高铁站房雨棚新型抗风揭金属屋面系统研究

范荣生 中国铁路上海局集团有限公司沪杭（沪宁）（宁杭）客专公司

1 常规建筑金属屋面现状

金属屋面作为轻型屋面系统其优点不言而喻，但是，由于其自重轻，对风十分敏感，设计、施工考虑稍有不周，极易被风掀覆，因常规做法的屋面，其抗风能力不够，在极端荷载(台风)的作用下，发生了多起金属屋面被风揭落的现象。近年来我国高速铁路迅猛发展，营业里程大幅增加，沿线建筑物金属屋面的脱落，将严重威胁高铁运营安全（见图1）。

图1 某建筑建金属屋面被风陷掀落实体图

常规金属屋面系统有咬合连接金属屋面系统、直立锁边金属屋面系统、搭接型屋面板等几种形式。

（1）咬合连接金属屋面系统：咬合式连接杜绝了屋面漏水及渗水现象的出现，将屋面板采用专门的锁边机械将屋面板与支架连接成为一个防水、抗风的整体，又无需用螺钉穿透屋面板，且在温度变化下整个屋面板系统可通过特制的连接支座使屋面板自由滑动，避免了由于温度变化屋面板伸缩引起的咬合缝发生错位而产生屋面渗漏的现象。但是这类板型是一种非紧密式咬合，通常施工质量不高，咬合连接能力较差，抗风能力较弱（见图2）。

（2）直立锁边金属屋面系统：直立锁边扣式结构屋面板表面无螺钉穿透，铝镁锰板强度高，重量轻，防腐能力极强，直立锁边铝镁锰板屋面系统配件完善，且屋面板可自由热胀冷缩，是目前市场上最先进的高档屋面板产品之一，但屋面板与支架的咬合能力不足，抗风揭能力较低，通常需要设置屋面夹具（见图3）。

图3 直立锁边金属屋面

（3）搭接型屋面板：搭接型屋面板分为低波板和高波板，低波板通过自攻螺钉直接固定于屋面檩条或附加龙骨上；高波板则通过自攻螺钉固定于屋面板支架上，支架通过紧固件（如自攻螺钉、结构铆钉或螺栓）固定于屋面檩条或附加龙骨上。对于搭接型屋面板，单块屋面彩钢板是由整张钢板机械压制而成的，其薄弱部位是在板与板的搭接处。板搭接处一般是采用板肋搭接型式，这种搭接形式是靠自攻螺钉将板搭接处与屋面檩条（附加龙骨）或支架固定，螺钉与板之间靠橡胶垫圈及耐候密封胶进行密封防水。这种连接方式存在如下缺陷：（1）由于搭接处的两层板之间没有防水措施，可能会造成渗漏，尤其是在雨量较大时，雨水可能高过板肋的高度，这时就必然会造成屋面漏水；（2）固定板的自攻螺钉也是屋面防水的薄弱点（见图4）。

图4 搭接型屋面板屋面

2 新型抗风揭金属屋面系统解析

解决金属屋面既紧密固定，又能完美变形的问题，是改善屋面系统的一个重点。

2.1 新型抗风揭金属屋面系统构造原理

（1）将屋面系统金属屋面板固定方式由板“咬”支座，设计成压板配合支座“咬”板的形式，使得屋面板的变形和固定完全的分开，进一步改进金属屋面紧密固定和完美变形方式。

（2）将点式支座和压板改进为连续通长的支座和压条，使得板的受力形式变成了整条边简支的受力状况，并使固定点的间距缩短。

（3）固定处板端经特殊加工后翻起，以使屋面板在最最不利的情况下发生破坏，但确保屋面板不发生掀落（见图5）。

图5 新型抗风揭金属屋面构造图

改进后屋面板系统的抗风能力得到极大提高。在屋面檩条的截面和间距不变的情况下，抗风能力提高50%以上。经过抗风揭试验证明，在检测设备进风量达到极限时，改进后的屋面系统依然完好无损。

2.2 新型抗风揭金属屋面系统工程材料选用及技术要求

金属屋面各类材料的选用应满足《采光顶与金属屋面技术规程》JGJ255-2012、《铝合金结构设计规范》GB50429-2007、《压型金属板工程应用技术规范》50896-2013、《冷弯薄壁型钢结构技术规范》GB50018-2002中的要求。

（1）屋面板：屋面板采用铝镁锰(3004 H36)板，肋高65 mm，板有效宽度400 mm；厚度为1 mm。面板采用氟碳辊涂，漆膜厚度正面不小于20μm；漆膜延伸率≥7%，漆膜附着力强，咬合不开裂、起皮。当屋面板选用镀铝锌钢板时，镀铝锌含量不小于60 g；肋高65 mm，板有效宽度450 mm；厚度为0.8 mm。面板采用氟碳辊涂，漆膜厚度正面不小于20μm；漆膜延伸率≥7%，漆膜附着力强，咬合不开裂、起皮。

（2）屋面檩条：屋面龙骨采用热镀锌矩形钢管，双面镀锌量≥275 g/m2。钢龙骨材质均为Q235，符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700、《低合金高强度结构钢》GB/T1591中的规定。连接均采用焊接，焊接材料采用E43系列，符合国家现行标准《碳钢焊条》GB/T5117、《低合金钢焊条》GB/T5118中的规定，焊缝为三级角焊缝。

（3）屋面板支座、压板:本屋面系统中，屋面板支座、压板采用铝合金材质（6063-T6），表面处理采用阳极氧化。

（4）屋面系统连接件:本屋面系统中，所有的紧固五金件均采用奥氏体不锈钢制品。用于檩条连接的角码（龙骨连接件）采用Q235钢板制作，表面热镀锌处理，焊接破坏处，采用环氧富锌漆修补。

2.3 屋面系统抗风揭及拉拔试验

（1）屋面系统在10.1 kPa作用下经历60 s,无任何部件产生永久变形，无任何部件破坏或脱离。10.1 kPa试验值换算为相对中国规范的风速为89.9 m/s，大于17级台风风速。

（2）支座拉拔试验，在50 kN作用下无任何部件破坏或脱离。50 kN试验值换算后的风荷载设计值为125 kPa，换算基本风压22.835＞0.65 kPa，满足设计要求。风荷载设计值换算风速为447.2 m/s，大于17级台风风速。

2.4 新型抗风揭金属屋面系统防水性能

（1）采用连续的压盖板，在屋面的过水坡一侧，屋面盖板与屋面板之间施打连续的耐候密封硅酮胶，减小渗漏的可能。

（2）采用连续板金属屋面面板和底板导水进天沟的构造，当屋面面板意外破损导致雨水渗漏，此时连续的屋面防水底板起到了重要的防水功能，接收了少量的渗漏水，并排入天沟。从而将屋面的防水性能大大提高。

（3）在屋面板于天沟处加设了防溢水胶带；以确保在100或200年一遇的瞬时降雨量超高屋面板肋的高度时，不发生渗漏情况.

3 结束语

（1）新型抗风揭金属屋面系统构造合理、抗风揭（掀）能力强、安全可靠，可以为高速铁路运营提供可靠的安全保证。

（2）屋面顶板及底板均具备防排水功能，屋面系统防水可靠。

（3）屋面系统均采用螺栓及插槽连接，整体效果好，施工质量可控。

（4）屋面板拆卸方便，易于维护更换。

（5）在上海、广州局范围特别是沿海地区工程实际应用中效果显著，工程造价略有增加。