厚TPO防水卷材；（5）2.5 mm厚熱浸鍍鋅鋼板；（6）100 mm厚保溫巖棉；（7）0.3 mm厚PE隔氣防潮膜；（8）100 mm×100 mm×4 mm厚鍍鋅方鋼管，間距600 mm；（9）30 mm厚吸音巖棉；（10）0.8 mm厚25/820型鍍鋅穿孔壓型鋼板；（11）200 mm×100 mm×6 mm鍍鋅矩形鋼管。

此屋面系統(tǒng)特點：（1）面材防腐性能強、可加工性強；（2）可連續(xù)焊接，防水性能好；（3）構(gòu)造層次簡潔，傳力可靠；（4）施工便捷，外觀效果美觀。從根本上改變了金屬屋面常采用的咬合連接方式，避免了屋面板與連接件鎖扣不牢的現(xiàn)象，極大地提高了屋面的抗風(fēng)揭能力，有效地保證了金屬屋面的結(jié)構(gòu)安全性。

5 不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面系統(tǒng)試驗驗證

為驗證不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面系統(tǒng)安全性，對屋面系統(tǒng)分別進行了氣密性能、水密性能、抗風(fēng)揭動態(tài)測試、靜態(tài)測試等試驗，氣密性檢測結(jié)果數(shù)據(jù)為滲透率為1.033 m3/（m2·h）；水密性能檢測結(jié)果為全過程測試，試件未發(fā)現(xiàn)滲漏，測試完成后試件無破壞、無滲漏、板面無積水?？癸L(fēng)揭動態(tài)試驗結(jié)果為檢測歷時669 min，試件按標(biāo)準(zhǔn)程序進行10 800次循環(huán)加載測試后，經(jīng)現(xiàn)場檢查試件表面無損壞；抗風(fēng)揭靜態(tài)試驗結(jié)果為按分級壓力-700 Pa進行加壓，保壓60 s，測試歷時32 min。當(dāng)測試進行-16 800 Pa級荷載，壓力上升至-16 646 Pa時，試件邊緣及端部漏氣，壓力無法上升且無法保壓，試件表面無破壞，無功能性損壞，試驗終止。所有試驗結(jié)果均表明不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面系統(tǒng)的各項性能指標(biāo)均滿足要求、安全可靠。

6 結(jié)論

本文通過對比不同金屬屋面系統(tǒng)的多種性能參數(shù)，結(jié)合項目本身及其周邊環(huán)境的特點，對珠海機場T2航站樓項目的屋面選型和設(shè)計進行了詳細(xì)分析。結(jié)果表明，445J2鐵素體不銹鋼連續(xù)焊接金屬屋面比鋁鎂錳直立鎖邊金屬屋面更加適合珠海機場T2航站樓金屬屋面系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有優(yōu)異的防水性、耐腐性、抗風(fēng)揭性，尤其適用于沿海臺風(fēng)多發(fā)地區(qū)的大跨度結(jié)構(gòu)。