鐵路客站金屬屋面的設計及施工技術

安振山

中鐵建工集團有限公司 山東 青島 266061

金屬屋面因其具有強度高、質量輕、造型獨特及設計靈活等特點被廣泛用于火車站、機場、體育場館等大跨度異形結構中。到20世紀末，建筑幕墻、采光頂及金屬屋面的生產和使用在我國飛速發展，國外廠家和系統紛紛入駐[1]。現如今，建筑幕墻在我國已形成相對獨立的體系，但采光頂及金屬屋面的規范化管理還在起步階段，直到2012年才編制出了行業標準JGJ 255—2012《采光頂及金屬屋面技術規程》。為此，需要一線的設計及施工人員共同努力，積累經驗及教訓，完善金屬屋面的體系建設，形成更多的標準規范。

1 金屬屋面系統概況

濟青高鐵淄博北站（圖1）站房建筑面積為34 471 m2，屬于跨線式中型鐵路客運車站，其站房屋面屬于金屬屋面和玻璃采光頂相結合的大型屋面系統，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，防水等級一級，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 金屬屋面設計

2.1 屋面構造

本工程金屬屋面構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 金屬屋面構造層

2.2 屋面防水設計

本工程金屬屋面的防水核心是基于直立鎖邊咬合設計的特殊板型，通過咬合在檁條上的T碼進行固定。該咬合構造既能消除溫度、外力及結構變形等各方面造成的應力，也能通過構造防水保證雨水不進入室內。

另外，防水透氣膜是一層聚氨酯材料，由于膜結構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 易滲漏部位節點設計及優化

屋面易發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，在施工圖二次優化設計時，對原設計的屋脊和屋面連接處、采光頂與屋面連接處等部位進行針對性優化，提高防水性能，減少滲漏點。

1）對屋脊做法進行優化，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夾的做法，優化設計變更為整塊屋面板直接跨過屋脊，使屋面板形成一個整體構造，提高了屋面防水、抗滲性能。該做法既避免了接縫處的雨水滲漏，也減少了抗風夾的使用，避免出現風揭的問題，但因為跨過屋脊是靠屋面板的彎曲變形實現的，所以施工不善就會出現硬彎的現象。硬彎在經過一段時間的自由伸縮后，可以消除一部分，但硬彎現象嚴重的位置需借助外力進行敲擊才能使屋脊處屋面板順滑（圖5）。同時，施工人員若長期踩踏硬彎部位，將會造成屋面板彎折破損。該方案有利有弊，需要綜合衡量。但只要施工部署時做好施工工序銜接，加強過程管理，成品保護問題基本不存在。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，為保證坡度同時避免硬彎，最高點處的2個檁托間距要適度加長，但間距太長又會造成嚴重存水，故需要將圖紙與BIM技術相結合，搭建模型后對金屬屋面進行模擬施工，從而選擇最佳方案。

圖3 原設計屋脊做法

圖4 設計優化屋脊做法

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，焊接質量很關鍵，故須對鋁焊質量進行重點監控。

圖6 采光頂與屋面收口做法

圖7 現場采光頂與屋面收口

2.4 抗風揭設計

直立鎖邊金屬屋面的鎖邊咬合部位是抗風揭性能的關鍵薄弱節點，但目前各規范沒有關于直立鎖邊屋面抗風性能的明確規定[4]，主要還是需要進行抗風揭試驗來驗證抗風性能。

自2009年下半年以來，京滬高鐵和武廣客專等先后出現金屬屋面風揭破損現象[5]，即使在設計等級以內的大風環境下，仍存在屋面局部破壞現象，這說明即使抗風揭試驗滿足要求，對于風洞實驗中的薄弱位置仍需要采取必要的加固措施。

本工程通過抗風揭試驗可知，屋面受負風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揭能力就是增大咬合部位的力。現在主要的抗風揭措施是采用抗風夾，這種利用抗風夾和直立鎖邊屋面板咬合住的T碼進行機械連接的固定方式（圖8），確實可以大大增加屋面的抗風揭能力[6]。

圖8 抗風夾加固示意

2.5 溢流口設計

本工程排水溝兩端設置溢流口，溢流口穿過立面幕墻結構至結構外。考慮到溢流管與幕墻立面鋁板之間存在變形的不協調性，且采用打膠對縫隙進行封堵時易因變形出現開裂，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 溢流口設計

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，因此將加工平臺搬至屋面上，用木跳板搭設。為避免屋面板被劃傷，屋面板防護膜未撕除，但經過一段時間的風吹日曬，出現老化后，防護膜開裂且與屋面板粘連，不易撕除（圖10）。吸取教訓后，后續在施工完面板后的一周內撕除保護膜。

圖10 屋面板防護膜老化難撕除

屋面板材質為鋁鎂錳合金，厚度只有1 mm，尖銳物體墜落時極易出現破損，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，天溝側壁上部由于T碼與屋面板距離很近，人員走動踩踏會造成T碼固定的鉆尾絲刺穿屋面板的情況，如圖11所示。

圖11 天溝側壁上部屋面板踩踏變形

金屬屋面系統工程量大、工序繁雜，各工種銜接、配合多，為保證工質量、降低返工率、加快施工進度，在現場施工中應堅持樣板領路制度，經各方驗收合格后對施工隊伍進行專項交底，再展開大面積施工。

4 結語

本工程通過對原設計圖紙的優化，編制可行的施工技術方案指導現場施工，使工程質量得到保證，同時滿足原設計的理念要求，且抗風揭和防水性能良好，受到使用單位的較高評價。

抗風揭和防水是鐵路客運車站金屬屋面施工中的重要管控項目。本工程通過在屋面構造、易滲漏位置、溢流口設置及增強抗風揭性能等方面進行圖紙優化，并總結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量。施工單位應對節點設計和施工質量高度重視，盡量消除各種漏水隱患及其他質量問題，為今后金屬屋面的施工積累經驗。