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第六章屋顶构造设计本章的主要内容 平屋顶的排水构造 概述性问题介绍 平屋顶的防水构造 平屋顶的保温与隔热构造 坡屋顶构造 屋顶是建筑物的一个重要组成部分 是房屋最上层的覆盖构件 起承重和围护的作用 屋顶的形式是建筑造型的一个重要因素 很多大型建筑屋顶的造型就是建筑的造型 屋顶暴露在大气中 直接受自然界的影响 起着对建筑的围护作用和承重的作用 围护作用体现在 屋顶抵御大自然风 雨 雪 霜 太阳辐射等自燃因素的侵袭 承重作用是指 承受自重 即自身的重量 也称恒载 承受活动荷载 如 雨雪的荷载 风力的作用 上人活动的人的重量 屋顶花园的荷载等 第一节屋顶概述一 屋顶的类型二 屋顶材料与坡度的关系三 屋顶的组成与各组成作用 一 屋顶的类型按外形分类可分为平屋顶 坡度小于5 的屋顶 常用2 5 坡屋顶 坡度一般大于10 其它屋面 平屋顶流水别墅 平屋顶是现代建筑常见的屋顶形式 平屋顶具有其他形式所没有的好处 海阔天空 坡屋顶 重檐庑殿 圆攒尖顶 悬山顶硬山顶 歇山顶 卷棚顶 六角攒尖顶 四角攒尖顶 其他类型的屋顶 正在建筑的国家大剧院 水滴状造型 二 屋面覆盖材料与坡度的关系 坡屋顶上机平瓦 S型瓦 钢瓦 玻纤瓦 钢板瓦 压型钢板 屋顶材料与坡度的关系 屋面覆盖材料与坡度的关系 材料面积越大 坡度越小 反之相反 坡度大时 以排水为主 以堵为辅 故覆盖材料面积可以小些 坡度小时 因排水速度慢了 所以应以堵水为主 故覆盖材料面积应该大些 这就是导水和堵水的辨证关系 坡度的表达方式 三 屋顶的组成与各组成作用屋顶主要由面层 承重结构 顶棚三部分组成 屋顶暴露在大气中 直接受自然界的影响 因此要求面层所用材料应有较好围护功能 能抵御大自然风 雨 雪 霜 太阳辐射等的侵袭 并具有一定的耐久性 面层 包括防水层 保温层或隔热层等 保温或隔热层是为保证建筑物具有良好的室内环境而设置的构造层 是轻质 多孔的材料 屋顶常用的防水卷材 承重结构 屋顶承重结构用以承受屋顶得全部荷载 为保证建筑物坚固耐久 结构形式的选择应具有足够的强度和刚度 顶棚 顶棚层则根据屋顶形式及使用功能得要求采用直接式顶棚或悬吊式顶棚 构造同楼盖顶棚 例 各类型屋面构造组成 铺块材非保温上人屋顶 铺块材保温上人屋顶 非上人屋顶 非上人保温屋顶 细石混凝土复合防水 保温 非上人架空隔热保温屋面 细石混凝土复合防水 非保温 刚性防水层上的分格缝 第二节钢筋砼平屋顶排水构造 一 排水坡度的形成方式 二 排水组织方式 三 组织设计的几个要求 四 排水组织设计与表达 一 坡度形成方式平屋顶坡度形成方式有材料找坡和结构找坡两种做法 材料找坡结构找坡 1 材料找坡材料找坡是指屋面板呈水平搁置 利用轻质材料垫置而构成得一种方法 因而材料找坡又称垫置坡度 常用找坡材料有水泥炉渣 石灰炉渣等 找坡材料最薄处以不小于30mm厚为宜 材料找坡做法可获得室内的水平顶棚面 空间完整 但找坡材料增加了屋面荷载 且多费材料和人工 当屋顶坡度不大或需设保温层时广泛采用材料找坡这种做法 2 结构找坡结构找坡是指将屋面板倾斜搁置在墙体或屋面梁及屋架上的一种做法 因此结构找坡又称搁置坡度 这种做法不需在屋面上另加找坡层 具有构造简单 施工方便 节省人力和材料 减轻屋顶自重的优点 但室内顶棚面是倾斜的 不够美观 因此结构找坡常用于设有吊顶棚或室内美观要求不高的建筑工程中 幻灯片68 二 排水方式分为有组织和无组织排水两类无组织排水又称自由落水 是指屋面雨水直接从檐口落自室外地面的一种排水方式 这种做法具有结构简单 造价低廉的优点 但屋面雨水自由落下会溅湿墙面 外墙墙角常被飞溅的雨水侵蚀 影响到外墙得坚固耐久性 并可能影响人行道得交通 无组织排水方式主要适用于少雨地区或一般低层建筑 不宜用于临街建筑和高度较高得建筑 年降雨量 900MM 檐高 10米 年降雨量 900MM 檐高 8米 无组织排水 有组织排水是指屋面雨水通过排水系统 有组织地排至室外地面或地下管沟的一种排水方式 这种排水方式具有不妨碍人行交通 不易溅湿墙面的优点 因而在建筑工程中应用非常广泛 但与无组织排水相比 其构造较复杂 造价相对较高 有组织排水又分为外排水 内排水 外排水分为 女儿墙外排水 檐沟外排水 女儿墙挑檐外排水在一般情况下应尽量采用外排水方案 因为内组织雨水管穿过楼盖 易造成渗漏 内排水方式用于 多跨房屋的中间跨高层建筑寒冷地区为防水落管冰冻堵塞 可采用内排水方式 有组织排水 檐沟外排水 有组织排水 女儿墙外排水 有组织排水 女儿墙带天沟外排水 有组织排水 内排水 幻灯片68 三 屋顶排水组织设计中的几个要求排水组织设计中几个主要要求 1 平屋顶宽度 12M时可设单坡排水 否则宜采用双坡 2 排水区面积即屋顶水平投影的面积 每一根雨水管最汇水面积不宜大于200平方米 一般为150 200平方米 3 雨水管间距 18 24米 4 天沟纵坡不应小于1 天沟排水不得流经变形缝 防火墙 天沟净宽不应小于200mm 天沟上口与分水线的距离应不小于120mm5 雨水管材料有铸铁 PVC 镀锌铁皮等 目前多采用PVC管 雨水管直径一般为lOOmm 阳台专用水落管可采用75mm直径 幻灯片68 四 排水组织设计表达 1 按自上而下的投影原则将屋面的平面轮廓 檐沟或女儿墙的投影表达出来 2 用分水线按前述要求表达排水分区及水落管位置 3 用箭号表示排水方向 包括屋面及檐沟内排水方向 并标注坡度值及屋面主要控制点标高 在女儿墙外排水屋面坡度组织中 应在女儿墙与屋面交接出做泛水坡将水排至雨水口 再由雨水管直接排水 例 下面是某工程平屋面排水组织设计图 幻灯片68 第三节平屋顶防水构造一 防水材料类型1 按防水材料使用状态可分为 四大类 防水卷材类防水涂料类密封材料类刚性防水材料类等前三类为柔性防水层 特点 柔性大 抗拉伸能力强 能适应较大的温度变形和结构变形 防水卷材 卷材破坏机理分析 传统卷材防水构造层及存在的问题 1 易老化2 柔韧性差3 温度适应能力低4 抗拉能力低5 传统的防水卷材的施工都是采用热熔法 即先在建筑物表面刷一层冷底子油 待其苯溶剂充分挥发后用汽油喷灯对改性沥青卷材表面一层聚乙烯塑料膜以及改性沥青和底子油同时熔化 趁热将防水卷材粘贴于建筑物表面 这样的施工每一步都充斥着污染 冷底子油的苯溶剂挥发是第一次污染 而热熔过程中汽油喷灯燃烧汽油直接排放的污染物 聚乙烯膜和沥青熔化时排放的苯系物气体更是对施工人员和周围环境造成极大的危害 改进型防水卷材在温度适应能力 抗老化性能 力学性能等都有显著提高 且方便了施工 SBS APP改性沥青防水卷材SBS APP改性沥青防水卷材是我国目前建筑业主要使用的防水材料 既可单独采用热熔法或冷粘法施工 也可采用冷热结合法即大面积用冷粘法 搭接缝部位用热熔法进行施工 纳米改性彩色三元乙丙 补充参考资料 三元乙丙橡胶防水卷材是由乙烯 丙烯加少量第三单体共聚而成的一种饱和型弹性体 具有以下独特性能 1 优异的耐臭氧 耐天候老化性能 能长期在阳光 潮湿 寒冷的自然环境中使用 2 耐热性能优异 可在120 的环境中长期使用 最高使用温度150 3 耐化学腐蚀性能优异 4 乙丙胶具有较高的弹性和耐低温性能 最低使用温度可达 55 纳米改性彩色三元乙丙 金彩宏 牌纳米改性彩色三元乙丙 EPDM 防水卷材是应用纳米技术改造传统产品的成功范例之一 通过采用具有特殊性能的纳米材料成功的解决了取消碳黑后彩色三元乙丙橡胶的补强 抗老化及颜色的耐光色劳度等难题 并通过硫化体系的重大改进消除了橡胶固有的刺激性异味 克服了喷霜现象 从而填补了国内外在彩色三元乙丙防水卷材上的空白 同时 针对三元乙丙橡胶防水卷材自粘性较差的特性 研制了专用配套纳米改性防水密封胶粘带 该产品于2001年底通过了国家建设部科技成果评估 确认总体技术达到国内领先水平 并被评为 2002年建设部科技成果推广项目 本产品先后经国家建设局建筑防水产品质量监督中心 化学工业橡胶杂品质量监督检验中心 北京橡胶研究设计院检测 性能全面优于GB18173 1 2000硫化胶JL1类防水卷材料标准要求 是否可以有一种既没有污染 又可以替代热熔法施工 并且延长防水卷材使用寿命的粘合剂呢 2001年 经过科研人员的研究 一种用于防水卷材的沥青基冷粘合剂 YA208改性沥青防水卷材冷胶粘剂 诞生了 由于 YA208改性沥青防水卷材冷胶粘剂 是由一种结构与聚乙烯相似的高分子化合物与一些无污染的助剂等制成 因此基本上消除了对环境的污染 而且由于可以在常温 甚至低温下施工 对我国北方地区的施工带来了便利 同时延长了防水卷材的使用寿命 自2001年研制成功并投入使用以来 得到了广大客户的肯定 先后获得了 2001年香港国际专利技术博览会金牌奖 2002年建设部科技成果推广项目 绿色建材产品 北京市高新技术成果转化项目 2003年国家重点新产品计划项目 等近10项奖项 并获得国家知识产权局颁发的发明专利证书 专利号 ZL01109850 3 专利证书号 147735 2003年又获得了上海市科委重点科技攻关项目中 面向重大工程及装备用关键材料的高新技术成果转化项目 归纳 YA208改性沥青防水卷材冷胶粘剂 的特点 1 该产品是已经实施生产的专利 并且已经实现产品销售 2 该产品无污染 绿色环保 3 可在常温甚至低温下施工 适用面广 4 施工操作简便 防水涂料构造层 二布三涂或三布四涂 刚性防水层系指在建筑物砼结构层 如屋面板 上 另外增加的一道由普通细石砼防水层或防水混凝土防水层构成的防水 普通细石砼防水层 通过物理办法 如控制水灰比 骨料级配 配筋等方法制成 防水混凝土 通过化学方法 为使这些砼防水层不出现裂缝 有更好的抗渗能力 常在这道刚性防水层的砼中掺人一些膨胀剂 减水剂 防水剂等外加剂 或采用膨胀水泥等方法 这些材料本身并不能单独起防水作用 需要与砼配合使用才能起防水作用 这样一道防水层称刚性防水层 特点是构造简单 施工方便 但脆性大 对温度变化和结构变形敏感 容易产生裂缝而滲水 刚性防水层 配筋细石混凝土 刚性防水层上的分格缝 四类防水材料常见产品 2 按防水材料组成成份可分为沥青类防水材料 改性沥青类防水材料 合成高分子类防水材料 无机防水材料和有机与无机复合防水材料 二 各类防水材料主要性能对比1 防水卷材各类产品的主要性能对比 规范值 见表 2 防水涂料各类产品的主要性能对比 见表 三 防水工程设计要求1 屋面防水等级和设防要求 2 材料选择的原则 1 力学性能原则a 零变位现象当基层裂纹状态从图1变化到图2时 防水层受拉伸的伸长率Y为 Y D D 分析 当D 较小时 微小的 D的出现 都会对防水层产生较大的y 当D 更小 趋于零 即基层裂缝刚出现时的状态 y是个极限值 趋于 即此时伸长率很大 对材料的适应变形的能力要求很高 此状态称为零变位现象 b 应对措施 由于 零变位现象 的存在 对防水层产生瞬间无穷大的拉伸 所以材料的拉伸性能是至关重要的 设计时应根据地基变形程度 结构形式和振动变形等因素选择拉伸性能相适应的材料 同时采用空铺 点粘 局部加铺和降低卷材与基层粘接强度等办法 来减轻或消除零变位对防水层产生瞬间无穷大拉伸的应力传递 2 气候原则应根据当地的气候条件 选择耐热性和柔性相适应的材料 3 寿命原则应根据防水材料的暴露程度 选择耐老化性能相适应的材料 以保证材料的使用寿命 4 材料厚度的选用规定a 卷材厚度的选用规定防水等级为 级时 合成高分子防水卷材厚度不应小于1 5mm 高聚物改性沥青防水卷材厚度不宜小于3mm 防水等级为 级时 合成高分子卷材厚度不应小于1 2mm 高聚物改性沥青防水卷材厚度不应小于3mm 防水等级为 级时 合成高分子防水卷材厚度不应于小于1 2mm 复合使用时不应小于1 0mm 高聚物改性沥青卷材厚度不应小于4mm 复合使用时不应小于2mm b 涂膜厚度的规定涂膜防水层主要适用于防水等级为3级或4级的建筑 亦可用于1 2级设防中的一道防水层 沥青基防水涂膜在3级防水中单独使用时厚度不应小于8mm 在4级或复合使用时厚度不应小于4mm 高聚物改性沥青防水涂膜在级设防中单独使用时厚度不应小于3mm 复合使用时 不宜小于1 5mm 合成高分子防水涂膜在级防水中单独使用时 厚度不应小于2mm 复合使用时 不应小于1mm 3 基层找平层设计要求 1 找平层的厚度和技术要求应遵守规定 2 找平层宜设留分格缝 缝宽20mm 并嵌填密封材料 分格缝纵横最大间距为 找平层采用水泥砂浆或细石砼时 不宜大干6m 找平层采用沥青砂浆时 不宜大于4mm 3 所有转角处均应设计成圆弧圆弧半径根据不同材料分为 合成高分子卷材20mm 高聚物改性沥青卷材50mm 沥青防水卷材100 150mm 涂膜防水50mm 4 粘贴法控制跨度大于18M或基层变形较大的屋面 选用卷材防水层时 应优先采用空铺法 点粘法 条粘法 但距离屋面周边800mm内应满粘 卷材与卷材之间亦满粘 四 柔性防水层及细部构造 一 屋面防水层及细部构造1 大面积防水层施工简述1 防水卷材防水卷材目前工程上屋面防水层大多采用柔性材料 一般在找平基层上用粘结材料将防水卷材粘贴在屋面上 具体如前所述 找平层构造要求 应设置分格缝 塗膜防水屋面 即用防水材料涂刷在屋面基层上 利用涂料干燥或固化以后的不透水性来达到防水的目的 主要涂料有 氯丁胶乳沥青 焦油聚氨酯防水涂料 塑料油膏等 现以氯丁胶乳沥青为例 1 找平层先在屋面板上用1 2 5 1 3的水泥砂浆做15 20mm厚的找平层并设分格缝 分格缝宽20mm 其间距不大于6m 缝内嵌填密封材料 找平层应平整 坚实 洁净 干燥 方可作为涂料施工的基层 2 底涂层然后将稀释涂料 防水涂料0 5 1 0的离子水溶液 6 4或7 3 均匀涂布于找平层上作为底涂 干后再刷2 3度涂料 3 中涂层中涂层为加胎体增强材料的涂层 要铺贴玻纤网格布 有干铺和湿铺两种施工方法 干铺法在已干的底涂层上干铺玻纤网格布 展开后加以点粘固定 当铺过两个纵向搭接缝以后依次涂刷防水涂料2 3度 待涂层干后按上述做法铺第二层网格布 然后再涂刷l 2度涂料 干后在其表面刮涂增厚涂料 防水涂料 细砂 1 1 1 2 湿铺法在已干的底涂层上边涂防水涂料边铺贴网格布 干后再刷涂料 一布二涂的厚度通常大于2mm 二布三涂的厚度大于3mm 2 细部构造 以卷材防水为例 细部构造可分为 檐口构造 泛水构造 变形缝构造等 变形缝构造将另外介绍 这里介绍檐口构造和泛水构造 1 檐口构造A 自由落水挑檐构造 B 有组织挑檐外排水构造 C 有组织女儿墙外排水构造 D 內排水构造 2 泛水构造泛水是指高出屋面的构件与屋面交接处的构造处理 泛水带有防水与返水的含义 即应让水远离交接处排开 并作好防水构造 主要部位有 墙体与屋面交接处及管道与屋面交接处等 构造要点请同学们进行归纳 上人屋面出入口处泛水构造 第四节坡屋项的构造 一 支承型式坡屋顶常见的承重结构类型有横墙承重方式和屋架承重方式 横墙承重也称硬山搁檩 或山墙承重 是将横墙上部成三角形 在墙上布置檩条 由于檩条跨度的限制 使得山墙同距有限 因而只适用于尺寸较小的房间 屋架支承方式是指利用建筑物的墙或柱来支承屋架 在屋架上搁置檩条来承受屋面重量的一种结构方式 可取得较大的内部使用空闸 山墙支撑 屋架支撑 屋架支撑 屋架支撑 屋架支撑 椽架支撑 二 坡屋顶构造组成 一 承重结构构件型式 二 屋面面层构造 1 冷摊瓦构造2 木望板瓦屋面 现代钢筋混凝土坡屋面组成 钢筋混凝土坡屋面构造 三 坡屋面细部构造1 檐口构造 皇家落水管 皇家产品 2 泛水构造 第五节屋顶的保温与隔热在寒冷地区或有空调设备的建筑中 屋顶应做保温处理 以减少室内热损失 保证房屋的正常使用并降低能源消耗 保温构造处理的方法通常是在屋顶中增设保温层 一 保温材料类型在建筑热工设计中 一般把导热系数 值小于0 29W m k 的材料称为保温或隔热材料 保温材料多为轻质多孔材料 一般可分为以下三种类型 散料类 常用炉渣 矿渣 膨胀蛭石 膨胀珍珠岩等 整体类 是指以散料作骨料 掺入一定量的胶结材料 现场浇筑而成 如水泥炉渣 水泥膨胀蛭石 水泥膨胀珍珠岩及沥青膨胀蛭石和沥青膨胀珍珠岩等 平屋顶因屋面坡度平缓 适合将保温层放在屋面结构层上 刚性防水屋面不适宜设保温层 板块类 是指利用骨料和胶结材料由工厂制作而成的板块状材料 如加气混凝土 泡沫混凝土 膨胀蛭石 膨胀珍珠岩 泡沫塑料等块材或板材等 二 保温层的设置1 正铺法 保温层设于防水层下面由于隔汽层的设置 保温层成为封闭状态 施工时保温层和找干层中残留的水分无法散发出去 在太阳照射下水分汽化成水蒸气使体积膨胀 若水蒸气不排除会造成防水层鼓泡破裂 因此常在保温层中设排汽道 排气道内用大粒径炉渣填塞 找平层在相应位置留槽作排汽道 并在整个屋面纵横贯通 排气道上口干铺一油毡条 用玛蹄脂单边点贴覆盖 水蒸气经排汽道白通风帽排出 排气道应与大气连通的排气孔相通 如图是几种排气孔的做法示意 排气孔的数量应按基层的潮湿程度确定 一般36m2设置一个排气孔 倒铺法倒铺法是将保温层设置在防水层之上 形成敞露式保温层的一种屋面做法 三 隔热构造我国南方地区 长江流域属于夏热冬冷和夏热冬暖地区 夏季气温高 湿度大 属于典型的湿热气候 在这些地区 建筑物的防热能力直接影响到室内的舒适程度 2 屋面隔热在气候炎热地区 夏季太阳辐射热使屋顶温度剧烈升高 为减少传进室内的热量和降低室内的温度 屋顶应采取隔热降温措施 屋顶隔热措施通常有以下几种方式 1 通风隔热屋面通风隔热屋面是指在屋顶中设置通风间层 使上层表面起着遮挡阳光的作用 利用风压和热压作用把间层中的热空气不断带走 以减少传到室内的热量 从而达到隔热降温的目的 通风隔热屋面一般有架空通风隔热屋面和顶棚通风隔热屋面两种做法 架空通风隔热屋面 通风层设在防水层之上 其做法很多 图6 35为架空通风隔热屋面构造 其中以架空预制板或大阶砖最为常见 架空通风隔热层设计应满足以下要求 架空层应有适当的净高 一般以180 240mm为宜 架空层周边设置一定数量的通风孔 以利于空气流通 当女儿墙不宜开设通风孔雀时 应距女儿墙500mm范围内不铺架空板 隔热板的支点可做成砖垄墙或砖墩 间距视隔热板的尺寸而定 顶棚通风隔热屋面 这种做法是利用顶棚与屋顶之间的空间作隔热层 图为顶棚通风隔热屋面示意 顶棚通风隔热层设计应满足以下要求 顶棚通风层应有足够的净空高度 一般为500mm左右 需设置一定