高鐵站房雨棚新型抗風揭金屬屋面系統研究

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 常規建筑金屬屋面現狀

金屬屋面作為輕型屋面系統其優點不言而喻，但是，由于其自重輕，對風十分敏感，設計、施工考慮稍有不周，極易被風掀覆，因常規做法的屋面，其抗風能力不夠，在極端荷載(臺風)的作用下，發生了多起金屬屋面被風揭落的現象。近年來我國高速鐵路迅猛發展，營業里程大幅增加，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陷掀落實體圖

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

（1）咬合連接金屬屋面系統：咬合式連接杜絕了屋面漏水及滲水現象的出現，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生錯位而產生屋面滲漏的現象。但是這類板型是一種非緊密式咬合，通常施工質量不高，咬合連接能力較差，抗風能力較弱（見圖2）。

（2）直立鎖邊金屬屋面系統：直立鎖邊扣式結構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品之一，但屋面板與支架的咬合能力不足，抗風揭能力較低，通常需要設置屋面夾具（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、結構鉚釘或螺栓）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 新型抗風揭金屬屋面系統解析

解決金屬屋面既緊密固定，又能完美變形的問題，是改善屋面系統的一個重點。

2.1 新型抗風揭金屬屋面系統構造原理

（1）將屋面系統金屬屋面板固定方式由板“咬”支座，設計成壓板配合支座“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）固定處板端經特殊加工后翻起，以使屋面板在最最不利的情況下發生破壞，但確保屋面板不發生掀落（見圖5）。

圖5 新型抗風揭金屬屋面構造圖

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

2.2 新型抗風揭金屬屋面系統工程材料選用及技術要求

金屬屋面各類材料的選用應滿足《采光頂與金屬屋面技術規程》JGJ255-2012、《鋁合金結構設計規范》GB50429-2007、《壓型金屬板工程應用技術規范》50896-2013、《冷彎薄壁型鋼結構技術規范》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。鋼龍骨材質均為Q235，符合現行國家標準《碳素結構鋼》GB/T700、《低合金高強度結構鋼》GB/T1591中的規定。連接均采用焊接，焊接材料采用E43系列，符合國家現行標準《碳鋼焊條》GB/T5117、《低合金鋼焊條》GB/T5118中的規定，焊縫為三級角焊縫。

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

（4）屋面系統連接件:本屋面系統中，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，采用環氧富鋅漆修補。

2.3 屋面系統抗風揭及拉拔試驗

（1）屋面系統在10.1 kPa作用下經歷60 s,無任何部件產生永久變形，無任何部件破壞或脫離。10.1 kPa試驗值換算為相對中國規范的風速為89.9 m/s，大于17級臺風風速。

（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試驗值換算后的風荷載設計值為125 kPa，換算基本風壓22.835＞0.65 kPa，滿足設計要求。風荷載設計值換算風速為447.2 m/s，大于17級臺風風速。

2.4 新型抗風揭金屬屋面系統防水性能

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

（2）采用連續板金屬屋面面板和底板導水進天溝的構造，當屋面面板意外破損導致雨水滲漏，此時連續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，不發生滲漏情況.

3 結束語

（1）新型抗風揭金屬屋面系統構造合理、抗風揭（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，屋面系統防水可靠。

（3）屋面系統均采用螺栓及插槽連接，整體效果好，施工質量可控。

（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工程實際應用中效果顯著，工程造價略有增加。