某网架结构屋面防水工程事故的研究

□□ 龚 杰

(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510640)

工程应用

某网架结构屋面防水工程事故的研究

□□ 龚 杰

(广东省建筑科学研究院集团股份有限公司，广东 广州 510640)

目前国内对钢结构的研究主要集中在主体安全性、节点可靠性等方面，而对于钢结构屋面防水的研究较少，部分钢结构屋面防水工程的做法依然沿用普通混凝土结构屋面的防水处理方法，导致工程质量事故屡有发生。通过对某曲面网架结构的屋面防水工程事故的原因分析，总结出一些经验，供参考。

防水工程；屋面；网架结构；曲面；钢结构

引言

钢结构具有良好的抗震性能和材料特性，符合建筑工程向绿色低碳、模块化生产的发展趋势，有着极佳的发展前景。目前，国内对钢结构设计、施工方面的研究很多，大多集中在强度、抗震、焊接等涉及到安全性的技术层面，而对钢结构屋面的防水研究并不多。本文通过对某钢结构网架的防水工程质量事故进行分析，总结出一些经验，以期为同类型工程提供参考。

1 工程概况

某体育馆屋面为6个尖顶对称的马鞍曲面网架结构(见图1)，面铺彩钢板并采用沥青嵌缝，展开面积约7 000 m2。该建筑物于1993年设计施工，竣工后一直正常使用。2008年由于屋面彩钢板接缝处严重漏水进行过一次全面的维修，维修方案是在屋面彩钢板上涂JS防水涂料，然后铺设PVC防水卷材对整个屋面进行覆盖，卷材之间的拼缝采用热风焊接。维修施工完成后使用效果良好，未出现漏水，但2014年开始陆续出现多处渗水，严重影响到体育馆的使用。

图1 体育馆外观

2 现场情况

现场勘查情况显示：①整个屋面的卷材明显分为两个区域(见图2)，西边区域为灰白色，该区域卷材外观基本完整，卷材间的连接焊缝完好；另一边呈现褐色，该区域的卷材出现大量的小破洞(见图3)，部分卷材接缝处出现了裂缝。②每个双曲屋面的“谷”处均出现了严重的卷材空鼓现象。③根据使用单位的描述，出现渗水的区域多集中在褐色屋面区域的“谷”处。④屋面四周天沟的排水管洞口有多处出现堵塞现象。

图2 屋面卷材现状

图3 卷材细小破洞

3 原因分析

通过查阅资料看出，体育馆屋面的网架结构于1993年施工时采用了一系列在当时很超前的设计理念，如超大跨度、空间曲面网架、预应力钢索，未组织竣工验收。故在维修施工时甲方一再强调不能增加屋面荷载，最后选用了铺单层PVC卷材的方法，且卷材没有做保护层，直接暴露在室外。

PVC防水卷材是一种防水工程常用的高分子卷材，具有拉伸强度高、伸长率好、热尺寸变化率小等物理特性，且具有耐老化、耐紫外线照射、耐化学腐蚀等特点。该工程在维修时业主已经考虑到卷材不做保护层可能带来的耐久性问题，故要求施工单位提供了材料能够在室外条件下正常使用十年的保证书，但是屋面防水最后仍然出现了问题。经多方研究，我们判断屋面出现漏水问题的主要原因有以下几点：

(1)维修施工结束后，2010年使用单位在网架上弦杆紧贴彩钢板的位置增加了隔音棉层(见图4)，由于钢材的导热系数大，屋面彩钢板在秋冬季节室内外温差大时会出现室内结露现象。网架所处的顶部四周围蔽通风条件差，露水无法及时风干，隔音棉层吸水会加重屋面荷载，造成屋面网架变形。且由于网架面积非常大，自身的热胀冷缩效应也非常明显。屋面原有的沥青嵌缝材料经过20多年的使用已经老化变脆，因此彩钢板之间的拼缝在长期的变形影响下出现裂缝就不可避免。我们在屋面发现卷材普遍出现网格状的锈迹，均为卷材下面的彩钢板拼缝处出现锈蚀由内至外渗出造成。

(2)维修采用的PVC卷材是少数几种适用于直接露天铺设的防水卷材，但露天环境对卷材的影响很难量化，特别是近几年温差大、气候异常、环境污染严重等导致的高温天气增加、紫外线增强、酸雨、冰雹等不可预估的因素，对卷材的使用寿命影响很大。对于屋面卷材出现的明显“分区”，我们在切割开卷材之后发现，灰白色区域的卷材手感柔软，断面层次清晰，所覆盖彩钢板基本完好，表面的防护涂层正常，刮开可见明显的金属光泽(见图5)。而褐色区域的卷材手感明显偏硬，彩钢板锈蚀严重，卷材与彩钢板的接触面潮湿，板面有明显的褐色锈水(见图6)。可以判断，这两个区域采用的是两种不同型号的PVC卷材，但由于施工完成时在外观上没有区别，施工单位和业主单位当时均未发觉。在后续使用中，有一部分卷材老化速度过快，导致尚未达到使用年限就出现了破损，雨水直接流进卷材内层，且由于卷材覆盖很难干燥，导致了彩钢板的锈蚀。而彩钢板锈蚀又会引起卷材的粘贴失效，加速了卷材老化，造成了恶性循环。

图4 网架底新增隔音棉

图5 屋面板现状(区域一)

图6 屋面板现状(区域二)

(3)该工程屋面造型独特，但屋面存在明显的“峰”与“谷”，会出现较大幅度的变形，而卷材是粘贴在彩钢板上，随着屋面的变形“峰”处卷材受到的拉力变化较大，长期作用必然会造成与彩钢板“剥离”，或直接将卷材撕裂。而“谷”处的卷材受拉极易导致卷材空鼓，致使卷材下存水。我们在屋面看到的卷材开裂和空鼓，也验证了这一判断。

综上所述，屋面有部分区域所铺设的卷材质量不合格，材料老化速度过快，该区域的卷材出现了大量的破损。雨水流入内层导致彩钢板锈蚀，而锈蚀又加速了卷材的老化，形成恶性循环。另外，该屋面钢结构网架虽造型独特，但使用过程中变形较大，导致彩钢板拼缝出现开裂，且间接导致了粘贴的卷材出现空鼓、开裂等现象，由于多重因素的综合作用，最终导致了屋面漏水。

4 结论

4.1 对于大面积的不规则曲面钢结构屋面，由于热胀冷缩效应明显及应力集中问题，不适合采用卷材满铺的方式进行防水处理。满铺易导致卷材空鼓、开裂，且出现破损后内层存水，极易导致钢板大面积锈蚀，检修难度大。

4.2 钢结构屋面均有自防水系统，漏水一般出现在拼缝处，只要能把拼缝处理好，屋面防水就不会出现问题。目前有很多专门处理拼缝的防水涂料，只对拼缝进行局部处理，就能达到很好的防水效果，而且工程量小、造价低，维护也方便。

4.3 普通PVC防水卷材在露天环境下的耐久性较差，若钢结构屋面一定要使用卷材，可采用带铝箔的自粘防水卷材，经实际工程验证，其耐久性更好。

[1] 徐劝业，张海狮.浅析PVC防水卷材在钢结构屋面的施工应用[J].建筑，2011(15)：75.

[2] 刘兴杰，王勇刚.浅谈卷材防水屋面系统在钢结构建筑中的研究与应用[J].中外企业家，2012(1)：174-175.

[3] 赵海涛.钢结构屋面专用防水体系[J].中国建筑防水，2010(15)：41-44.

[4] 胡骏.防水工程设计与选材的一些基本原则[J].中国建筑防水，2014(22)：15-22.

(编辑 盛晋生)

Accident of Roof Waterproof Engineering of a Grid Structure

Gong Jie

(Guangdong Provincial Academy of Building Research Group Co.，Ltd.，Guangzhou，Guangdong，510640，China)

The current domestic study of steel structure is mainly concentrated in main structure safety，structure node reliability，and so on，yet lesser in roof waterproof. Part of roof waterproof engineering of steel structure still employs ordinary concrete structure method and quality accidents occur frequently.This paper analyzes the roof waterproof accident of a grid structure and puts forward some experiences.

waterproof engineering；roof；grid structure；curved surface；steel structure

1009-9441(2015)05-0021-03

TU 761.1；TU 231

A

龚杰(1987- )，男，湖北江陵人，工程师，2004年7月毕业于湖南科技大学土木工程学院，现从事建筑物改造及加固设计与施工方面的工作。

2015-09-01