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高层建筑屋面构造组合与分析

发布日期:2021-10-30 09:13

本文摘要:[概要]优化屋面结构人组(设计),不利于充分发挥屋面整体效应,并符合结构顶盖、透气、保温、防水、节约能源及环保等功能。本文根据高层建筑的特点,侧重解释屋面结构人组的原则,并就有关案例展开对比分析。[关键词]高层建筑;屋面工程;屋面结构人组;透气;保温20世纪80年代,全国屋面渗漏水问题非常引人注目,渗水比例高达60%左右,随着《屋面工程技术规范》GB50207-94的施行以及新材料、新技术、新工艺的推广应用,全国性屋面质量通病已获得较好的掌控。

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[概要]优化屋面结构人组(设计),不利于充分发挥屋面整体效应,并符合结构顶盖、透气、保温、防水、节约能源及环保等功能。本文根据高层建筑的特点,侧重解释屋面结构人组的原则,并就有关案例展开对比分析。[关键词]高层建筑;屋面工程;屋面结构人组;透气;保温20世纪80年代,全国屋面渗漏水问题非常引人注目,渗水比例高达60%左右,随着《屋面工程技术规范》GB50207-94的施行以及新材料、新技术、新工艺的推广应用,全国性屋面质量通病已获得较好的掌控。然而屋面工程不仅是一个透气的问题,还牵涉到到保温、防水、节约能源、环保等诸多功能,这些莫不与屋面结构的人组(设计)有关。

由于高层建筑设计耐久性年限平均100年以上,且起到在建筑物上的各种荷载以及不受大自然条件的影响与一般建筑物比起差异相当大,技术与质量拒绝更加严苛。特别是在是变形荷载(它是不必要以力的形式经常出现的一种间接荷载),如温度变化、材料的膨胀和徐变、地基不均匀分布下陷、地面运动等,都须要在屋面各结构中加以防止与协商。因此优化屋面结构人组,充分发挥屋面整体效应就变得十分最重要。

早在10多年前,笔者即对屋面结构中不存在问题及温度变形的计算方法不作过讲解[1,2],但因诸多原因这些问题未获得很好的解决问题。多年来笔者找到在屋面结构上常经常出现这样或那样的问题(这与设计人员认识工程实际较较少有关),而在事后分析质量问题时又多侧重材料及施工方面的缺失,因此一般少见的设计问题屡屡被忽视而反复再次发生。为此我们不愿将这方面研究所学整理出来,可供大家参照。

1 屋面结构人组原则11 要反映屋面的整体效应屋面结构层次一般分成结构层、去找坡层、找平层、保温层、于隔年汽层、防水层、隔绝层、保护层、隔热层、饰面层等,并根据各地气候条件及用于拒绝有所权衡。各结构层都有自己的起到和功能,按照系统工程观点,彼此之间相互依存又互相制约。在保证透气功能的前提下,还不应符合结构顶盖、保温、防水、节约能源、环保等多种功能的必须,即屋面的整体效应。

这在高层建筑的商品公寓中奇贞引人注目。例如,在过去曾广泛用于过的整体吊装的水泥收缩蛭石、水泥收缩珍珠岩类保温材料,虽然材料本身的导电系数较小,但因施工中窝有大量多余水分,长年无法冷却,因此不仅约将近计算出来的保温效果,且比不另设保温层的屋面还要消耗更加多能源。更有甚者,在夏天高温时,因温差引发的极大蒸汽压力,又不会造成防水层起鼓、裂开和渗漏水。现今新型保温材料如挤迫塑聚苯乙烯板、塑胶聚氨酯等,在众多工程中获得应用于,此问题就不复存在,但这一历史教训必需绝非。

值得注意的是,为充分发挥屋面的整体效应,必需使结构层(不含找平层)之刚刚与防水层之珍两者之间获得圆满的统一。具体地说,首先是高层建筑的屋面结构层(实质上一般建筑也不应如此)必需有充足的强度、刚性和抗裂性,并不应在结构层的表面配备适当的温度筋,如有条件在混凝土施工中还可通过含有外加剂等方法,提升混凝土的密实性和透气性(但无法视作一道透气布防)。与此同时,在混凝土施工中还不应强化振捣、抹压和水土保持以及必要延后拆模时间等,保证结构层混凝土不经常出现小于02mm的贯穿性裂缝,对座落在硬土地基上的高层建筑奇须要采行可信的技术措施;其次是防水层的设置不应根据有关规范拒绝,使用多道透气布防,此时不应优先用于卷材与涂膜结合的柔性方案或用于多层新型透气卷材,而不应自由选择对温度变形和裂缝较为脆弱的细石混凝土等刚性防水材料。12 各结构层次要互相给定屋面各结构层之间互相给定有2层含义:①各结构层不仅要确保自己的功能,且不该严重威胁邻接结构层的质量;②在考虑到温度变化时,由于各种材料的线膨胀系数有所不同,各结构层就不会产生有所不同的变形值,加之施工时材料的膨胀和徐变等影响,不会在各结构层之间经常出现约束形变,如不加以有效地防止或增加约束影响,就不会产生有所不同程度的质量问题。

为此必须解决问题在屋面工程中实际不存在的湿胀干缩和热胀冷缩2种自然现象。湿胀干缩主要是由屋面去找坡层、保温层以及找平层的湿作业引起的,它随龄期的快速增长而逐步增加。由于水泥类材料初期膨胀相当大,因此在下道工序施工时必需有一定的技术间歇时间。例如少见的水泥砂浆找平层,在夏天施工时2~3d即不具备非常的强度,但膨胀值大,如立刻铺贴卷材(即便是延伸性较好的制备高分子透气卷材)会因基层裂开毁坏卷材防水层而引发渗水,且卷材与基层裂开的方位比较交织。

热胀冷缩则是由屋面环境温度的变化而引发的,科周期性再次发生,其起到是长年的。因此对于水泥砂浆找平层,必需按一定间距(如4~6m)留设分格针;如在卷材防水层上作水泥砂浆保护层及铺贴饰面砖时,则不应在两者之间铺设隔绝层,即使铺设外壳的聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)材料都会起着很好的隔绝起到。

有一点认为,屋面去找坡层目前多数使用工业废渣与水泥拌合而出。如屋面坡度为1%~2%,按一般来说12m流水长度计算出来,去找坡层最高处厚度平均150~270mm(最厚处厚度原作为30mm)。如在施工过程中遇上雨水,后果不堪设想。

虽然可以采行分列汽措施,但是1~2年甚至更加长时间内,其中多余水分无法通过汽化而逸出。去找坡层中多余水分如同水泥收缩蛭石、水泥收缩珍珠岩保温层一样,在夏天不会击穿找平层使防水层起鼓;在冬天结冰时,如屋面四周嵌固稍差,因体积收缩引发的毁坏更为严重,过去砖砖女儿墙的推裂就是最差的相比较。令人不安的是,现在还没更佳的替代去找坡材料,这是值得注意的。

对于平屋面,其灌溉坡度最差由结构去找坡的办法解决问题,以便使保温层或找平层的厚度获得完全一致,特别是在是高层建筑的设备层屋面,更加不应使用结构去找坡。13 合理的工程造价才能有合理的用于年限评价屋面透气设计否合理,主要看其防水层能否超过适当的使用价值。

早在1985年有关专家针对当时屋面防水工程中使用二毡三油沥青透气卷材中的实际情况,按照技术经济学原理分析认为:我国目前屋面防水工程中不存在着功能与成本的比值不合理的现状,即功能系数较高,而工程成本费用偏高(仅有占到总耗资的2%~3%),这样就导致屋面的轻巧年限与建筑物的寿命不相适应,以及由此带给的设计结构破旧,施工质量坚硬,屋面渗漏水相当严重,返工修理费用升高等弊病,并长年无法根治[3]。现今由于大量使用新型防水材料,并按《屋面工程技术规范》展开布防,因此上述弊病有数较小转变,但其中有一点即在实际中防水工程施作价格偏高的情况还较广泛。

殊不知,只有科学的屋面结构人组、合理的工程造价,才能保证工程质量,增加修理费用,并超过合理的用于年限。这里必需认为,虽然通过有所不同防水材料的人组与多道布防,可以缩短防水层的轻巧年限,但因缺少适当的科学试验,加之在规范中对新型防水材料的搭配仅有以道来回应,而对品种及规格不不作任何界定,忽略了防水材料的等效性,使设计工作无所适从,且给不规范的透气市场留给相当大的后遗症。与此同时,即使搭配完全相同品牌与规格的防水材料,但在结构人组上也有不少有一点揣摩的地方。

如果不掌控这方面的专业知识和非常实践经验,有时设计出有的屋面结构人组,仍约将近预期的结果。14 不应合乎可持续发展的必须就屋面工程而言,可持续发展主要是极力不必出局或领先的不合乎环保拒绝的材料,改革不科学的施工陋习,增加屋面滑作业,尽量缩短屋面透气的轻巧年限。同时在屋面结构人组时,不应考虑到屋面修理或修复的便利,增加建筑垃圾对环境的污染。2 方案较为北方某海滨城市有1幢100m低的双子座高级公寓建筑,按《屋面工程技术规范》拒绝归属于Ⅱ级透气,其防水层轻巧年限为15年,使用2道透气布防,其中理应1道卷材。

该高层塔楼屋面设计分成保温上人屋面及保温不上人屋面2种。现以保温上人屋面为事例,将原设计与改动设计方案展开较为,并明确提出了今后的建议方案。3 几点观点31 于隔年汽层如何设置于隔年汽层一般不应设置在屋面结构层之上、保温层之下,可使用卷材或涂料按1道透气作法设计。

其功能有:①制止室内水汽从钢筋混凝土屋面结构层的裂缝或缝隙中转入保温层内,以免减少屋面热工性能;②避免保温层中的积水渗透到室内,这在过去工程中并不少见,如北京毛主席纪念堂屋顶。但据《屋面工程技术规范》第433条的规定:在纬度40以北地区且室内空气湿度小于75%,或其他地区室内空气湿度长年小于80%时,保温屋面不应设置于隔年汽层。按此拒绝,高层建筑需做于隔年汽层的保温屋面就很少。实际情况是很简单的,例如整浇钢筋混凝土屋面结构层,在施工时不免有一些质量缺失,也不会再次发生01~02mm的少见施工裂缝,但才是这些细小裂缝,不仅室内水汽可以利用混凝土转入保温层内,而保温层中多余水分又不会向室内渗透到,这已沦为不争的事实。

因此在一般情况下,高层建筑的保温屋面仍宜设置于隔年汽层,但不该视作1道透气布防。在本文案例中,原设计的聚氨酯涂膜于隔年汽层置放结构及找平层上、白灰炉渣去找坡层之下,在理论上是说道得通的。这样虽然可以避免去找坡层施工时多余水分不致向室内渗水,但保温板长年置放干燥的去找坡层上,不致影响其保温性能。鉴于此,在改动设计中,将找平及于隔年汽层移到去找坡层之上是较为合理的,这样不仅符合了屋面的保温功能,而且还不利于保温板铺设在牢固、平坦的水泥砂浆找平层上。

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至于去找坡层中多余水分如何回避,一方面可在施工中尽量减少水分;另一方面可在去找坡中留设交错分列汽孔道,并将分列汽孔置放檐口向室外排泄。32 保温板铺贴工艺在屋面工程设计中,仅有标示保温板的种类和厚度是过于的,还不应说明它的铺贴工艺。例如挤迫塑聚苯乙烯保温板在外墙与屋面上,因受力情况各异理应有所不同的铺贴工艺,如出一辙外墙铺贴方法似乎不符合实际情况。

根据我们多次思索,在屋面施工时,挤迫塑聚苯乙烯保温板在水泥砂浆基面上施工,宜使用点硬或条粘法,粘合面积不少于30%。此外为了确保保温层铺贴后的整体性,避免上部水泥砂浆找平层施工后经常出现裂开,需在保温板的拼缝一处铺设200mm长的耐碱玻纤网格布,随后以专用聚合物砂浆粘合相同。

与此同时,为使透气的基层超过牢固、平坦的拒绝,考虑到此类聚苯板较薄,且强度较低(一般为01MPa),在保温板砖完了后,宜在上部覆盖面积最少20mm薄的水泥砂浆找平层,不得省略。另外在找平层施工时,应先在保温板上涂刷1道丙烯酸类专用界面剂,等潮湿后才可砖沾水泥砂浆,以利两者融合。

33 如何搭配防水材料搭配防水材料主要考虑到它的透气性和抗裂性。笔者在1994年曾对沥青透气卷材、高聚物改性沥青透气卷材、制备高分子透气卷材以及多种防水涂料展开抗冲击和不透水性试验,结果表明35mm薄的高聚物改性沥青卷材在所有采样中,其抗冲击与不透水性不仅高于各类涂膜防水层,也比12mm薄的制备高分子透气卷材类好。

这解释在透气性能上,其厚度起要求起到,尤其是通过长年考验热法施工的沥青透气卷材屋面,其透气性是毋庸置疑的。至于防水材料的抗裂性,根据基层裂开零伸延和剩粘法施工时卷材在初始裂开时有一定挤压长度的理论,得出了多种防水材料仅次于忍受的裂缝宽度。在各类透气卷材中,APP及SBS改性沥青卷材,虽然延伸率近大于制备高分子透气卷材,但因材料厚度的关系,其仅次于忍受裂缝长可约69mm,解释这类卷材屋面抗裂性较好。

通过以上分析,高层建筑的屋面防水层一般不应自由选择卷材作为主要防水材料,且不应优先使用透气性与抗裂性较好的高聚物改性沥青透气卷材。当然有一点应当特别强调,高层建筑的上人屋面,由于有饰面砖等材料力在卷材防水层上,因此可不考虑到大风起到在屋面上产生的负压力,所以在多数情况下卷材不用使用剩粘法施工。但对立面(女儿墙)以及距绿水边800mm一处、水落口周围等部位,卷材不应使用剩粘,而且粘合得越牢越好,保证屋面透气的可靠性。另须要解释,在本文案例的改动设计中,使用SBS改性沥青卷材与涂料结合的2道透气作法,不仅确保了透气的可靠性,而且有较长的轻巧年限。

较好的设计方案必需通过科学的施工工艺,才能超过优良的工程质量。为此在涂膜防水层中,不应使用二布多涂的铺贴工艺(即底涂抹网格布中涂网格布面涂,涂料涂刷次数视其成膜厚度而以定)。

在涂膜防水层中增铺耐碱玻纤网格布,其主要原因是避免基层砂浆裂开而影响涂膜透气的质量。在此基础上,卷材防水层使用空铺法施工就无后顾之忧了。空铺法铺张贴卷材,不利于抵抗屋面温度变形和避免地基不均匀分布下陷。4 体会目前透气、保温材料品种繁多,性能与适用范围各异,发展与改版速度较慢,且在多年建设中对有所不同屋面结构人组的好坏缺少系统调查与分析,这些都给广大设计人员带给诸多不便,因此屋面工程的设计质量仍然是大家议论的焦点。

如稍有不慎,将给工程质量带给隐患,并导致不必要的经济损失。笔者指出,只有通过现代科学(还包括工程实践中与试验结果)和理论分析,才能使设计方案具备科学性和可操作性。除须要不具备较高业务素质外,还理应开拓性精神和开放性的思维,以及从工程实践中大大总结经验而取得的判断能力,因此只能靠设计人员是无法胜任的。为此再度敦促,根本性建设的透气设计项目不应的组织设计、施工、材料、科研等各方面、多学科的有关专家展开科学论证,这在全国性建设规模持续加剧的今天更加有最重要的现实意义。

参考文献:[1] 叶琳昌.《屋面工程技术规范》继续执行中的几个问题.建筑防水工程渗水实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.150-159.[2] 叶琳昌.屋面防水工程温度变形计算方法与实例.建筑防水工程渗水实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.160-172.[3] 沈义,叶琳昌.论著屋面防水工程若干技术经济问题.建筑防水工程渗水实例分析[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.408-415.[4] 中国防水材料工业协会.建筑透气手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.381-382..。


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