浅谈提高金属屋面板抗风揭性能的技术措施

浅谈提高金属屋面板抗风揭性能的技术
措施
摘要某车站位于常年温差较大的冬冷夏热地区，金属屋面具有跨度大、
曲率高等特点。

为了确保金属屋面板在特殊条件下的抗风揭性能，运用统计、分
析和试验等方法，从设计、材料和施工各方面对影响金属屋面板安装质量因素进
行分析，并提出加强抗风揭性能的技术施工措施。

实践表明，工程取得了较好的
施工效果，可供类似工程施工借鉴。

关键词：冬冷夏热；大跨度；高曲率；抗风揭性能
1 前言
近年来，金属屋面凭借其重量轻、保温效果好、施工速度快等特点在火车站、机场、体育场等国内外大型建筑中得到了广泛使用，满足了大跨度结构对屋面系
统的特殊要求。

但每年夏季台风和冬季大风都会造成很多大型建筑的金属屋面遭
到损坏，尤其近几年发生的数起火车站和机场航站楼金属屋面被掀事故更是造成
了巨大的财产损失并造成了一定的不良社会影响。

本文通过结合具体工程实例，
阐述了提高金属屋面抗风揭性能的技术措施。

2 工程概况
新建某车站主站房建筑面积69905.5 m2，站台无柱雨棚投影面积83068 m2。

站房主体结构形式为框架结构，顶部屋面为管桁架钢结构。

西站房室外标高-
11.50m，地上三层，东站房室外标高10.00m，地上一层，地下二层。

东站房建筑
标高47m，西站房建筑标高37m。

站房金属屋面面积39065 m2，金属屋面为单向拱曲面造型，平面沿南北向中
心对称布置，平面形状呈“工”字形。

3 金属屋面系统介绍
3.1 金属屋面构造
考屋面系统构造从上至下为：0.9mm铝镁锰合金板屋面，0.25mm防水透气膜，三层50mm厚玻璃棉保温层（相邻玻璃棉层间衬PVC膜），气密层为铝夹筋薄膜，支撑层为镀锌钢板拉网，屋面支撑结构为C形冷弯薄壁型钢檩条，次檩条为
C120×60×20×3，主檩条为C160×60×20×3。

最后主檩条通过檩托坐落在钢结
构管桁架上弦杆上。

金属屋面构造如图1所示。

图1金属屋面构造示意图
a．金属屋面支撑层构造
b.屋面板、防水透气膜、保温层等构造
3.2 金属屋面施工顺序
金属屋面施工前应对钢结构进行交接验收，检查钢结构误差情况，钢结构验
收合格后进行屋面施工。

屋面施工工序依次为：
(1) 屋面檩托预制及安装
(2) 主次檩条预制及安装
(3) 钢板拉网铺装
(4) 屋面板T型支架
(5) 隔气膜、玻璃棉铺装
(6) 防水透气膜铺装
(7) 铝镁锰合金屋面板压型制作及安装
4 工程难点
某车站是我国冬冷夏热地区的客运交通枢纽，由于工程所处的特殊地理位置，以及工程结构的独特形式、造型的突出特点，决定了以往施工可借鉴性少、施工
难度大、抗风揭性能要求高。

4.1 冬冷夏热地区
车站处于我国冬冷夏热地区，四季温差大约有50度，大的温差势必对屋面
板的变形产生较大影响，从而影响屋面板固定的牢固性，且夏季每年都伴有台风
影响。

大的温差影响和强大的风压作用对屋面板的抗风揭性能提出了较高的要求，因此要求屋面板施工质量应具有较高的安装精度和相应的强化固定措施来保障。

4.2 大跨度
本工程钢结构屋面最大跨度68.5m，钢结构管桁架按照设计2/1000的预拱度
进行起拱，即起拱137mm。

根据《空间网格结构技术规程》JGJ7-2010，本工程钢
结构允许挠度为1/250即274mm，故理论上本工程钢结构标高低于原设计标高最
大值可达到274-137=137mm。

通过组织测量班现场对钢结构标高进行抽查，对照设计标高计算偏差。

测量
班组共对75个点进行检查，并对数值进行统计（见表1）。

表1 偏差情况统计表
为保证屋面板安装后整体表面平滑过渡，符合图纸设计要求，同时防止由于局部T型支架最高点标高低于该处屋面板标高而导致锁边不到位，从而降低屋面板整体抵抗风揭作用能力，故需采取系统措施从根本上将钢结构标高消除。

4.3高曲率
站房金属屋面最小弯曲半径为70.267m。

通过对样板区的金属屋面板安装及相关试验发现，如此大的曲率导致在整块屋面板通长安装时，屋面板最高处因翘起而与T型支架最高点间距过大，最终也会因导致该位置锁边后未能与T型支架连接固定在一起而影响屋面板抗风性能。

5 技术控制措施
金属屋面的抗风性能，其主要在于屋面支架与檩条的连接形式及屋面板与屋面板支架的咬合程度，实践表明，所有出现金属屋面被风掀起的现象都表现在屋面板与结构的连接节点上，因此要提高它的抗风性能应该认真验算支架与檩条连接点的抗拉强度以及屋面板与T型支架间的咬合力。

针对工程的实际特点和技术要求，在传统屋面施工方法的基础上制定并采取了以下技术措施进行控制。

5.1 增加挡雪系统
在深化设计阶段，通过向设计单位建议，最终增加了挡雪系统数量，高架屋面上增加至10道通长挡雪系统，东西站房屋面上增加至14道通长挡雪系统。

挡雪杆采用￠32*2mm铝圆杆，其通过3mm厚特制钢卡具与屋面板的板肋连接固定。

挡雪系统的特制钢卡具通过将板肋咬合处夹紧，增加了屋面板整体性从而提高整体抗风性能，挡雪系统的通长挡雪杆也可以起到保险作用。

一旦由于突发原因出现意外，屋面板被掀，挡雪杆将会把屋面板拦截在屋面上而不会被刮飞，避免被刮到轨道上方的接触网上，从而有效避免出现重大事故损失。

5.2 抗风揭试验
根据施工图纸内容和现场结构形式，在不增加屋面挡雪系统的情况下，采用现场相同施工工艺、技术水平制作3.7m*7.3m的屋面1:1大样，委托第三方进行抗风揭试验。

试验过程依据FM4471:2010《1级平板屋面认证标准》进行操作，当加压至5.7 kPa时保持60s后，屋面无任何部件产生永久变形，当加压至6.5 kPa时保持1s后，屋面板锁缝从T型支架松脱，试验结束，因此结论为抗风揭性能试验结果达到5.7 kPa（120psf）等级，大于设计要求3.9 kPa。

通过试验可以说明，如果采用相关措施保证施工精度和误差，屋面板通过直立锁边与T型支架相连、T型支架通过2M6.3*25自攻钉与檩条相连、檩条间焊缝长度等节点设计和屋面结构形式可以满足屋面板抗风性能要求，同时也证明了屋面板与T型支架咬合连接处为整体结构中相对薄弱部位。

5.3 主要材料的选择和误差控制
采取多型号支架，用以避免由于屋面弧度较大而导致的屋面板弯折度过大，并最终造成的屋面板翘曲部位不能有效的与支架连接，同时也可对钢结构桁架存在误差的部位起到找弧的作用。

材料进场应进行严格检查，确保误差在规定范围内。

T型支架尺寸偏差在1mm范围内。

屋面板加工时，严格按照设计要求控制屋面板加工尺寸，尤其对于板肋边缘弧形折边进行检查，保证360°边长度和半径。

屋面板加工时，根据测量所得屋面板长度，在压型机电脑控制盘上输入各部位面板加工长度数据并压制面板。

成型后的面板肋高65mm，板宽400mm。

在对屋面板板宽和大小肋等方面进行质量严
格检查时，如发现不合格的屋面板，不能用于工程。

钢板加工长度允许误差：
L≤3m 时，允许误差-5 ～ +10mm；L＞3m时，允许误差-5mm ～ +20mm；钢板大
小肋高度允许误差±1.0mm；钢板大小肋卷边直径允许误差±0.5mm。

5.4 消除钢结构标高偏差影响
针对现场实际情况，为保证屋面与支架连接牢固并确保整体平整度，从檩托、檩条安装时开始采取一系列系统技术措施对标高进行调节：
(1) 对标高偏差在3cm以上部位，改变檩托高度进行初始调整；
(2) 在次檩条连接板预留3cm空间，用于再次调整标高；
(3) 檩条安装前放出位置线，安装檩条时应兼顾结构偏差控制好檩条标高和
倾斜角度；
(4) 次檩条安装后进行顶面检查，即垂直于檩条长度方向拉通线，检查各行
檩条顶面与拉线的高差，是否有突变的高差，檩条顶面是否在设计的曲面上，次
檩条顶面标高误差应在±3mm内；
(5) 支架安装结束后，对支架标高进行拉通线检查，保证安装误差在2mm范
围内。

5.5 放线控制方法
由于本工程屋面形式为管桁架弧形屋面，对测量放线精确度增加了难度。

根
据工程实际情况，为防止钢结构偏差和累积误差影响，现场调整放线、定位方法。

首先利用计算机绘制弧形屋面檩条、支架标高图，然后在现场根据标高图采
用全站仪将檩条、支架标高点定出。

纵向采用拉标高控制通线方法整体控制，为避免累积误差影响，现场采用了
分段拉通线方法进行控制。

即每24.5m拉一根标高控制通线用以控制标高，每根
通线中间设置一个标高控制点，用以对通线标高进行实时复测。

拉线时保证线不
被其他物体接触，同时注意将控制线拉紧力度，并保证在无法或微风条件下进行检测。

5.6 调整屋面板板长
本工程屋面板板长为110m，而屋面板弧度较大，如按照传统方法进行整体加工和安装，将会如上文所述，弯折后将会产生较大翘曲，影响屋面板安装质量，同时也不利于运输和成品保护。

经与设计沟通并对材料进行变形计算，初步确定将屋面板分为26.5m、58m、26.5m三段进行加工和安装，相邻屋面板顺屋脊方向进行搭接500mm，搭接处中间采用硅酮耐候胶封闭处理。

后通过对样板区施工效果进行检查确认，此种分段加工、安装的方法满足质量要求，最终决定整体屋面按此方法施工。

5.7 保证锁边质量
屋面板锁边为屋面板安装中最后一道工序，也对屋面板与T型支架连接牢固性起重要影响。

施工前应对锁边机进行检查并对操作人员进行培训考核，人员操作水平均满足工艺要求方可上岗。

施工过程中加强对屋面板锁边效果的检查，对于锁边效果差的部位应分析原因，可进行二次锁边或其他对应措施。

6 结束语
屋面工程采用上述加固方案后，金属屋面板安装一次合格率从72.5%提高至95.14%，施工质量有了大幅提高，确保了屋面板应具有的良好抗风揭性能。

同时也为工程节约了大量返工等费用，经确认直接节约了费用达207.8万元，取得了良好的经济效益。

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