大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)防滲漏技術(shù)研究

王文濤 黃啟芃

1 工程概況

先正達集團中國水稻種子供應(yīng)鏈創(chuàng)新中心項目總投資為2.15 億元，占地面積43160 m2，建筑總面積達到23340.94 m2。項目主要由熏蒸車間、聯(lián)合廠房以及現(xiàn)代種業(yè)服務(wù)中心構(gòu)成，采用了先進的種子烘干、加工包裝、立體倉儲等設(shè)備，實現(xiàn)了從田間到工廠的無縫對接。項目的社會效益顯著，不僅提升了水稻種子行業(yè)的整體質(zhì)量，還增強了該行業(yè)對抗自然風(fēng)險的能力。工廠建成后將新增1000 萬kg 的成品種子加工能力和300萬kg的倉儲能力。此項目也積極推動了建寧縣由制種大縣向制種強縣發(fā)展，為國家實施種業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提供了有力支持。

2 大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)滲漏原因

2.1 天氣因素

2.1.1 溫差變化

溫差變化是大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)滲漏的一個重要原因。在廠房使用過程中，白天和夜晚的溫度差異可能很大，尤其在季節(jié)性溫差明顯的地區(qū)。這種溫差變化會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料的膨脹和收縮，從而在連接處產(chǎn)生應(yīng)力和位移，可能引發(fā)滲漏問題[1]。溫度變化引起的線性熱脹或冷縮可以通過式（1）計算：

式中：a為鋼結(jié)構(gòu)溫差產(chǎn)生的線脹系數(shù)；ΔT為鋼結(jié)構(gòu)單位溫度變化；ΔL為物體的線長變化率；L為材料收縮長度。

2.1.2 風(fēng)荷載影響

風(fēng)荷載是另一個重要的天氣因素，可能導(dǎo)致大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)的滲漏問題。風(fēng)荷載對建筑物產(chǎn)生側(cè)向壓力，可能導(dǎo)致墻體、屋頂和連接部分的應(yīng)力集中。這種應(yīng)力集中可能會破壞密封系統(tǒng)，從而引起滲漏[2]。風(fēng)荷載的計算通常遵循當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)范和風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)，例如中國建筑規(guī)范以《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50205—2020）為參照，建筑外圍護結(jié)構(gòu)相關(guān)系數(shù)，如表1 所示。該標(biāo)準(zhǔn)提供了計算風(fēng)荷載的方法，包括風(fēng)壓、風(fēng)荷載分布等參數(shù)的計算，以確保建筑物能夠承受風(fēng)荷載。風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值的計算公式為：

表1 風(fēng)荷載相關(guān)系數(shù)

式中：Wk為風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值；ρgz為圍護結(jié)構(gòu)陣風(fēng)系數(shù)；us為風(fēng)壓高度變化系數(shù)；uz為風(fēng)荷載體型系數(shù)；W0為基本風(fēng)壓。

2.1.3 雨荷載影響

雨荷載影響是大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)滲漏的重要原因之一。強降雨會在廠房的屋頂和墻體上施加額外的荷載，這可能導(dǎo)致多種問題，如密封系統(tǒng)被破壞、發(fā)生滲漏。因此，對雨荷載的準(zhǔn)確計算和合理防范至關(guān)重要。強降雨引發(fā)的雨荷載對大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的圍護結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生以下影響：第1，附加荷載。雨水的重量增加了廠房結(jié)構(gòu)的負荷。這附加荷載可能導(dǎo)致墻體、屋頂和支撐結(jié)構(gòu)承受超過設(shè)計荷載的力，增加了滲漏風(fēng)險。第2，水壓。雨水積聚在屋頂和墻體上，可能在特定位置產(chǎn)生水壓。這種水壓可能通過裂縫、接縫或材料的微小缺陷滲透到廠房內(nèi)部。第3，沖刷作用。雨水可能通過強大的沖刷作用移動或損壞防水層、密封材料或涂層，導(dǎo)致滲漏點的形成。第4，結(jié)構(gòu)變形。大量雨水可能導(dǎo)致廠房結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，如屋頂下陷或墻體開裂，這也會增加滲漏的可能性。

計算雨荷載需要考慮以下4 個因素：第1，降雨強度。根據(jù)地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，確定雨水的降雨強度，通常以每小時毫米數(shù)（mm/h）表示。第2，受雨荷載作用的表面積。確定受雨荷載作用的建筑表面積，包括屋頂、墻體和其他可能受到雨水影響的部分。第3，荷載分布。計算雨荷載分布，以確定在不同位置的壓力大小。這可以通過建筑規(guī)范中提供的公式和圖表來完成。第4，結(jié)構(gòu)荷載承受能力。評估大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的結(jié)構(gòu)荷載承受能力，確保其能夠安全承受附加荷載。雨荷載的影響不僅包括附加荷載，還涉及水壓、沖刷作用和結(jié)構(gòu)變形等因素。由此可見，在大型鋼結(jié)構(gòu)廠房的設(shè)計和維護中，需要充分考慮雨荷載的計算和管理，從而減少滲漏問題的發(fā)生[3]。

2.2 材料因素

材料選擇是決定圍護結(jié)構(gòu)是否能夠有效抵抗?jié)B漏的關(guān)鍵因素。如果選擇的材料不具備足夠的防水性能，或者與特定的應(yīng)用和環(huán)境條件不相符，那么滲漏的風(fēng)險將大大增加。例如，在水稻供應(yīng)鏈創(chuàng)新中心項目中，選擇不當(dāng)?shù)姆浪牧峡赡軙?dǎo)致水分滲透，損害建筑物的結(jié)構(gòu)完整性，并影響其功能。質(zhì)量不合格的防水材料可能會因材料強度不足、制造缺陷或材料老化而失去其密封性能，從而造成滲漏問題。因此，嚴(yán)格控制防水材料的質(zhì)量和遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)非常重要。密封材料在長時間的使用中會受到氣候、紫外線輻射和化學(xué)物質(zhì)的侵害，從而導(dǎo)致老化和破損。老化的密封材料會失去其原有的彈性和密封性能，容易受到滲漏的侵害[4]。

2.3 維護因素

維護因素包括定期檢查、清潔和維護密封系統(tǒng)，對于防止大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)的滲漏至關(guān)重要。如果沒有定期檢查，可能會忽視或延遲發(fā)現(xiàn)潛在的滲漏問題。結(jié)構(gòu)中的裂縫、老化密封材料或損壞的防水層可能在未被及時發(fā)現(xiàn)和修復(fù)的情況下進一步惡化，導(dǎo)致滲漏。清潔和維護排水系統(tǒng)是確保雨水順利排除的關(guān)鍵。如果排水系統(tǒng)被忽視或不定期清理，積水可能在屋頂或其他表面上積聚，增加滲漏的風(fēng)險。同時，隨著時間的推移，密封材料可能會老化、破損或失去彈性。如果不及時更換老化的密封材料，會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的密封性能下降，從而容易受到滲漏侵害。在腐蝕性環(huán)境中，如工業(yè)區(qū)域，金屬結(jié)構(gòu)材料容易受到腐蝕，從而損害材料的密封性能。如果沒有采取抗腐蝕措施，會加劇滲漏問題[5]。

3 大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)防滲漏技術(shù)

3.1 材料選擇

為確保項目成功實施，材料選擇至關(guān)重要。針對熏蒸車間、聯(lián)合廠房、現(xiàn)代種業(yè)服務(wù)中心等工程，需要選擇耐用的材料，以適應(yīng)潛在的腐蝕和物理損壞。在這方面，耐候鋼、高強度混凝土和抗腐蝕涂層是常見的選擇。第1，耐候鋼。耐候鋼具有良好的耐候性能，可以長期抵抗紫外線照射、溫度變化和大氣中的化學(xué)腐蝕。第2，高強度混凝土。高強度混凝土具有良好的強度和耐久性，可以承受重荷載。第3，抗腐蝕涂層。對于部分金屬結(jié)構(gòu)，特別是在腐蝕性環(huán)境中，使用抗腐蝕涂層是一種有效的方式。這些涂層可以提供額外的保護，減少金屬表面的腐蝕風(fēng)險。

我國的氣候多樣，材料必須具備良好的耐候性，能夠在極端溫度、紫外線輻射、降水等環(huán)境下長期保持性能。因此，工程師需要根據(jù)項目所在地區(qū)的氣候數(shù)據(jù)來選擇材料，以確保其長期耐用性。此外，選用的材料還必須具有足夠的強度，以應(yīng)對各種外部荷載，如風(fēng)荷載和雨雪荷載[6]。

3.2 屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計

屋頂結(jié)構(gòu)設(shè)計必須考慮適當(dāng)?shù)钠露龋源_保雨水能夠快速排除。在本項目中，熏蒸車間、聯(lián)合廠房和現(xiàn)代種業(yè)服務(wù)中心的屋頂應(yīng)該具備足夠的坡度，以防止雨水在屋頂停滯。這可以通過結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇實現(xiàn)，確保雨水沿著預(yù)定的路徑流向排水系統(tǒng)。屋頂結(jié)構(gòu)必須能夠承受各種外部荷載，包括風(fēng)荷載和雪荷載。這在大型鋼結(jié)構(gòu)廠房中尤為重要，因為這些建筑通常較高，容易受到風(fēng)力的影響。工程師需要根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)和建筑規(guī)范來確定屋頂?shù)脑O(shè)計荷載，以確保結(jié)構(gòu)的完整性和安全性[7]。

3.3 高品質(zhì)的密封材料和專業(yè)的接縫處理

在大型鋼結(jié)構(gòu)廠房圍護結(jié)構(gòu)的防滲漏技術(shù)中，密封材料和接縫處理是關(guān)鍵的防滲漏措施。對于先正達集團中國水稻供應(yīng)鏈創(chuàng)新中心項目這樣的工程，高品質(zhì)的密封材料和專業(yè)的接縫處理至關(guān)重要。防滲漏材料包括防水涂料、防水膜、密封膠和防水混凝土。這些密封材料應(yīng)當(dāng)具有多重性能，包括耐候性、耐紫外線輻射、耐化學(xué)腐蝕性。在該項目中，由于工程暴露在不同的氣象條件下，密封材料必須能夠在極端環(huán)境中保持穩(wěn)定性。密封材料施工前，必須仔細準(zhǔn)備接縫和連接處的表面，包括清除表面上的塵埃、污垢、油脂或松散的材料。此外，表面通常需要清洗和打磨，以確保密封材料可以均勻附著，并且能夠有效地密封接縫[8]。

不同類型的接縫和連接處可能需要不同類型的密封材料，如硅膠、聚氨酯密封膠、防水涂料等。密封材料應(yīng)根據(jù)其適用范圍和性能特點選擇，并確保其與接縫表面相容。硅膠是一種常用于密封接縫和裂縫的材料，厚度一般為1 ～5 mm。具體的厚度取決于接縫的寬度和深度以及硅膠的規(guī)格。較寬和較深的接縫可能需要較厚的硅膠層來確保充分填充和密封。聚氨酯密封膠通常具有較大的彈性和伸縮性，其厚度一般為2 ～10 mm。這種類型的密封膠適用于需要較高彈性的接縫，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變形。防滲漏材料包括防水涂料、防水膜、密封膠和防水混凝土。

這些材料必須具有卓越的抗?jié)B漏性能，以有效抵制水分滲透。防水涂料和膜應(yīng)具有堅固的附著力，而密封膠必須能夠保持其彈性，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)的變化。防水涂料的厚度通常取決于涂布的層數(shù)和涂布方法。一般來說，涂料的總厚度應(yīng)在0.2 ～1 mm。多次涂布可以增加涂層的厚度，但需要確保每層干燥和固化。此外，防水膜的厚度取決于膜的類型和規(guī)格，柔性防水膜的厚度通常在0.5 ～2 mm，而剛性防水膜可能更厚一些。在選擇防水膜時，通常會考慮項目的具體要求[9]。

3.4 排水系統(tǒng)設(shè)計

屋頂是最容易受到雨水侵蝕的部分，因此其排水系統(tǒng)設(shè)計非常重要。在本項目中，排水系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)該考慮降雨強度和頻率，以確保其能夠應(yīng)對各種天氣條件。屋頂通常應(yīng)具備適當(dāng)?shù)钠露龋源_保雨水迅速流向排水口。排水口必須足夠大，以處理大雨期間的大量雨水。雨水溝是用于收集和導(dǎo)向雨水的關(guān)鍵組件。在大型鋼結(jié)構(gòu)廠房中，雨水溝通常位于屋頂?shù)倪吘墸湓O(shè)計應(yīng)確保雨水可以迅速進入溝槽，并經(jīng)過合適的斜坡流向排水管道。雨水溝的設(shè)計還需要考慮雨水的排放位置，以確保雨水不會滯留在建筑物周圍。排水管道用于將收集的雨水從建筑物引導(dǎo)到合適的排水出口，如雨水收集池、排水渠或雨水下水道。管道設(shè)計應(yīng)考慮雨水流量、管道直徑、坡度、排放位置等因素[10]。排水管道必須足夠堅固，以承受外部荷載，確保排水暢通。排水系統(tǒng)的設(shè)計必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕涤陱姸葦?shù)據(jù)和建筑物的大小來計算雨水流量。

3.5 定期檢查和維護

防滲漏技術(shù)的有效性并不只依賴于初次施工，定期檢查和維護同樣重要。定期檢查和維護的相關(guān)內(nèi)容如下：第1，密封材料檢查。工程師和維護人員應(yīng)定期檢查圍護結(jié)構(gòu)中使用的密封材料的狀態(tài)，包括防水涂料、防水膜、密封膠等。密封材料可能會因氣候變化、紫外線照射、物理磨損而老化或破損，因此需要及時發(fā)現(xiàn)并更換受損的部分。第2，排水系統(tǒng)維護。排水系統(tǒng)的有效性取決于暢通性，因此定期檢查和維護排水系統(tǒng)至關(guān)重要。這包括清理雨水溝、排水管道和排水口，以確保它們不被雜物、污垢或積水堵塞。同時，應(yīng)檢查排水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是否存在損壞或腐蝕，及時進行修復(fù)或更換。第3，圍護結(jié)構(gòu)檢查。工程師和維護人員需要檢查屋頂、墻壁和地基等部分是否有裂縫、縫隙或損壞，以及密封材料是否仍然有效。任何潛在的滲漏點都應(yīng)及時修復(fù)。第4，制訂定期維護計劃。制訂定期維護計劃是確保建筑物長期防滲漏的關(guān)鍵。定期維護可以延長密封材料和排水系統(tǒng)的使用壽命，降低滲漏的風(fēng)險[11]。

3.6 采用監(jiān)控系統(tǒng)

水位傳感器是一種常用于監(jiān)測滲漏問題的設(shè)備，一般安裝在可能受到滲漏威脅的區(qū)域，如地下室或池塘附近。一旦水位升高，傳感器會自動檢測水位變化，并發(fā)出警報。濕度監(jiān)測系統(tǒng)用于監(jiān)控建筑內(nèi)部的濕度水平，并在濕度水平超出預(yù)設(shè)范圍時會發(fā)出警報，有助于盡早發(fā)現(xiàn)潛在的滲漏問題，從而降低維修成本。熱成像技術(shù)利用紅外熱像儀檢測建筑物表面的溫度差異。滲漏通常會導(dǎo)致表面溫度發(fā)生變化，借助熱成像技術(shù)可以幫助發(fā)現(xiàn)潛在的滲漏點。熱成像相機可以捕捉溫度異常的區(qū)域，并通過圖像或報警系統(tǒng)進行可視化。這種非接觸式的檢測方法具有高效性和精確性[12]。

4 結(jié)語

滲漏問題不僅會損害建筑物的結(jié)構(gòu)完整性，還可能引發(fā)安全問題，增加維護成本。通過運用各種技術(shù)手段和監(jiān)控系統(tǒng)，可以更好地保護建筑物免受水分滲透威脅，延長其使用壽命，降低維護成本。