珠海機場T2航站樓金屬屋面選型與設計

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 工程概況及周邊環境分析

珠海機場T2航站樓位于珠海市金灣區，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，根據相關資料分析，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；降雨的年內分配集中在夏季，日降雨強度可達80～150 mm；年平均風速為3.20 m/s，基本風壓為0.75 kN/m2；5～10月為臺風季節，其中，7～9月臺風最為頻繁，平均每年影響本區的臺風次數為4.0次，臺風登陸風力達8級以上，最大風力為2017年8月出現的14～15級超強臺風“天鴿”。

2 金屬屋面系統選型要點及選型分析

在滿足珠海地區環境氣候特點的同時，珠海機場T2航站樓金屬屋面系統還需考慮良好的水密性能、海邊區域的腐蝕環境和抗強臺風能力，因此，該金屬屋面系統應采用100年重現期的基本風壓作為風壓設計依據。

根據金屬屋面系統選型要點，要想滿足耐久、抗風、防滲漏的金屬屋面系統要求，需滿足以下幾點：（1）面板材料強度高、質量輕；（2）面板材料及其連接部位防腐、防火性能好；（3）系統需具有很強的防水能力及抗風揭能力；（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和近兩年來興起的不銹鋼連續焊接屋面系統可供選擇，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：（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，彈性模量較小（7.2×104MPa），極易加工成曲線且不會反彈；（3）工藝防水性：接縫肋高65 mm且帶特殊防毛細凹槽設計，最小設計坡度5%，無橫向接縫，彈性模量小，加工后反彈小；（4）抗風揭性：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。

不銹鋼連續焊接屋面系統：（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，對加工設備要求高；（3）工藝防水性：連續焊接密閉性好，結構防水效果可靠，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能力。

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

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。試驗結果見圖1～圖3，表1～表2。

表2 力學性能對比

圖1 不銹鋼耐點蝕指數對比

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、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 不銹鋼連續焊接金屬屋面系統設計

根據GB 50009—2012《建筑結構荷載規范》，該項目金屬屋面系統采用100年重現期的基本風壓作為風壓設計計算依據。鑒于該項目位于我國東南沿海地區，受風荷載影響較為嚴重，屋面系統采用抗風能力較強的0.5 mm厚445J2鐵素體不銹鋼連續焊接屋面系統。系統構造層次為：（1）0.5 mm厚445J2鐵素體不銹鋼連續焊接屋面板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。

此屋面系統特點：（1）面材防腐性能強、可加工性強；（2）可連續焊接，防水性能好；（3）構造層次簡潔，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象，極大地提高了屋面的抗風揭能力，有效地保證了金屬屋面的結構安全性。

5 不銹鋼連續焊接金屬屋面系統試驗驗證

為驗證不銹鋼連續焊接金屬屋面系統安全性，對屋面系統分別進行了氣密性能、水密性能、抗風揭動態測試、靜態測試等試驗，氣密性檢測結果數據為滲透率為1.033 m3/（m2·h）；水密性能檢測結果為全過程測試，試件未發現滲漏，測試完成后試件無破壞、無滲漏、板面無積水。抗風揭動態試驗結果為檢測歷時669 min，試件按標準程序進行10 800次循環加載測試后，經現場檢查試件表面無損壞；抗風揭靜態試驗結果為按分級壓力-700 Pa進行加壓，保壓60 s，測試歷時32 min。當測試進行-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。所有試驗結果均表明不銹鋼連續焊接金屬屋面系統的各項性能指標均滿足要求、安全可靠。

6 結論

本文通過對比不同金屬屋面系統的多種性能參數，結合項目本身及其周邊環境的特點，對珠海機場T2航站樓項目的屋面選型和設計進行了詳細分析。結果表明，445J2鐵素體不銹鋼連續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。該系統具有優異的防水性、耐腐性、抗風揭性，尤其適用于沿海臺風多發地區的大跨度結構。