大型潔凈廠房屋面構造設計

摘 要：大型潔凈廠房屋面構造要求較高，結合工程實例，對構造型式、主要材料的選擇、屋面通風、排水、防雷、防水等多因素進行了綜合分析，提出合理的構造設計。

關鍵詞：構造；材料選擇；防水

近年大型潔凈廠房在國內建設數量呈上升趨勢，不僅地方規劃部門對這種廠房外觀有較高要求，而且其自身工藝特點對建筑外圍護結構屋面功能要求也在提高。在外圍護工程中又以屋頂構造最為重要。如某大型潔凈廠房屋頂為矩形，占地面積約32000 m2，屋頂承重結構為門剛和鋼桁架結構，屋頂有變形縫，規劃部門要求女兒墻高過屋面且雨水管不能外露。綜合考慮該廠房各種特征和功能要求，為使屋面功能得到保證，需要對屋面系統工程的構造進行合理設計。

1構造型式的選擇

此廠房有潔凈要求，屋面防水等級確定為Ι級。目前工程中金屬板屋面對Ι級防水的構造做法主要有兩種：一種是360°咬口鎖邊連接方式+防水墊層的防水做法；另一種是以壓型鋼板為承重層的單層防水卷材屋面（圖1）。盡管360°咬口鎖邊連接方式具有良好的連接構造，但一些大型公共建筑的滲漏水情況還是較普遍。經過慎重考量，采用了以壓型鋼板為承重層的單層防水卷材屋面。

圖1 單層防水卷材屋面 圖2 成品支墩

2主要材料的選擇

2.1壓型鋼板的選擇

根據規范要求，壓型鋼板采用了0.8mm厚的聚酯涂層板?；鍨殡p面熱浸鍍鋁鋅彩板，板的鍍層為雙面5%鍍鋁鋅，雙面鍍鋁鋅量不少于200g/m2，板型為：YX35-125-750。

2.2保溫材料的選擇

保溫材料目前工程中常用兩種：一種是采用A級巖棉保溫隔熱材料，防水卷材為機械固定時，防水卷材可以直接鋪設。另一種是采用B1級的擠塑聚苯板保溫隔熱材料，防水卷材為機械固定時，應設置防火覆蓋板，其厚度不應小于10mm?？紤]到工期緊張，盡量減少構造層次，選擇了前者，但這種構造型式對巖棉性能有更高要求，才能保證防水卷材空鋪的基層要求，以保證工程質量：容重≥160kg/m3；抗壓強度（10%變形）≥80kPa；導熱系數（平均溫度25℃）≤0.04W/（m.K）；渣球含量≤5%；點荷載≥99%；燃燒性能為A級；憎水率≥99%；質量吸濕率≤0.5%；尺寸穩定性≤1%；酸度系數≥2.0。同時經過節能驗算，選擇了80mm厚巖棉。

2.3卷材的選擇

按照規范提供的可選材料，可作為面層防水卷材種類有PVC防水卷材、TPO防水卷材、三元乙丙橡膠防水卷材、彈性（塑性）體改性瀝青防水卷材。根據工程經驗教訓：昆明某項目采用改性瀝青防水卷材，由于當地紫外線強、溫度高，同時采買的材料質量不佳，施工過程中，卷材直接烤化變形。經過多方比選，最終選擇了熱塑必聚烯烴（TPO）防水卷材。針對重慶當地的氣象特點，對TPO卷材的主要性能指標作了以下規定，以保證工程質量：采用1.5mm厚聚酯增強型TPO防水卷材，卷材上表層厚度≥0.60mm；中間增強層為斜向三維聚酯加強；人工氣候加速老化達到10000小時；通過135℃，672小時人工熱老化測試；尺寸穩定性≤0.2% （熱處理尺寸變化率，80±2℃，24h）；反射率大于等于87%。

3其它因素的考量

3.1通風

根據建筑防排煙標準中關于排煙系統的設計規定，優先采用自然排煙系統。但是考慮到潔凈廠房的特殊性，若采用自然排煙系統，屋面上需開設大量的自然排煙天窗，屋面防水的可靠性將會大打折扣，室內潔凈度的要求必將會難以保證。經多專業評審后，決定采用機械排煙系統，TPO卷材屋面上不開設洞口，在兩邊跨上設機械排煙口，以滿足規范要求。

3.2防雷

根據電氣專業的防雷設防要求，需在此廠房的屋頂鋪設避雷帶。避雷帶的鋪設方式根據國家標準圖集有兩種方式：一種是用混凝土做支墩，另一種是用TPO卷材做底座的成品鋁合金支墩（圖2）。因為后者與屋面卷材的結合的牢固性，最終選擇了后者。整個屋面用了約6000個成品支墩，這樣既縮短了工期，美觀度也得到了提高。

3.3排水

考慮到廠房屋面匯水面積較大，地方規劃部門又要求雨水管不能外露，采用隱藏式重力流排水的滲漏水風險較高，決定采用虹吸排水方式來解除這種風險。排水路線是屋面排水的另一個關鍵點。由于廠房中間主跨為人字形鋼結構坡屋面，兩邊跨為混凝土屋面，采取了將主跨108m寬的水流向兩邊跨，邊跨的水流從外墻邊向內側流，將兩股水流匯合后進行收集。這樣可以有效縮短水路。

4防水難點

4.1設備基礎防水

屋面防水關鍵在細節處理，應盡量減少屋面開孔洞的可能，但工業建筑不可避免會有大量設備基礎突出屋面，由于前期結構計算時對設備荷載估計不足，造成后期設備基礎高度不能滿足250mm高的防水設防要求，加之這些設備基礎上有埋件，設備廠家堅持要在埋件上固定角鋼立柱，角鋼立柱是屋面防水中最難處理的構件。多方共同研究之后，決定由設備廠家在角鋼立柱外側套300mm高鋼管，在鋼管內側灌填混凝土或水泥砂漿。防水卷材首先將設備基礎全設防，再沿鋼管外表面設防，最后在鋼管頂面進行收頭和二次防水處理。

4.2變形縫防水

由于此廠房平面面積較大，結構在屋頂設了兩道變形縫，這兩道變形縫貫穿了主跨鋼結構屋面、兩邊跨混凝土屋面。鋼結構屋面與女兒墻之間的各種變形縫的處理給屋面防水設計帶來了巨大的挑戰。加之縫的寬度較大，幾種縫的處理在現有的圖集中找不到做法，只有根據防水和變形處理的原則，結合多年的工程實踐經驗進行設計處理，至于效果如何，還有待實踐的檢驗。

5結束語

屋面是建筑的外圍護結構，是一個系統工程。一個良好的屋面工程應滿足防水、排水、保溫節能、防火的各種要求，并能適應主體結構變形、能承受氣候變化及太陽輻射帶來的破壞。大型潔凈廠房跨度大，功能復雜、技術要求高，傳統的屋面技術已很難滿足其要求。采用合理的構造型式，恰當運用建筑新材料和新技術，使屋面工程質量得到有效保證，同時也能提高屋面工程的壽命。

參考文獻：

[1] 屋面工程技術規范：GB 50345-2012[S].

[2] 單層防水卷材屋面工程技術規程：JGJ/T 316-2013[S].

[3] 單層防水卷材屋面建筑構造（一）金屬屋面：15J207-1：1-1.

作者簡介：

曾露（1977-），女，四川成都人，國家一級注冊建筑師.