钢结构建筑夹芯板屋面系紧固件加强连接的应用

部载荷的作用下螺栓联接副的相对位移将会显著增
加。为了增强屋面板与檩条紧固连接点的稳固性和
刚度 ， 自攻螺 栓 的长度越 短 越有利 于加 固强 度 ； 根 据
国标 图集 Ｏ ｌ Ｊ ９ ２ ５— １ 关于岩棉板的耐火等级技术要
求， 当屋 面 板保 温层 厚 度 ￣ ＞８ ０ ｍ ｍ时， 即可 满 足耐 火
够 大 的尺 寸 、 或螺 栓连 接 点 的防水措 施 局部失 效后 ，
当雨露雪霜从防水破 口的侵人将会快速腐蚀连接点
图 ２ 屋 面 板 中波 连 接 加 固 （ Ｂ￣５ ５ ｍｍ ）
第 １ １ 期
不 锈钢扣 垫
张
琦： 钢结 构建 筑 夹芯 板屋 面系 紧 固件 加强 连接 的应用
用１ ０ ｍ长的夹芯板 ， 故屋面系单坡必然存在两个纵
向接 口， 因此屋 面系 屋 面 板 的支 承 条 件 除 了连 续 支
有的缺陷， 既避免了连接点 因为腐蚀扩孔 ， 又能改善
和减弱 因为 温度应 力 产 生 的扩 孔 效 应 ， 同时 厚 不 锈
承结构以外也存在着较多的简支支承结构。根据相 关资料可知屋面板在简支支承条件下 比连续支承条 件 的承载力下降 １ ５ ％左右 ， 相 同条件下时， 当檩距 从ｌ ｍ增加到 １ ． ５ ｍ时， 屋面板的承载力下降 ２ ０ ％以 上； 因此对屋面次檩条适当加密必然大大增强屋面 板 的有 效 承载力 ； 屋 面 板 纵 向搭 接 接 口一般 均 设 于
由中铁二 十 一局集 团第二 工程 有 限公 司 承建 的
新建西安东客车整备所 整备棚工程 ， 在施工方案的
实施 过 程 中 ， 根据 ２ ０ １ ２年铁 道 部关 于铁 路 系统 钢 结 构建 筑 彩钢板 屋 面 系病 害整 治 的相 关 精 神 、 以及 西 安铁 路 局西 安站 改扩 建工 程指 挥部 对 于本 工 程 临近
板型， 例如 Ｊ Ｙ Ｂ ４ ０—３ ２ ０—９ ６ ０型 岩 棉 夹 芯 彩 钢 板 ，
陇海正线的特殊地理位置需 要 ， 要求对整备棚夹芯
板屋 面 系 的 紧 固件 连 接 必 须 进 行 可 靠 地 的加 强 措 施， 杜绝 因屋 面 板 的连 接 失 效 而 导 致 屋 面 板 掉 落 于
图 ３ 屋面板边波连接加 固（ Ｂ￣３ ０ ｍｍ）
不锈钢扣垫
审。通过该 方案 的实施 ， 屋 面系实体 结构 的使用 功能及安全功 能均达 到 了预期 效果 ， 其最 大 的优
点就 是 采用 与 屋 面 板 有 效 接 触 面 达 ５ ０ ａｍ × ｒ ５ ０ ａ ｒ ｍ 的不 锈 钢 垫 片或 扣 垫 ， 在 大 大 改 善 屋 面 以及 风 载 应 力 长 时 间 作 用 造 成 屋 面 板 在 自
攻螺栓处的屋面板扩孔现象的 同时 明显增强 了连
陇海正线并 由此引发运行列车的险性安全事故。依
据本 公 司 以往参 与 的铁路 相 关工 程 项 目彩钢 板屋 面 病 害整 治 的经验 ， 对 于本 工 程 夹 芯 板 屋 面系 紧 固件 连 接 的加 强要求 提 出如 下实 施措 施 。
并于中波波峰处增设 自攻 螺栓 的数 量 （ 在檐 口、 屋 脊等排水有利且需进一步加强连接部位适当增设波 谷紧固连接副） ， 以确保每块屋面板与 同一根檩条 均有 ４— ５ 处紧固件连接， 使屋面板连接强度在连接 螺栓其他技术参数不变的情况下 ， 仅通过 连接螺栓 数量的增加 即可达到岩棉彩钢板单板与屋面系主体
张 琦
（ 中铁二十一局集 团第二工程有限公司 ， 甘肃 兰州 ７ ３ ０ ０ ０ ０ ） 摘 要： 夹芯板 因其 质量轻 、 优 良绝 热 、 隔音 等使 用性 能 以及 在工 厂复合 制造 中具 有过硬 的质量 保证 ， 使得 其在保
温、 降噪等环保质 量要 求高 的工业 民用建筑 中有 着不 可替代 的需求 。夹 芯板本 身的结 构特点决 定了其 与建筑 主体
故在能够满足设计防火要求 的前提下将夹芯彩钢板 屋面板保温层厚度 由 １ ５ ０ ｍ ｍ变更为 １ ０ ０ ａ ｒ ｍ， 并使上 层压型彩钢板采用低波压型彩钢板 ， 并且保持夹芯
薄（ 本案岩棉夹芯彩钢板上层板为 ０ ． ８ ａ ｒ ｍ厚 ） ， 在 长期 的自然条件下 ， 屋 面板在 自攻螺栓连接处因温
檩 条处 ， 因为屋 面板在 该处 的支 承条件 为简支支 承 ，
钢垫可以大大增强螺栓连接点 的连接强度 ， 这个措
施 是屋 面板在 大风情 况下 能够避 免 自攻 螺栓 连接 点
彩钢板因温度应力等因素扩孔从而导致失效脱离的 关键 ， 它从根本上大幅提高了夹芯彩钢板屋 面板 的
抗 风揭 能力 。屋 面板 加 强连 接 构 造 于 不 同部 位 、 不 同板型 自攻螺 栓联 接副 的安装 方式 如 图 １ —５所示 ；
故在岩棉夹芯彩钢板纵向连接处应按双檩条设置 ，
同 时加倍设 置 自攻 螺栓 连 接 点 ， 即可 成 倍 加强 该 处
的连接强度 ； 同理对于屋脊 、 檐 口处也进行双檩条设 置， 并且对于屋脊 、 檐 口处的 自 攻螺钉连接点也进行 加密 ， 这些措施可 以确保屋面系薄弱处与檩条 的连 接强度得到有效的加强； 岩棉夹芯彩钢板屋 面横 向
结 构的连接构造 ， 只能采用 紧固件连 接 ， 该连接方式 必然 对于屋面板 的防水性能 以及 抗风揭 能力 有所削弱 。通 过对
夹 芯板所采用 的紧 固件加强 连接构造 的探索 和在工 程实体 中的应用 ， 其 解决 问题的方 法既是对 中铁二 十一局集 团
第 二工程有限公司钢结构彩 钢板屋面系连接构 造加 强加 固工法 的有益补 充 ， 又 具有在 工程实践 中不断拓 展 的潜 力 和应用推广的价值 。 关键词 ： 岩棉 夹芯彩钢板 ； 紧固件连接 ； 螺栓连接副 ； 抗风揭能力 中围分类号 ： Ｔ Ｇ １ ７ ２
２ 夹芯彩钢屋面板 加强连接构造方案
１ ） 基 于原 设计 屋 面 板 为 Ｊ ｙ Ｂ ４ ５— ５ ０ ０—１ ０ ０ ０板 型， 每块 板 只有一 个 中波和 两个边 波 ， 仅 仅能 够满 足
设计关于“ 每块板与 同一根檩条的连接不得少于三 点” 的最低要求 ， 为了满 足屋面板 与屋 架主体结构 加强连接的需要 ， 建议采用 “ 多中波夹芯屋面板” 的
第３ ０卷
第１ １ 期
甘肃 科技
Ｇａ ｎ ｓ ｕ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｉ ｆ Ｉ ３ ０ Ｎ ｏ ．１ ｌ
２ ０ １ ４年 ６月
Ｊ ｕ ｎ ． ２ Ｏ １ ４
钢 结构 建筑 夹 芯 板 屋 面 系紧 固件 加 强连 接 的应 用
结构 的连接 强度 的 大幅提 升 ；
１ 夹芯板屋 面系紧 固件连接原构造 方 案
１ ） 屋 面采 用 １ ５ ０ ｍｍ 厚 岩 棉 夹 芯 板 ， 板 型 为
Ｊ ｙ Ｂ ４ ５— ５ ０ ０—１ ０ ０ ０， 上层 板 厚 ０ ． ８ ｍ ｍ， 下 层 板 厚０ ． ６
２ ） 由于岩棉夹芯板 与屋面系主体结构 的连接 是通过 自攻螺栓来实现的， 而螺栓连接的 自身特点 是其联接副存在一定 的变形余量 ， 这个特点决定 了 自攻螺栓在屋面系结构受到外部载荷的影响时存在 相对 变形 和产 生位 移 的可 能 ； 此 外 如果 自攻 螺 栓 的
厚不锈钢垫 板 （ 垫板 与屋 面板有效 接触 面 积 ｓ ≥ ５ ０ ａ ｒ ｍ×５ ０ ｍ ｍ， 此 为压 型彩钢 板波 峰有 效 宽 度 ≥ ５ ５ ｍ ｍ时或波谷处采用 ） 或不锈钢扣垫（ 扣垫与屋面 板有效接触面积 Ｓ ≥５ ０ ｍ ｍ× ５ ０ ｍ ｍ， 且要求 扣垫 的 折边尺寸 ≥１ ０ ｍ ｍ， 此为压型彩钢板波峰有效宽度 ≤ ３ ０ ｍ ｍ时采用） 以及 ４ ａ ｒ ｍ厚 丁基橡胶 自粘 防水垫 ， 这样 的措施就会大大改善夹芯屋面板紧固件连接 固
的连接 采 用 自攻螺 栓连 接 ， 每波 峰设 一 自攻 螺 栓 ， 并
且每块板与同一根檩条 的连接不得少 于三点 ； 在屋
脊、 檐 口处 的连 接 点 适 当加 密 。 屋 面 板 之 间 的 连 接 采 用拉 铆 钉 ， 拉 铆 钉 间距不 大 于 ２ ５ ０ ｍｍ； ３ ） 自攻 螺 栓 不 小 于 Ｓ Ｔ ５ ． ５级 ， 带 防水 帽 、 胶 垫
长度 和其 直径 的长 细 比过 大 时 ， 自攻 螺 栓 在 结 构 系 的柔 度大 大增 强 ， 在外 部 载 荷 的 影 响下 屋 面 板 在 外
ｍ ｌ ｎ ； 压型钢板 、 岩棉技术要求均符合相关 国标及行
业 标准 ；
２ ） 屋 面 板 采 用 紧 固 件 连 接 。 压 型 钢 板 与 檩 条
及 需要 ， 采用 了在 自攻 螺 栓 连 接 副 处 增 设 ３～ ４ ｍ ｍ
象， 从而能够提高岩棉彩钢屋面板使用年限， 同时也 大大降低了建筑屋面的维修成本 ； ３ ） 在屋面系结构中 ， 檩距对于屋面板的承载力 也有着较大的影响。由于岩棉夹芯彩钢板是在工厂 复合加工的， 其板幅长度往往受到工厂设备加工条 件 和运 输条 件 的制 约 ， 本 工 程 中屋 面 的单坡 宽 幅为 ３ ０ ｍ， 综合工厂加工和运输道路的制约条件只能采
板彩钢板上 、 下层面板厚度按原设计要求不变 ， 经过 以上针 对岩 棉夹芯 彩 钢板 多方 面构造 上 的变化 和改
进， 使得岩棉夹芯彩钢板在材质不变的情况下 ， 采用 自攻螺栓连接的紧固方式 ， 其螺栓联接副的实 际稳
度应力、 自然风载荷 、 雨水腐蚀等 自 然 因素 的综合作 用下， 屋 面上层 板 在连 接 点极 易形 成 局 部 螺 栓 孔 的
扩孑 Ｌ 现象 ， 从 而导致 自攻 螺栓 紧 固连 接 的 屋 面 板抗
风揭能力逐渐下降， 甚至造成屋 面板与主体结构的
固程度得到 了大幅提 高， 进而从更本上改善 了螺栓
联 接 副 因为 变形位 移 而产生 的连 接点 的螺 栓扩孔 现
连接失效 。针对 自 攻螺栓的弱点和本案结构的特点
１ ０ ７
硅酮 耐候 密封胶 封 闭 ， 确 保 屋 面 系在 抗 风揭 能 力 得 到加 强 的同时屋 面板 的 防水 性 能不会 下 降。
３ 结论
该 加 强 连接 方 案 因其 较 强 的可 实 施 性 和 科 学 合 理 的综合 措 施 ， 在方案 的专家评审时得到设计 、
业 主、 监 理 等部 门的好 评及 认 可 ， 并 一 次通 过评
于因为连接点的过多而导致屋面系的防水隐患显著 加大而顾此失彼 ； ４ ） 屋 面板在 长期 的 自然条 件 下 ， 由于 昼夜 以及 四季季节性温差的因素 ， 温度对 于岩棉夹芯彩钢板 的上层板的影响是特别显著 的， 在 热胀冷缩而引起 的温度应力 的长期作用下 ， 彩钢板在螺栓连接点上 的螺栓孔将会产生扩孔效应 ； 若 螺栓孔扩 口达到足
连接 为搭接 ， 连接 方 向宜 于与 主导风 向一致 ； 屋 面板 之 间的 连 接 采 用 抽 芯 拉 铆 钉 ， 拉 铆 钉 间 距 不 大 于 ２ ２ ０ ｍ ｍ， 适 当的加密有利于屋面系的整体性 ， 也不至
图 １ 屋 面板 边 波连 接 加 固 （ Ｂ￣５ ￥ ｍｍ）
不锈钢垫板
及压盖 ， 自攻螺栓长度根据施工情况确定 ， 必须保证 自 攻螺栓穿透连接件的板厚。
极限≥６ ０ ｍ ｉ ｎ ， 故减小岩棉板厚度既能有利于屋面板
１ ０ ６
甘
肃
科
技
第３ ０ 卷
连 接加 强 的需 求 ， 又能 满足 屋 面板 的耐火 技术要 求 ；
的螺栓孔 ， 导致 螺栓 孔 的快 速扩 大 ； 同时 由于标 准 自 攻 螺栓栓 帽及 垫 片 的尺 寸较 小 ， 以及 彩 钢 板 厚 度较