珠海机场T2航站楼金属屋面选型与设计

汤亮，韩庆，张乐乐，桓忠雄，廖雄华

（中国建筑第二工程局有限公司华南分公司珠海机场集团有限公司，广东 珠海 519000）

1 工程概况及周边环境分析

珠海机场T2航站楼位于珠海市金湾区，总建筑面积1.91×105m2，由东、南、西三指廊及主楼4部分组成，分为地下2层、地上4层，建筑最高点40.25 m。

珠海市位于珠江口伶仃洋西岸，根据相关资料分析，珠海历年最大降雨量为2 873.9 mm，最小降雨量为1 200.9 mm，多年平均降雨量为1 950.7 mm；降雨的年内分配集中在夏季，日降雨强度可达80～150 mm；年平均风速为3.20 m/s，基本风压为0.75 kN/m2；5～10月为台风季节，其中，7～9月台风最为频繁，平均每年影响本区的台风次数为4.0次，台风登陆风力达8级以上，最大风力为2017年8月出现的14～15级超强台风“天鸽”。

2 金属屋面系统选型要点及选型分析

在满足珠海地区环境气候特点的同时，珠海机场T2航站楼金属屋面系统还需考虑良好的水密性能、海边区域的腐蚀环境和抗强台风能力，因此，该金属屋面系统应采用100年重现期的基本风压作为风压设计依据。

根据金属屋面系统选型要点，要想满足耐久、抗风、防渗漏的金属屋面系统要求，需满足以下几点：（1）面板材料强度高、质量轻；（2）面板材料及其连接部位防腐、防火性能好；（3）系统需具有很强的防水能力及抗风揭能力；（4）面板加工造型能力好，能满足屋面造型要求[1]。

针对以上特点及要求，目前，主要有颇为流行的铝镁锰直立锁边金属屋面系统和近两年来兴起的不锈钢连续焊接屋面系统可供选择，下面对以上两种金属屋面板材的密度、强度、耐腐蚀性、耐火性、防水密闭性及加工造型能力进行分析，具体如下：

铝镁锰直立锁边屋面系统：（1）面板材料密度2.73 kg/cm3，抗拉强度230～265 MPa，使用寿命约40年，3004铝镁锰合金耐火能力约600℃；（2）加工造型能力：加工长度不限，自然弧弯半径40 m以上，机械弯曲1.8 m，板平面有小肋，刚度强，弹性模量较小（7.2×104MPa），极易加工成曲线且不会反弹；（3）工艺防水性：接缝肋高65 mm且带特殊防毛细凹槽设计，最小设计坡度5%，无横向接缝，弹性模量小，加工后反弹小；（4）抗风揭性：面板与固定座固定方式为咬合固定，存在相对滑动位移，在长时间的热胀冷缩作用下，板与固定座之间的咬合力会不断降低，加大了板与固定座脱离的概率，风荷载的不断作用下板块脱离固定座的可能性急剧增加。

不锈钢连续焊接屋面系统：（1）面板材料密度7.93 kg/cm3，抗拉强度515 MPa，使用寿命长达80年，不锈钢耐火能力约1 200℃以上；（2）加工造型能力：加工长度不限，自然弧弯半径3 m以上，机械弯曲150 mm，刚度小，弯曲加工后，易受温度影响而变形，弹性模量较大（2.1×105MPa），容易在机械弯曲后反弹，对加工设备要求高；（3）工艺防水性：连续焊接密闭性好，结构防水效果可靠，没有最小坡度要求，即使水深漫过板肋高度仍然安全；（4）抗风揭性：屋面板与固定座焊接在一起，板与固定座形成一个整体，受力及力的传递明确，不锈钢焊缝的耐久性能与不锈钢板耐久性能一样持久，固定座下面钢底板之间采用2颗不锈钢自攻钉和1颗拉铆钉子固定，两种紧固件的综合使用，可以有效地增加抵抗横向剪力及纵向拉力的能力，提高了屋面板的抗风能力。

经以上分析，不锈钢连续焊接屋面板密度、强度、耐腐蚀性、耐火性、防水性、抗风揭性皆优于铝镁锰直立锁边屋面板，但在加工造型性能率方面，铝合金板略优于不锈钢板。由珠海的环境气候特征可知，沿海地区的金属屋面选择应更注重屋面系统的防水性和抗风揭性能，因此，不锈钢连续焊接金属屋面系统比铝镁锰直立锁边屋面系统更加适合沿海强台风地区。

3 金属屋面不锈钢面板分析

常用的不锈钢有奥氏体、铁素体、马氏体等。建筑中常用的不锈钢牌号主要是SUS304、SUS316、445J1、445J2等。为确保不锈钢屋面板材有效适合工程所在地的气候特点，对建筑中常用的不锈钢屋面板展开物理性能、力学性能、耐腐蚀性能及焊缝抗腐蚀性能试验，并进行对比分析。试验结果见图1～图3，表1～表2。

表2 力学性能对比

图1 不锈钢耐点蚀指数对比

图2 不锈钢母材及焊缝点蚀电位

图3 不锈钢及焊缝腐蚀率表

表1 物理性能对比

从上述图表可以看出，445J2不锈钢膨胀系数、变形、弹性模量、刚度、屈服强度、成形加工能力、耐点蚀能力均优于其他不锈钢品牌。虽然445J2不锈钢在焊接后，焊缝的点蚀电位略有下降，但即使如此，仍远强于SUS304及SUS316不锈钢，即445J2不锈钢焊缝的抗腐蚀能力比SUS316不锈钢的母材还要好，所以，445J2不锈钢是金属屋面板材料的最佳选择。

4 不锈钢连续焊接金属屋面系统设计

根据GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》，该项目金属屋面系统采用100年重现期的基本风压作为风压设计计算依据。鉴于该项目位于我国东南沿海地区，受风荷载影响较为严重，屋面系统采用抗风能力较强的0.5 mm厚445J2铁素体不锈钢连续焊接屋面系统。系统构造层次为：（1）0.5 mm厚445J2铁素体不锈钢连续焊接屋面板25/300型；（2）10 mm厚降噪隔声泡棉；（3）不锈钢连接片（带通长2 mm厚U形压件）；（4）1.5 mm厚TPO防水卷材；（5）2.5 mm厚热浸镀锌钢板；（6）100 mm厚保温岩棉；（7）0.3 mm厚PE隔气防潮膜；（8）100 mm×100 mm×4 mm厚镀锌方钢管，间距600 mm；（9）30 mm厚吸音岩棉；（10）0.8 mm厚25/820型镀锌穿孔压型钢板；（11）200 mm×100 mm×6 mm镀锌矩形钢管。

此屋面系统特点：（1）面材防腐性能强、可加工性强；（2）可连续焊接，防水性能好；（3）构造层次简洁，传力可靠；（4）施工便捷，外观效果美观。从根本上改变了金属屋面常采用的咬合连接方式，避免了屋面板与连接件锁扣不牢的现象，极大地提高了屋面的抗风揭能力，有效地保证了金属屋面的结构安全性。

5 不锈钢连续焊接金属屋面系统试验验证

为验证不锈钢连续焊接金属屋面系统安全性，对屋面系统分别进行了气密性能、水密性能、抗风揭动态测试、静态测试等试验，气密性检测结果数据为渗透率为1.033 m3/（m2·h）；水密性能检测结果为全过程测试，试件未发现渗漏，测试完成后试件无破坏、无渗漏、板面无积水。抗风揭动态试验结果为检测历时669 min，试件按标准程序进行10 800次循环加载测试后，经现场检查试件表面无损坏；抗风揭静态试验结果为按分级压力-700 Pa进行加压，保压60 s，测试历时32 min。当测试进行-16 800 Pa级荷载，压力上升至-16 646 Pa时，试件边缘及端部漏气，压力无法上升且无法保压，试件表面无破坏，无功能性损坏，试验终止。所有试验结果均表明不锈钢连续焊接金属屋面系统的各项性能指标均满足要求、安全可靠。

6 结论

本文通过对比不同金属屋面系统的多种性能参数，结合项目本身及其周边环境的特点，对珠海机场T2航站楼项目的屋面选型和设计进行了详细分析。结果表明，445J2铁素体不锈钢连续焊接金属屋面比铝镁锰直立锁边金属屋面更加适合珠海机场T2航站楼金属屋面系统。该系统具有优异的防水性、耐腐性、抗风揭性，尤其适用于沿海台风多发地区的大跨度结构。