铁路客站金属屋面的设计及施工技术

安振山

中铁建工集团有限公司 山东 青岛 266061

金属屋面因其具有强度高、质量轻、造型独特及设计灵活等特点被广泛用于火车站、机场、体育场馆等大跨度异形结构中。到20世纪末，建筑幕墙、采光顶及金属屋面的生产和使用在我国飞速发展，国外厂家和系统纷纷入驻[1]。现如今，建筑幕墙在我国已形成相对独立的体系，但采光顶及金属屋面的规范化管理还在起步阶段，直到2012年才编制出了行业标准JGJ 255—2012《采光顶及金属屋面技术规程》。为此，需要一线的设计及施工人员共同努力，积累经验及教训，完善金属屋面的体系建设，形成更多的标准规范。

1 金属屋面系统概况

济青高铁淄博北站（图1）站房建筑面积为34 471 m2，属于跨线式中型铁路客运车站，其站房屋面属于金属屋面和玻璃采光顶相结合的大型屋面系统，屋面面积约23 000 m2。金属屋面采用直立锁边咬合金属屋面系统，防水等级一级，双层防水（防水透气膜及铝镁锰合金屋面板），铝镁锰合金屋面板厚度为1 mm。

2 金属屋面设计

2.1 屋面构造

本工程金属屋面构造层自上而下分别为银灰色铝镁锰金属屋面板、防水透气膜层、保温层、吸声层、防尘层、穿孔压型钢板（图2）。保温和吸声层是密度为24 kg/m3的玻璃丝棉。

图2 金属屋面构造层

2.2 屋面防水设计

本工程金属屋面的防水核心是基于直立锁边咬合设计的特殊板型，通过咬合在檩条上的T码进行固定。该咬合构造既能消除温度、外力及结构变形等各方面造成的应力，也能通过构造防水保证雨水不进入室内。

另外，防水透气膜是一层聚氨酯材料，由于膜结构微孔尺寸仅为水滴的万分之一，意味着水滴再小也无法穿过膜，且薄膜的微孔比水蒸气分子大很多，且孔隙率很高，具有很好的透气性[2]。

2.3 易渗漏部位节点设计及优化

屋面易发生渗漏的主要位置有：屋脊与屋面连接处，采光顶、墙面与屋面连接处，屋面开孔部位，檐口、天沟部位，伸缩缝位置。因此，在施工图二次优化设计时，对原设计的屋脊和屋面连接处、采光顶与屋面连接处等部位进行针对性优化，提高防水性能，减少渗漏点。

1）对屋脊做法进行优化，消除屋脊与屋面连接处的漏水隐患，做法如图3、图4所示。将原来的屋脊处断开并加盖板和抗风夹的做法，优化设计变更为整块屋面板直接跨过屋脊，使屋面板形成一个整体构造，提高了屋面防水、抗渗性能。该做法既避免了接缝处的雨水渗漏，也减少了抗风夹的使用，避免出现风揭的问题，但因为跨过屋脊是靠屋面板的弯曲变形实现的，所以施工不善就会出现硬弯的现象。硬弯在经过一段时间的自由伸缩后，可以消除一部分，但硬弯现象严重的位置需借助外力进行敲击才能使屋脊处屋面板顺滑（图5）。同时，施工人员若长期踩踏硬弯部位，将会造成屋面板弯折破损。该方案有利有弊，需要综合衡量。但只要施工部署时做好施工工序衔接，加强过程管理，成品保护问题基本不存在。另外，直立锁边咬合金属屋面坡度不宜小于5%，以保证排水顺畅[3]，因此，为保证坡度同时避免硬弯，最高点处的2个檩托间距要适度加长，但间距太长又会造成严重存水，故需要将图纸与BIM技术相结合，搭建模型后对金属屋面进行模拟施工，从而选择最佳方案。

图3 原设计屋脊做法

图4 设计优化屋脊做法

图5 硬弯（左）与顺滑屋脊（右）

2）采光顶与屋面连接处防水做法尤其需要重视，由于本工程采光顶为梭形，收边处为弧形，故收口做法不同于普通洞口和临边的做法。本工程采光顶与屋面连接处采用屋面板收口位置铝焊泛水板配合采光顶竖向铝板的做法（图6、图7）。铝焊泛水板的做法可以很好地解决弧形收边问题，难度是铝焊接量较大，焊接质量很关键，故须对铝焊质量进行重点监控。

图6 采光顶与屋面收口做法

图7 现场采光顶与屋面收口

2.4 抗风揭设计

直立锁边金属屋面的锁边咬合部位是抗风揭性能的关键薄弱节点，但目前各规范没有关于直立锁边屋面抗风性能的明确规定[4]，主要还是需要进行抗风揭试验来验证抗风性能。

自2009年下半年以来，京沪高铁和武广客专等先后出现金属屋面风揭破损现象[5]，即使在设计等级以内的大风环境下，仍存在屋面局部破坏现象，这说明即使抗风揭试验满足要求，对于风洞实验中的薄弱位置仍需要采取必要的加固措施。

本工程通过抗风揭试验可知，屋面受负风压破坏的形式就是咬合部位的脱开而非屋面板自身的破坏，因此提高直立锁边金属屋面的抗风揭能力就是增大咬合部位的力。现在主要的抗风揭措施是采用抗风夹，这种利用抗风夹和直立锁边屋面板咬合住的T码进行机械连接的固定方式（图8），确实可以大大增加屋面的抗风揭能力[6]。

图8 抗风夹加固示意

2.5 溢流口设计

本工程排水沟两端设置溢流口，溢流口穿过立面幕墙结构至结构外。考虑到溢流管与幕墙立面铝板之间存在变形的不协调性，且采用打胶对缝隙进行封堵时易因变形出现开裂，因此考虑采用在外立面铝板上铝焊增加一块铝罩的做法（图9），既能保证间隙处不漏水，也能挡住溢流口排出的水。

图9 溢流口设计

3 施工工艺

在屋面板施工的过程中，由于本工程接驳的施工单位较多、场地有限，地面基本无加工场地可用，因此将加工平台搬至屋面上，用木跳板搭设。为避免屋面板被划伤，屋面板防护膜未撕除，但经过一段时间的风吹日晒，出现老化后，防护膜开裂且与屋面板粘连，不易撕除（图10）。吸取教训后，后续在施工完面板后的一周内撕除保护膜。

图10 屋面板防护膜老化难撕除

屋面板材质为铝镁锰合金，厚度只有1 mm，尖锐物体坠落时极易出现破损，因此屋面板施工完后尽量不要在上面行走，这就要求做好施工工序的安排。尽量保证幕墙和采光顶施工在屋面板之前完成，屋面板作为最后施工的工序。另外，天沟侧壁上部由于T码与屋面板距离很近，人员走动踩踏会造成T码固定的钻尾丝刺穿屋面板的情况，如图11所示。

图11 天沟侧壁上部屋面板踩踏变形

金属屋面系统工程量大、工序繁杂，各工种衔接、配合多，为保证工质量、降低返工率、加快施工进度，在现场施工中应坚持样板领路制度，经各方验收合格后对施工队伍进行专项交底，再展开大面积施工。

4 结语

本工程通过对原设计图纸的优化，编制可行的施工技术方案指导现场施工，使工程质量得到保证，同时满足原设计的理念要求，且抗风揭和防水性能良好，受到使用单位的较高评价。

抗风揭和防水是铁路客运车站金属屋面施工中的重要管控项目。本工程通过在屋面构造、易渗漏位置、溢流口设置及增强抗风揭性能等方面进行图纸优化，并总结出施工中遇到的问题、解决方法，旨在提高金属屋面的安装质量。施工单位应对节点设计和施工质量高度重视，尽量消除各种漏水隐患及其他质量问题，为今后金属屋面的施工积累经验。