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从失效屋面的翻新看系统设计在单层屋面工程中的重要性张锋，张建伟，贾志军（天津滨海澳泰防水材料有限公司，天津 300475）摘要：分析了天津一工业厂房轻钢屋面采用 pvc 卷材单层屋面系统过早失效的原因，介绍了采用 tpo 卷材机械固定单层屋面系统进行整体翻新的屋面构造与细部节点设计及其施工工艺，指出只有将单层屋面作为一个系统来设计与施 工，才能确保其工程质量。关键词：轻钢屋面；单层屋面；pvc 卷材；tpo 卷材；屋面翻新；系统设计文章编号：1007-497x（2013）150034-05中图分类号：tu231；tu745文献标识码：bimportance of system design in single ply roofing project fromthe aspect of recondition of failed roofingzhang feng，zhang jianwei，jia zhijun（tianjin binhai otai waterproof materials co., ltd., tianjin 300475, china）abstract: the article analyses the reasons for the premature failure of an industrial buildings lightweight steel roofing intianjin, which adopted pvc membrane in single ply roofing system. it also introduces the roof structure, details design and construction technology for the overall retrofitting of single ply roofing systems by tpo membrane and mechanically fastened method. moreover, it points out that the project quality can be insured only when the single ply roofing is designed and constructed as a system.key words: lightweight steel roofing; single ply roofing pvc membrane; tpo membrane; roofing reconditioning; systemdesigning1工程概况天津起重设备有限公司始建于 1953 年，是中国 第一台钢丝绳电动葫芦和第一台电动单梁起重机的 诞生工厂，其产品广泛应用于国防、核电、航空、航天、 汽车、冶金、石油、化工、机械、能源、电力、运输等国计 民生重要部门。2009 年，顺应天津市工业东移的要 求，公司投资 4 亿元在滨海新区建立了新的生产基 地，厂区占地 10 万 m2，建筑面积 6.7 万 m2。收稿日期：2013-05-09作者简介：张锋，男，1971 年生，天津滨海澳泰防水材料有限公 司副总经理。联系地址：300475 天津经济技术开发区西区中南三街 99 号。该生产基地的主厂房建筑为门式大跨度钢架结构，为不等高、不等跨的压型钢板双坡屋面，屋面坡度3，分布着 60 个采光窗和 60 个风机，根据建筑物荷 载规范要求属于 b 类地形。原屋面防水采用单层柔 性屋面系统，0.8 mm 的压型钢板上铺设 0.3 mm 厚 的隔汽层，再铺设 xps 保温材料，最上层防水材料为1.5 mm 厚匀质背衬型（l）pvc 防水卷材，采用传统机 械固定法施工（图 1）。仅仅过了 4 年，该屋面系统最上层的 pvc 卷材 就出现了严重的老化开裂与破损现象，从而导致屋面 出现不同程度渗漏,影响到室内正常生产作业，整个屋面防水系统基本上已失效（图 2）。34cbw-roofing engineering 2013.151.5 厚 pvc 防水卷材 传统有穿孔保温层机械固定件0.3 厚 pe 膜隔汽层0.8 厚压型钢板 热风焊接保温层固定件屋面檩条图 1 原屋面系统构造图 2 屋面系统破损严重、基本失效图 3 卷材抗撕裂强度不够与固定件设计不到位 导致屋面系统抗风揭力严重不足单层卷材屋面剂存在自然迁移的特性，苯类、油类物质等外部因素会加速增塑剂的迁移，缩短 pvc 防水卷材的寿命。因 此，作为保温层的聚苯乙烯挤塑板（xps）和 pvc 卷 材是不相容的，二者之间应铺设无纺布隔离层（一般 规格为 130 g/m2）。该项目由于选用了背衬型 pvc 卷 材，xps 保温层和 pvc 卷材之间就没有再设置隔离 层。但目前市场上的背衬型 pvc 卷材所复合的无纺 布的克重和厚度没有统一规定，因此项目中使用的背 衬型卷材的无纺布复合层是否能起到隔离作用，值得 推敲。2.4二次施工设计不够缜密 从现场勘察来看，表层卷材沿着固定钉外侧、焊缝内侧纵向断裂严重，说明风揭力纵向集中在焊缝内 侧（图 3）。有穿孔机械固定法是线性固定，卷材中间 部分空铺，在负风压作用下，卷材鼓起，对卷材的扯裂自然集中在焊缝内侧。如果是织物内增强的卷材，聚酯纤维网将起到一定的加强作用。该项目既然选用匀 质背衬型卷材，应该考虑卷材的断裂延伸率因素后在 设计时进行更严密的风荷载计算，以缩小固定间距予 以应对，事实上该项目设计时并未做到这一点。另外， 保温板的固定也没经过科学计算，部分钉子打在波谷 部位，未固定在压型钢板上。而固定件的选择同样欠 佳，部分钉子锈蚀严重。2屋面过早失效原因分析2.1防水材料的质量是首要问题目前应用于单层卷材屋面系统的防水卷材主要 有 tpo、pvc、epdm 三大类，不同的材料在性能上各 有长短，但对同种材料来说产品品质是关键。pvc 防 水卷材国内市场较为混乱，各企业配方各异，材料质 量参差不齐。根据 gb 129522011聚氯乙烯（pvc) 防水卷材）的要求，pvc 卷材应该具有优异的耐老化 性能，但从该项目来看，竣工 4 年多、尚不到 5 年就出 现防水层大面积老化开裂，其材料质量值得怀疑。2.2 防水材料选型有失妥当gb 506932011坡屋面工程技术规范要求： “采用机械固定法铺设时，应选用具有织物内增强的 产品”，以保证材料足够的力学性能，提升其尺寸稳定 性和抗撕裂性能。但由于该项目建设时国内尚无相关的技术规范作约束，导致匀质背衬型 pvc 卷材也被设计用在了此单层屋面防水卷材机械固定系统中，其 抗风揭和抗撕裂效果难以保证。2.3 隔离层的设计值得商榷pvc 防水卷材在配方构成中含有增塑剂，增塑2.5 细部处理不够精细该项目屋面分布着 60 个风机口、60 个采光窗， 细部节点众多，对屋面施工是极大的考验。但从现场 来看，该工程出屋面部分防水处理简单粗糙，在阴阳 角部位存在肉眼可见的针眼缝，稍加用力即可揭开。201315 中国建筑防水屋面工程 35图 4 采光板设计不科学使其与基座连接处成为渗漏源单层卷材屋面经过多次维修，卷材已经失去了可焊性。为解决漏水问题，局部维修采用其他材料粘结，和原卷材没有相 容性，这些都是导致局部维修总是不能解决渗漏问题 的根源。2.6 相关作业一体化配合欠缺屋面工程是一项系统工程，钢板、隔汽、保温、防 水、落水、采光、排风等不同作业应该协调配合，有效 衔接。该屋面采用的是波形 frp 采光板，在左右边和 上端均有扣板锁定，下端无扣板。采光板长度不够，下 端没有探出天窗基座下面，而是搭在基座中间，造成 雨水从采光板和基座缝隙中倒吸（图 4）。料有限公司生产的“otai”牌内增强型热塑性聚烯烃（tpo）防水卷材。材料选择和屋面翻新方案通过了中 国建筑防水协会专家的论证，并得到了业主的肯定。 tpo 防水卷材耐老化指标大大优于其他防水材料， 聚酯纤维增强网又提升了卷材的抗撕裂性能，可以更 好地应对项目处于沿海地区可能面临的风揭力作用。3.2固定工法 施工单位首先推荐的是无穿孔机械固定法，因为该工法固定点为网状分布，可使风荷均匀分布；同时 推荐在挤塑板上铺设水泥压力板，一是保持屋面平整 美观，二是提高屋面系统的防火等级。但由于维修工程投资额的考量，业主最终没能选择防火板设计；同时为避免无穿孔焊接机电磁加热对挤塑板的影响，卷 材固定按有穿孔的机械固定法施工。3.3固定点布局根据 gb 500092012 建筑结构荷载规范，重 新进行了加密区的确定和固定点的布局，加密区钉子 间距为 25 cm，非加密区钉子间距为 38 cm。在实际施工中，结合压型钢板 yx35-125-750 板型，现场微调为加密区隔一个波峰 （两峰间距 12.5 cm） 布一个钉 子，非加密区隔两个波峰（37.5 cm）布一个钉子。3.4细部处理3.4.1采光带处理采光带处，tpo 卷材上翻包覆天窗基座，扣上扣 板，在下端用发泡聚氨酯封堵波形板和基座之间的缝 隙，然后用金属屋面专用丙烯酯涂料涂刷覆盖 （图5）。3.4.2风机等出屋面设备节点处理 风机等出屋面设备处，卷材上翻包覆基座，收口用压条固定，压条上用硅酮胶密封（图 6）。3.4.3天沟处理 天沟处理，首先拆除原防水层、保温层，经检查发现基层及保温层大量积水（是导致保温板失去保温效 果的原因），基层钢板锈蚀。经与业主方协调，同意增加基层钢板除锈及更换天沟保温板工序 。天沟处做法见图 7。2.7 临时维修补救措施草率现场可见防水失效后的维修措施：屋面整体用塑 料薄膜覆盖，固定薄膜的却是钉子、垫片及万能胶。钉 子穿透薄膜和原有卷材，形成新的漏点；胶粘剂对保 温板有腐蚀作用；塑料薄膜不耐阳光紫外线照射，老 化迅速。局部地方有新的卷材维修，用胶粘结在原有 卷材上面，但手指探入后能轻松揭开，说明粘结质量 存在问题。由于以上种种原因，最终导致此厂房屋面防水完 全失效。因为是双坡屋面，漏水尤其集中在天沟部位， 车间内，屋面天沟正下方的暖气上面，用脸盆和塑料 桶盛接雨水，数控机床覆盖着塑料薄膜，电阻箱下部 泡着水，部分设备不得不用木方子垫起，地上积水成 镜像效果，屋面渗漏已严重影响了企业的生产活动。3维修方案3.1防水材料选择天津澳克兰防水工程有限公司承担了此项目的 屋面维修，向业主单位推荐使用天津滨海澳泰防水材36cbw-roofing engineering 2013.15泛水板固定螺钉 附加檩条用自攻钉固定（图 8）。压条及固定钉00 热风焊接2保温层 tpo 卷材 150采光板tpo 卷材2u 型压条屋面防火板0.3 厚 pe 隔汽层及固定钉屋面保温层 封胶带1u 型压条0.8 厚压型钢板及固定钉pe 隔汽层屋面檩条密封热风焊接压型钢板胶带天沟预制钢保温层固 支架板天沟定垫片图 5 采光带处做法钢柱屋面梁 泛水板收口密 防火板tpo收口密封胶封胶卷材收口压条及固定钉xps 保温板 收口压条u 型压条及固定钉1及固定件2热风焊接150图 8 女儿墙檐沟处做法屋面防火板 tpo 卷材屋面保温层3.4.5山墙节点处理0.3 厚 pe 隔汽层山墙处的处理方法：将卷材与墙板一同固定于横 檩位置，为防止根部卷材与墙板长期摩擦导致磨损，0.8 厚压型钢板在山墙根部增加一道卷材附加层（图 9）。墙面保温层图 6 风机等出屋面设备节点做法自攻钉墙面板泡沫封堵 屋面檩条热风焊接u 型压条及固定钉泛水板u 型压条及固定钉tpo 卷材屋面保温层热风焊接tpo 卷材 收口压条2000.3 厚 pe 隔汽层及固定钉屋面保温层保温层固定垫0.8 厚压型钢板 片及固定钉封胶带屋面檩条0.3 厚 pe 隔汽层收边加强板收边加0.8 厚压型钢板钢柱屋面梁强板屋面檩条图 7 天沟处做法单层卷材屋面图 9 山墙处做法3.4.4女儿墙檐沟处理女儿墙檐沟处，更换保温板，对基层除锈后涂刷 防锈漆。针对收口部位基层作业空间有限的特殊情 况，将卷材上翻至女儿墙中部横檩位置连同墙板一起3.4.6屋脊节点处理屋脊处的处理方法：卷材从两坡抵屋脊处收口， 在屋脊中间保温板拼缝处加聚乙烯泡沫棒，在泡沫棒201315 中国建筑防水屋面工程 37屋脊中心线650pe 泡沫棒 热风焊接 u 型压条聚氨酯tpo 卷材 及固定钉发泡屋面保温层0.3 厚 pe 隔汽层0.8 厚压型钢板 屋面檩条屋脊底板, 材质、密度同压型钢板 屋面梁图 10 屋脊处做法图 11 屋面改造后效果单层卷材屋面上加焊 30 cm 宽卷材，以应对外力作用下屋脊的伸缩变形（图 10）。个设定值应做拉拔实验，否则，固定件容易拉脱；板型选择应考虑波谷开口宽度和波峰宽度，以避免保温板 铺设时踩踏下陷。其次，隔汽膜必不可少，以防止冷凝的产生，同时隔断保温板上下贯通缝，均匀分散风荷载。第三，保温板应错缝拼装，根据保温板类型决定 是否选择防火板层次。第四，应根据保温板和防水材料类型决定是否选择隔离层。第五，防水层方面，防水材料的质量和类型应为 首要因素；设计时应合理计算荷载，确定合理的固定 件布局；运用 u 型压条、收口压条做好收口处理；运 用预制件做好阴阳角、出屋面管、设备基座、采光窗等 异型部位的处理。最后，整体把控屋面工程相关作业，对屋面基础、 隔汽、保温、防水、排水、落水材料的选择和施工综合 考量，确保屋面工程相关环节协调统一，唯有如此，才 能保证屋面工程的整体有效。在欧美国家，早已推行整个屋面工程的整体承包 和一体化施工，实行屋面工程保证期制度。我国单层 屋面工程的发展方兴未艾，规范正在完善,