大面積金屬板屋面滲漏原因綜合分析及防治

【摘 要】 結合上海市臨港地區某大型工業廠房屋面圍護工程實際，從設計、材料、各部位節點構造等角度，對大面積金屬板屋面漏水的原因進行了具體分析，提出了金屬板屋面系統漏水的防治方案。對設計及施工過程中易忽視的相關因素進行了針對性闡述，對較為先進的材料及工藝結合工程實際進行了應用說明，實際應用效果表明能有效降低屋面漏水情況。最后對國外較為先進的柔性屋面系統進行了簡要介紹。

【關鍵詞】 金屬板屋面；坡度；撓度；溫度；采光；鎖縫板；細部構造

引言

輕型鋼結構建筑以其建筑及設計風格靈活多樣、建筑周期短、綠色環保和綜合造價低等優勢，在我國得到廣泛發展，其建筑結構已逐步深入到大型廠房、倉庫、超市、樓堂館所及體育場館等各個領域。但在鋼結構建筑建成投入使用后，圍護結構時常出現漏水問題，特別是大型金屬板屋面漏水現象更為嚴重，給建筑的使用功能、室內環境等帶來了很大危害。有關調研數據顯示，目前我國大部分鋼結構金屬板屋面存在漏水現象，約占金屬板屋面的60-70%。金屬板屋面的抗滲防漏是鋼結構建筑工程中的一個難點，本文通過典型工程案例，將大面積金屬板屋面當做一個系統，對大面積金屬板屋面漏水原因從設計、選材、細部構造等方面進行分析探索，提出防滲漏的改進措施。

1 工程概況

上海臨港地區某單層鋼結構工業產房，平面為矩形，寬139m，長396m，檐口高度16.2m，結構形式為門式鋼架結構，柱距18.0m（中柱）和9.0m（邊柱），跨度30.0m*3+24.0m*2，各跨屋面頂部設置7.6m（寬）*3m（高）氣樓（氣樓支承鋼結構為3m柱距門架結構，高強螺栓固定于屋面梁支撐上），氣樓側面采用中部半隱框玻璃幕墻+上下部鋁塑復合板幕墻形式封閉，頂部為3000mm（寬）*630mm（高）低矮式成品矩陣式通風器。屋面排水坡度1：20，大屋面跨間設置500mm（寬）*300mm（深）不銹鋼天溝，采用虹吸雨水排水系統。氣樓頂部兩側設置300mm（寬）*250mm（深）不銹鋼內天溝。間隔18m設置d100重力流雨水管，90°彎頭引至大屋面。屋面板采用加保溫棉雙層彩板，外板0.6mm厚，雙面鍍鋁鋅加高耐候聚酯涂層，采用直立鎖縫板型；內板0.4mm厚，雙面鍍鋁鋅加聚酯涂層，板型為Q900。整體屋面在中部設置1道100mm寬通跨屋面變形縫。屋面采光為點狀矩陣形式，布置較為密集，采光板尺寸為3000mm*600mm，材質為1.2mm厚FPR阻燃型采光板。屋頂風機點狀矩形式布置，共計200臺，風機洞口尺寸為790*790mm方孔。

2 設計角度應考慮的金屬板屋面防滲漏因素

2.1 合理確定屋面坡度，規范屋面排水設計

根據鋼結構規范，門式鋼架輕型建筑屋面的坡度宜取1/8-1/20，在雨水較多的地區宜取最大值。然而在實際工程中，建設單位往往在考慮節約成本的情況下要求盡量減少屋面的坡度，導致設計在合理依據規范的情況下，未加綜合的考慮實際情況，采用較小的屋面坡度，使得在面臨較強降雨的時候，雨水不能及時有效的排出，從而易造成屋面積水滲水。

屋面排水坡度應與兩個參數有關，一是單坡長度，二是屋面壓型板的波高。本項目屋面排水坡度取規范下限值1/20，但由于屋面布置有密集的風機口突起，造成阻水率增加。暴雨條件下，雨水從屋脊流到檐口過程中，水波厚度不斷增加，當水波厚度超出屋面板波高時就會漏水。本工程實例中，由于屋面風機突起造成的阻水率增加，同時水流斷面在風機底座側面與波高之間區域突然縮窄，很容易造成風機突起區域屋面板板縫接口處滲漏。在竣工自查階段，經現場觀察，風機口漏水區域屋面板接縫處漏水情況占風機孔洞數量的4%左右，特別是在屋面板撓度較大區域表現明顯，主要是切割洞口處屋面板波峰滲漏（主要防治措施見后）。

因此，設計人員應嚴格按照規范，不得因節省造價而隨意降低設計指標，同時應多去設計現場，結合實際情況進行設計。對雨雪較大的地區，同時，屋面跨度又較大的建筑，屋面的坡度不宜低于10%。

2.2 屋面撓度控制

一般情況下，設計不會在設計說明中直接明確受彎構件的撓度限值，而是羅列規范，也就是說結構設計很少會把確保屋面板撓度限值的前提條件作為問題考慮，這并非是說結構設計存在問題，而是設計專業不同，考慮問題的角度不同所造成的。同時，很多工程中鋼結構的設計、制作、安裝是由不同廠商分別實施的，各環節的不利因素造成的累計偏差可能會向一個不利方向發展，從而放大影響，這就需要施工單位來綜合考慮。

2.2.1 在一般情況下，輕鋼結構中的屋面坡度都比較小，加上屋面梁、檁條產生的撓度，坡度則更緩。這就使得屋面板縱橫搭接，屋脊、洞口側邊處理要求高，否則屋面漏水將是不可避免的。

2.2.2 在很多情況下，業主為了追求經濟，設計單位經常將山墻榀鋼架與抗風柱考慮同時作用，若標準榀跨度比較大，則山墻榀與標準榀之間的撓度差很大。不同的撓度將使整個屋面高高低低，導致漏水。

2.2.3 在控制梁撓度的同時，也應控制檁條的撓度，否則將是惡性循環，對屋面防水將更加不利。如《CECS102：2002門式鋼架輕鋼房屋鋼結構技術規程》規定，在僅支承壓型鋼板和冷彎檁條屋面的斜梁撓度限值為1/180，如果以這個極限值來定，在小跨度內撓度絕對值不是很大，但在大跨度范圍內，其絕對值就比較大。該屋面梁按1/2跨度15m考慮，則最大撓度值為83.3mm，而該規定中對檁條的撓度控制為L/150（L為桁架式檁條的跨度）。因此在規范允許的撓度下，該廠房屋面金屬板在檁跨方向將產生一定的伸縮量，在一定程度上也加劇了屋面板的變形和節點的松動，也是導致屋面板漏水的原因之一。在設計屋面的檁條時，亦應稍微保守考慮，避免不必要的屋面下撓現象導致的屋面積水。

2.3 溫度的影響

經計算本工程屋面縱向變形：由于沿中部設置了1道屋面變形縫，縱向連接長度取198m，經計算，屋面由溫度引起的縱向伸縮量為102.17mm。屋面查補漏階段，低溫期間（1月）現場實測，變形縫處熱脹冷縮因素造成的板面冷縮超過12cm，極易引起漏水。

2.4 采光帶的設計

設計屋面采光采用點狀矩陣形式，整個屋面布置420塊采光板，布置較為密集。由于FRP與彩鋼板的線脹系數不一致，若采光板縱向搭接長度不夠、未在接縫內鋪設足夠寬度膠泥或膠泥老化脫落時，雨水會在毛細水壓和風壓作用下隨著屋面板的振動變形不斷壓進板內造成縱向搭接處漏水。

本工程由于采用五連跨形式，加之每跨通長的氣樓分割，單坡最長長度11.4m，在FRP采光板加工最大長度（12m）范圍內，若設計直接采用通長布置，采光板直接搭接到氣樓底部泛水板內的話就能避免采光板縱向搭接漏水問題，而相比較雙層彩鋼板內填保溫棉的材料而言，造價更低，可增加屋面采光率，這種通長形式的采光帶設置在類似結構的工業類廠房的防滲漏實施效果較點式布置有明顯提高。

2.5 整體建筑外形與施工難度相結合的考慮

本工程設計上采用7.6m*3m的門式鋼架氣樓，頂部采用矩陣式通風器，喉口寬度3000mm，高度630mm，側面采用半隱框玻璃幕墻采光。由于廠房整體跨度較大，從幕墻結構形式及安裝精度要求考慮，幕墻不具備地面預裝后高空拼裝條件，造成氣樓幕墻大部分材料（包括鋁合金型材、玻璃、鋁塑板等）水平運輸和施工（包括電鉆、電焊、打膠等）必須在大屋面成形后于屋面板上實施。大量的材料堆放與運輸及施工人員作業無疑給金屬板屋面成品保護造成了很大困難。

在氣樓玻璃幕墻安裝過程中，施工單位采取了分散垂直運輸，盡量減少屋面水平運輸的材料運輸方案：利用氣樓門架作為承力結構，沿每跨氣樓中部間隔50m設置電動滑輪提升機構進行材料垂直運輸，并鋪設屋面滑軌作為水平運輸通道，減少材料運輸對屋面板的損壞；材料批次運輸量與安裝進度盡量做到同步，減少屋面集中堆載情況。同時在整個幕墻安裝過程中，采取鋪設木板的方式對金屬板進行保護，避免集中踩踏、尖銳物碰撞、焊渣飛濺等成品保護隱患發生。

筆者認為，設計若能從整體考慮，比如說降低氣樓幕墻高度、寬度（矩陣式通風器對安裝接口的外徑W要求僅為2880mm），采用前面所提到的通長式采光帶布置來降低玻璃幕墻采光面積，是完全能夠避免這種“不必要的浪費和施工困難”的，同時可以大幅度降低工程造價。

3 材料選型角度應考慮的金屬板屋面防滲漏因素

3.1 檁條的選擇：前面已提到撓度變形控制對整體屋面抗滲漏能力的影響，而本項目考慮到雨排水方式為虹吸雨排水系統，虹吸水平管道需采取懸吊方式固定于檁條下翼緣，增加了撓度變形量。為減小撓度影響，經與設計院溝通，采用了歐本桁架式檁條。它的設計撓度為：荷載標準值產生的撓度容許值為L/250，相對于《CECS102：2002門式鋼架輕鋼房屋鋼結構技術規程》規定中的L/150更加能確保桁架剛度。同時將桁架式檁條上下翼緣板厚度由3.0mm提高至3.2mm，將腹桿壁厚由2.5mm提高到3.0mm（經PKPM結構軟件荷載校驗，符合要求），從而增強了構件剛度，確保了屋面整體水平度，從而降低金屬板撓度變形值，避免形成凹坑積水。

3.2 外板板型選擇

由于該項目位于臨港新城規劃區，位于距離海岸線10km范圍內，同時位于上海市域主導風向東南沿海前沿的區位還決定了臨港新城是臺風、風暴潮經常的登陸點。為滿足金屬板屋面抗風壓性，施工單位在設計初步選型的基礎上選擇外板型號RP-490的360？直立鎖縫板型。

360°鎖縫板邊完全鎖緊，無任何切斷面外露，整個屋面系統光潔完整。360°鎖縫板優點：（1）防滲漏效果最佳；（2）減少90%以上屋面緊固件，降低屋面緊固件處滲漏概率；（3）能消減溫度應力作用；（4）抗風能力最佳；（5）適用于超小坡度屋面；（6）適用于大覆蓋面積屋面。我們采用的這種板型由于在壓制板型的過程中增加了間隔橫肋，使得在同樣截面范圍內屋面板自身的強度更加提升了。

360°鎖縫

RP-SSR板型專用滑動支座與雙層板專用次檁條圖

由于彩鋼板在長度方面受溫度變形影響較大，設置專用的滑動支座允許屋面板有一定位移，從而有效避免了因屋面板變形帶來的撕裂、滲漏。雙層板專用次檁條采用與內板Q900型相匹配的切口，可以避免固定過程中對內板波峰的擠壓變形，從而降低整體屋面撓度變形量。

4 施工中對金屬板防滲漏細部節點構造改進

根據本項目實際特點，施工單位對變形縫、采光板、屋面風機開孔、磚墻與輕鋼屋面連接處等部位進行了節點優化。主要是根據《壓型鋼板、夾芯板屋面及墻面建筑構造（二）》（06J925-2）結合具體情況進行了適當改進，經檢驗效果良好。

4.1 變形縫處

4.3 屋面開孔部位

開孔四周靠近屋面板波峰，預留范圍較小，雨水流淌不暢，容易積水；開孔處四周未加結構件，形成低凹積水；開孔四周包邊搭接未進行有效防水處理；開孔后切割波峰處未按設計節點進行防水處理，鋼堵頭放置未敷設防水膠泥和硅膠。解決方案如下：

4.3.1 合理布置風機孔洞位置：應根據風機尺寸和板型，將風機底座（套筒）跨越屋面板波峰，避免處理屋面板波峰同出屋面風機口交接處的復雜防水節點。

4.3.4 對切割區域屋面板，除了采用金屬堵頭四周滿打密封膠泥外，我們還采用增設了一道丁基橡膠防水密封粘結帶。丁基橡膠防水密封粘結帶具有如下特性： （1）優異的機械性能：粘接強度、抗拉強度和延伸率、彈性極佳，對于界面形變和開裂適應性強。（2）化學性能非常穩定：具有優異的耐化學特性，耐候性、耐老化性和耐腐蝕性極佳，耐老化性時間長達20年。（3）可靠的應用性能：優異的永久粘接力，尤其是防水性、密封性、耐低溫和追隨性能極佳，是普通密封條無法比擬的。應用丁基橡膠密封粘結帶，利用其優異的材料特性，很好的解決了當接口處發生位移，或因應力不同步而產生漏水隱患的問題。其施工方便快捷，對環境要求低，修復簡單可靠，現場實施效果見圖。

4.4 磚墻與輕鋼屋面連接部位：

這里有兩點需要特別提出：1、不要忽略上下支撐件的設置：這是由于屋面熱脹冷縮效應造成該區域是易拉脫的部位，泛水板嵌入凹槽部位水泥砂漿填塞并滿打建筑密封膠，僅僅能起到密封效果。加之輕鋼屋面與磚墻交接部位往往會設置垂直通道，是踩踏集中的部位，易造成泛水板脫開。2、建筑設計往往不會考慮該部位滴水檐的設置，而施工單位由于該部位為專業交接點，也容易忽視滴水線的設置。這極易造成雨水沿墻面流淌進度泛水板內口從而造成滲漏，進而影響整面磚墻。而后續補設滴水線的施工難度較大，較難處理到位，應在施工前期就予以關注。

4.5 檐口處理

5 國內外較先進柔性屋面系統

柔性屋面系統，以PVC、TPO、EPDM等柔性卷材作為外層屋面防水材料，其下設置XPS硬質保溫材料或巖棉保溫材料，底層為金屬Deck。這種類型的防水屋面，依靠柔性防水卷材的柔韌性及良好的彈性，能夠有效地避免建筑本身由于受到外部荷載或溫度變化而產生的結構形變引起屋面的開裂滲漏，同時有極佳的保溫性能，也便于根據工藝需要進行增補開孔和日常維修。

隨著中國經濟的發展，更多企業把節能減排，提高建筑舒適性、耐久性看得更重要。而柔性屋面系統因其在防水、保溫隔熱、輕質、施工安裝方便等方面的優越性，作為國外屋面結構中較為常見的一種屋面形式，逐步在國內的大型建筑中得到廣泛應用，越來越受到國內客戶的青睞。

6 結語

大面積金屬板屋面的防滲漏是鋼結構建筑工程中的一個難點。造成金屬板屋面漏水的因素有很多。要從根本上解決問題，設計初期要采用合理、合適的屋面構造方案，充分考慮建筑外形、溫度、撓度等諸多因素影響；深化設計中要充分考慮現場條件，與施工緊密結合，選用合理的細部節點；施工中要合理選擇材料并確保施工質量。做到設計完善、構造合理、安裝到位、使用得當，各個專業相互協調配合，屋面防漏水問題才能得到保證。

參考文獻

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