高鐵站房雨棚新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)研究

范榮生 中國鐵路上海局集團有限公司滬杭（滬寧）（寧杭）客專公司

1 常規(guī)建筑金屬屋面現(xiàn)狀

金屬屋面作為輕型屋面系統(tǒng)其優(yōu)點不言而喻，但是，由于其自重輕，對風(fēng)十分敏感，設(shè)計、施工考慮稍有不周，極易被風(fēng)掀覆，因常規(guī)做法的屋面，其抗風(fēng)能力不夠，在極端荷載(臺風(fēng))的作用下，發(fā)生了多起金屬屋面被風(fēng)揭落的現(xiàn)象。近年來我國高速鐵路迅猛發(fā)展，營業(yè)里程大幅增加，沿線建筑物金屬屋面的脫落，將嚴重威脅高鐵運營安全（見圖1）。

圖1 某建筑建金屬屋面被風(fēng)陷掀落實體圖

常規(guī)金屬屋面系統(tǒng)有咬合連接金屬屋面系統(tǒng)、直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)、搭接型屋面板等幾種形式。

（1）咬合連接金屬屋面系統(tǒng)：咬合式連接杜絕了屋面漏水及滲水現(xiàn)象的出現(xiàn)，將屋面板采用專門的鎖邊機械將屋面板與支架連接成為一個防水、抗風(fēng)的整體，又無需用螺釘穿透屋面板，且在溫度變化下整個屋面板系統(tǒng)可通過特制的連接支座使屋面板自由滑動，避免了由于溫度變化屋面板伸縮引起的咬合縫發(fā)生錯位而產(chǎn)生屋面滲漏的現(xiàn)象。但是這類板型是一種非緊密式咬合，通常施工質(zhì)量不高，咬合連接能力較差，抗風(fēng)能力較弱（見圖2）。

（2）直立鎖邊金屬屋面系統(tǒng)：直立鎖邊扣式結(jié)構(gòu)屋面板表面無螺釘穿透，鋁鎂錳板強度高，重量輕，防腐能力極強，直立鎖邊鋁鎂錳板屋面系統(tǒng)配件完善，且屋面板可自由熱脹冷縮，是目前市場上最先進的高檔屋面板產(chǎn)品之一，但屋面板與支架的咬合能力不足，抗風(fēng)揭能力較低，通常需要設(shè)置屋面夾具（見圖3）。

圖3 直立鎖邊金屬屋面

（3）搭接型屋面板：搭接型屋面板分為低波板和高波板，低波板通過自攻螺釘直接固定于屋面檁條或附加龍骨上；高波板則通過自攻螺釘固定于屋面板支架上，支架通過緊固件（如自攻螺釘、結(jié)構(gòu)鉚釘或螺栓）固定于屋面檁條或附加龍骨上。對于搭接型屋面板，單塊屋面彩鋼板是由整張鋼板機械壓制而成的，其薄弱部位是在板與板的搭接處。板搭接處一般是采用板肋搭接型式，這種搭接形式是靠自攻螺釘將板搭接處與屋面檁條（附加龍骨）或支架固定，螺釘與板之間靠橡膠墊圈及耐候密封膠進行密封防水。這種連接方式存在如下缺陷：（1）由于搭接處的兩層板之間沒有防水措施，可能會造成滲漏，尤其是在雨量較大時，雨水可能高過板肋的高度，這時就必然會造成屋面漏水；（2）固定板的自攻螺釘也是屋面防水的薄弱點（見圖4）。

圖4 搭接型屋面板屋面

2 新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)解析

解決金屬屋面既緊密固定，又能完美變形的問題，是改善屋面系統(tǒng)的一個重點。

2.1 新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)構(gòu)造原理

（1）將屋面系統(tǒng)金屬屋面板固定方式由板“咬”支座，設(shè)計成壓板配合支座“咬”板的形式，使得屋面板的變形和固定完全的分開，進一步改進金屬屋面緊密固定和完美變形方式。

（2）將點式支座和壓板改進為連續(xù)通長的支座和壓條，使得板的受力形式變成了整條邊簡支的受力狀況，并使固定點的間距縮短。

（3）固定處板端經(jīng)特殊加工后翻起，以使屋面板在最最不利的情況下發(fā)生破壞，但確保屋面板不發(fā)生掀落（見圖5）。

圖5 新型抗風(fēng)揭金屬屋面構(gòu)造圖

改進后屋面板系統(tǒng)的抗風(fēng)能力得到極大提高。在屋面檁條的截面和間距不變的情況下，抗風(fēng)能力提高50%以上。經(jīng)過抗風(fēng)揭試驗證明，在檢測設(shè)備進風(fēng)量達到極限時，改進后的屋面系統(tǒng)依然完好無損。

2.2 新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)工程材料選用及技術(shù)要求

金屬屋面各類材料的選用應(yīng)滿足《采光頂與金屬屋面技術(shù)規(guī)程》JGJ255-2012、《鋁合金結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50429-2007、《壓型金屬板工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》50896-2013、《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》GB50018-2002中的要求。

（1）屋面板：屋面板采用鋁鎂錳(3004 H36)板，肋高65 mm，板有效寬度400 mm；厚度為1 mm。面板采用氟碳輥涂，漆膜厚度正面不小于20μm；漆膜延伸率≥7%，漆膜附著力強，咬合不開裂、起皮。當屋面板選用鍍鋁鋅鋼板時，鍍鋁鋅含量不小于60 g；肋高65 mm，板有效寬度450 mm；厚度為0.8 mm。面板采用氟碳輥涂，漆膜厚度正面不小于20μm；漆膜延伸率≥7%，漆膜附著力強，咬合不開裂、起皮。

（2）屋面檁條：屋面龍骨采用熱鍍鋅矩形鋼管，雙面鍍鋅量≥275 g/m2。鋼龍骨材質(zhì)均為Q235，符合現(xiàn)行國家標準《碳素結(jié)構(gòu)鋼》GB/T700、《低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼》GB/T1591中的規(guī)定。連接均采用焊接，焊接材料采用E43系列，符合國家現(xiàn)行標準《碳鋼焊條》GB/T5117、《低合金鋼焊條》GB/T5118中的規(guī)定，焊縫為三級角焊縫。

（3）屋面板支座、壓板:本屋面系統(tǒng)中，屋面板支座、壓板采用鋁合金材質(zhì)（6063-T6），表面處理采用陽極氧化。

（4）屋面系統(tǒng)連接件:本屋面系統(tǒng)中，所有的緊固五金件均采用奧氏體不銹鋼制品。用于檁條連接的角碼（龍骨連接件）采用Q235鋼板制作，表面熱鍍鋅處理，焊接破壞處，采用環(huán)氧富鋅漆修補。

2.3 屋面系統(tǒng)抗風(fēng)揭及拉拔試驗

（1）屋面系統(tǒng)在10.1 kPa作用下經(jīng)歷60 s,無任何部件產(chǎn)生永久變形，無任何部件破壞或脫離。10.1 kPa試驗值換算為相對中國規(guī)范的風(fēng)速為89.9 m/s，大于17級臺風(fēng)風(fēng)速。

（2）支座拉拔試驗，在50 kN作用下無任何部件破壞或脫離。50 kN試驗值換算后的風(fēng)荷載設(shè)計值為125 kPa，換算基本風(fēng)壓22.835＞0.65 kPa，滿足設(shè)計要求。風(fēng)荷載設(shè)計值換算風(fēng)速為447.2 m/s，大于17級臺風(fēng)風(fēng)速。

2.4 新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)防水性能

（1）采用連續(xù)的壓蓋板，在屋面的過水坡一側(cè)，屋面蓋板與屋面板之間施打連續(xù)的耐候密封硅酮膠，減小滲漏的可能。

（2）采用連續(xù)板金屬屋面面板和底板導(dǎo)水進天溝的構(gòu)造，當屋面面板意外破損導(dǎo)致雨水滲漏，此時連續(xù)的屋面防水底板起到了重要的防水功能，接收了少量的滲漏水，并排入天溝。從而將屋面的防水性能大大提高。

（3）在屋面板于天溝處加設(shè)了防溢水膠帶；以確保在100或200年一遇的瞬時降雨量超高屋面板肋的高度時，不發(fā)生滲漏情況.

3 結(jié)束語

（1）新型抗風(fēng)揭金屬屋面系統(tǒng)構(gòu)造合理、抗風(fēng)揭（掀）能力強、安全可靠，可以為高速鐵路運營提供可靠的安全保證。

（2）屋面頂板及底板均具備防排水功能，屋面系統(tǒng)防水可靠。

（3）屋面系統(tǒng)均采用螺栓及插槽連接，整體效果好，施工質(zhì)量可控。

（4）屋面板拆卸方便，易于維護更換。

（5）在上海、廣州局范圍特別是沿海地區(qū)工程實際應(yīng)用中效果顯著，工程造價略有增加。