武汉钢结构厂房金属屋面漏水已成普遍现场

  目前我国大部分钢结构金属板屋面存在漏水现象，约占金属板屋面的60-70%。金属板屋面的抗渗防漏是钢结构建筑工程中的一个难点，本文通过典型工程案例，将大面积金属板屋面当做一个系统，对大面积金属板屋面漏水原因从设计、选材、细部构造等方面进行分析探索，提出防渗漏的改进措施。 

　　工程概况 

　　武汉临港某企业单层钢结构工业产房，平面为矩形，宽139m，长396m，檐口高度16.2m，结构形式为门式钢架结构，柱距18.0m（中柱）和9.0m（边柱），跨度30.0m*3+24.0m*2，各跨屋面顶部设置7.6m（宽）*3m（高）气楼（气楼支承钢结构为3m柱距门架结构，高强螺栓固定于屋面梁支撑上），气楼侧面采用中部半隐框玻璃幕墙+上下部铝塑复合板幕墙形式封闭，顶部为3000mm（宽）*630mm（高）低矮式成品矩阵式通风器。屋面排水坡度1：20，大屋面跨间设置500mm（宽）*300mm（深）不锈钢天沟，采用虹吸雨水排水系统。气楼顶部两侧设置300mm（宽）*250mm（深）不锈钢内天沟。间隔18m设置d100重力流雨水管，90°弯头引至大屋面。屋面板采用加保温棉双层彩板，外板0.6mm厚，双面镀铝锌加高耐候聚酯涂层，采用直立锁缝板型；内板0.4mm厚，双面镀铝锌加聚酯涂层，板型为Q900。整体屋面在中部设置1道100mm宽通跨屋面变形缝。屋面采光为点状矩阵形式，布置较为密集，采光板尺寸为3000mm*600mm，材质为1.2mm厚FPR阻燃型采光板。屋顶风机点状矩形式布置，共计200台，风机洞口尺寸为790*790mm方孔。 
　　设计角度应考虑的金属板屋面防渗漏因素 
　　合理确定屋面坡度，规范屋面排水设计，采用自我保护型房上防金属屋面防水系统。由于房上防金属屋面防水材料是把厂房屋面当成一个整体来做的，一旦经过钢护宝的防水施工，这样的厂房屋面就成为了一个没有任何接缝的整体，基于这个原理，房上防才可以理足气装地保证这个厂房10年以上不会再漏水！ 
　　根据钢结构规范，门式钢架轻型建筑屋面的坡度宜取1/8-1/20，在雨水较多的地区宜取最大值。然而在实际工程中，建设单位往往在考虑节约成本的情况下要求尽量减少屋面的坡度，导致设计在合理依据规范的情况下，未加综合的考虑实际情况，采用较小的屋面坡度，使得在面临较强降雨的时候，雨水不能及时有效的排出，从而易造成屋面积水渗水。 
　　屋面排水坡度应与两个参数有关，一是单坡长度，二是屋面压型板的波高。本项目屋面排水坡度取规范下限值1/20，但由于屋面布置有密集的风机口突起，造成阻水率增加。暴雨条件下，雨水从屋脊流到檐口过程中，水波厚度不断增加，当水波厚度超出屋面板波高时就会漏水。本工程实例中，由于屋面风机突起造成的阻水率增加，同时水流断面在风机底座侧面与波高之间区域突然缩窄，很容易造成风机突起区域屋面板板缝接口处渗漏。在竣工自查阶段，经现场观察，风机口漏水区域屋面板接缝处漏水情况占风机孔洞数量的4%左右，特别是在屋面板挠度较大区域表现明显，主要是切割洞口处屋面板波峰渗漏（主要防治措施见后）。 
　　因此，设计人员应严格按照规范，不得因节省造价而随意降低设计指标，同时应多去设计现场，结合实际情况进行设计。对雨雪较大的地区，同时，屋面跨度又较大的建筑，屋面的坡度不宜低于10%。 
　　屋面挠度控制 
　　一般情况下，设计不会在设计说明中直接明确受弯构件的挠度限值，而是罗列规范，也就是说结构设计很少会把确保屋面板挠度限值的前提条件作为问题考虑，这并非是说结构设计存在问题，而是设计专业不同，考虑问题的角度不同所造成的。同时，很多工程中钢结构的设计、制作、安装是由不同厂商分别实施的，各环节的不利因素造成的累计偏差可能会向一个不利方向发展，从而放大影响，这就需要施工单位来综合考虑。 
　　在一般情况下，轻钢结构中的屋面坡度都比较小，加上屋面梁、檩条产生的挠度，坡度则更缓。这就使得屋面板纵横搭接，屋脊、洞口侧边处理要求高，否则屋面漏水将是不可避免的。 
　　在很多情况下，业主为了追求经济，设计单位经常将山墙榀钢架与抗风柱考虑同时作用，若标准榀跨度比较大，则山墙榀与标准榀之间的挠度差很大。不同的挠度将使整个屋面高高低低，导致漏水。 
　　在控制梁挠度的同时，也应控制檩条的挠度，否则将是恶性循环，对屋面防水将更加不利。如《CECS102：2002门式钢架轻钢房屋钢结构技术规程》规定，在仅支承压型钢板和冷弯檩条屋面的斜梁挠度限值为1/180，如果以这个极限值来定，在小跨度内挠度绝对值不是很大，但在大跨度范围内，其绝对值就比较大。该屋面梁按1/2跨度15m考虑，则最大挠度值为83.3mm，而该规定中对檩条的挠度控制为L/150（L为桁架式檩条的跨度）。因此在规范允许的挠度下，该厂房屋面金属板在檩跨方向将产生一定的伸缩量，在一定程度上也加剧了屋面板的变形和节点的松动，也是导致屋面板漏水的原因之一。在设计屋面的檩条时，亦应稍微保守考虑，避免不必要的屋面下挠现象导致的屋面积水。 
　　温度的影响 
　　经计算本工程屋面纵向变形：由于沿中部设置了1道屋面变形缝，纵向连接长度取198m，经计算，屋面由温度引起的纵向伸缩量为102.17mm。屋面查补漏阶段，低温期间（1月）现场实测，变形缝处热胀冷缩因素造成的板面冷缩超过12cm，极易引起漏水。 
    采光带的设计 
　　设计屋面采光采用点状矩阵形式，整个屋面布置420块采光板，布置较为密集。由于FRP与彩钢板的线胀系数不一致，若采光板纵向搭接长度不够、未在接缝内铺设足够宽度胶泥或胶泥老化脱落时，雨水会在毛细水压和风压作用下随着屋面板的振动变形不断压进板内造成纵向搭接处漏水。 
　　本工程由于采用五连跨形式，加之每跨通长的气楼分割，单坡最长长度11.4m，在FRP采光板加工最大长度（12m）范围内，若设计直接采用通长布置，采光板直接搭接到气楼底部泛水板内的话就能避免采光板纵向搭接漏水问题，而相比较双层彩钢板内填保温棉的材料而言，造价更低，可增加屋面采光率，这种通长形式的采光带设置在类似结构的工业类厂房的防渗漏实施效果较点式布置有明显提高。 
　　整体建筑外形与施工难度相结合的考虑 
　　本工程设计上采用7.6m*3m的门式钢架气楼，顶部采用矩阵式通风器，喉口宽度3000mm，高度630mm，侧面采用半隐框玻璃幕墙采光。由于厂房整体跨度较大，从幕墙结构形式及安装精度要求考虑，幕墙不具备地面预装后高空拼装条件，造成气楼幕墙大部分材料（包括铝合金型材、玻璃、铝塑板等）水平运输和施工（包括电钻、电焊、打胶等）必须在大屋面成形后于屋面板上实施。大量的材料堆放与运输及施工人员作业无疑给金属板屋面成品保护造成了很大困难。 
　　在气楼玻璃幕墙安装过程中，施工单位采取了分散垂直运输，尽量减少屋面水平运输的材料运输方案：利用气楼门架作为承力结构，沿每跨气楼中部间隔50m设置电动滑轮提升机构进行材料垂直运输，并铺设屋面滑轨作为水平运输通道，减少材料运输对屋面板的损坏；材料批次运输量与安装进度尽量做到同步，减少屋面集中堆载情况。同时在整个幕墙安装过程中，采取铺设木板的方式对金属板进行保护，避免集中踩踏、尖锐物碰撞、焊渣飞溅等成品保护隐患发生。 
　　笔者认为，设计若能从整体考虑，比如说降低气楼幕墙高度、宽度（矩阵式通风器对安装接口的外径W要求仅为2880mm），采用前面所提到的通长式采光带布置来降低玻璃幕墙采光面积，是完全能够避免这种“不必要的浪费和施工困难”的，同时可以大幅度降低工程造价。 
　　防水材料选型角度应考虑的金属屋面防渗漏因素 
　　檩条的选择：前面已提到挠度变形控制对整体屋面抗渗漏能力的影响，而本项目考虑到雨排水方式为虹吸雨排水系统，虹吸水平管道需采取悬吊方式固定于檩条下翼缘，增加了挠度变形量。为减小挠度影响，经与设计院沟通，采用了欧本桁架式檩条。它的设计挠度为：荷载标准值产生的挠度容许值为L/250，相对于《CECS102：2002门式钢架轻钢房屋钢结构技术规程》规定中的L/150更加能确保桁架刚度。同时将桁架式檩条上下翼缘板厚度由3.0mm提高至3.2mm，将腹杆壁厚由2.5mm提高到3.0mm（经PKPM结构软件荷载校验，符合要求），从而增强了构件刚度，确保了屋面整体水平度，从而降低金属板挠度变形值，避免形成凹坑积水。 
　　外板板型选择 
　　由于该项目位于临港新城规划区，位于距离海岸线10km范围内，同时位于武汉市域主导风向东南沿海前沿的区位还决定了临港新城是台风、风暴潮经常的登陆点。为满足金属板屋面抗风压性，施工单位在设计初步选型的基础上选择外板型号RP-490的360？直立锁缝板型。 
　　360°锁缝板边完全锁紧，无任何切断面外露，整个屋面系统光洁完整。360°锁缝板优点：（1）防渗漏效果最佳；（2）减少90%以上屋面紧固件，降低屋面紧固件处渗漏概率；（3）能消减温度应力作用；（4）抗风能力最佳；（5）适用于超小坡度屋面；（6）适用于大覆盖面积屋面。我们采用的这种板型由于在压制板型的过程中增加了间隔横肋，使得在同样截面范围内屋面板自身的强度更加提升了。 
　　360°锁缝 
　　RP-SSR板型专用滑动支座与双层板专用次檩条图 
　　由于彩钢板在长度方面受温度变形影响较大，设置专用的滑动支座允许屋面板有一定位移，从而有效避免了因屋面板变形带来的撕裂、渗漏。双层板专用次檩条采用与内板Q900型相匹配的切口，可以避免固定过程中对内板波峰的挤压变形，从而降低整体屋面挠度变形量。