金属屋面是一种常见的建筑材料，具有重量轻、强度高、耐腐蚀、易加工等优点，因此在越来越多的大跨度建筑结构中得到了广泛应用。通常来说，金属屋面在建筑结构中发挥着重要的作用，其中的每一个环节都关系整个工程能否正常使用，所以在金属屋面施工过程中需要格外关注这些关键技术的质量。

金属屋面在服役期间经常处于恶劣环境下，如风荷载作用下，长期暴露在空气中，承受风、雨、雪等自然环境的侵蚀和损伤。在这种交替变换的动力荷载作用下，极有可能导致结构出现风揭破坏和渗漏问题等，严重威胁建筑物的结构稳定性和使用安全性。

尽管金属屋面系统已经在我国的工业和商业建筑中得到了广泛的应用，但是由于其特殊的构造形式和复杂的施工过程常会导致其在使用过程中出现一些问题，例如屋面风揭破坏和渗漏等。针对这些严重影响金属屋面系统的问题，已经引起了专家学者的广泛关注，从之前的调查研究不难发现，业内已在这些课题上做了很多的工作，也取得了丰硕的成果。然而，随着现在建筑形式的多样化，越来越多的新问题不断涌现，对金属屋面的防风揭和防渗漏技术需求也越来越高。因此直立锁边金属屋面的防风揭和防渗漏施工创新技术就成为一个热门课题，有必要对其进行更加全面深入的研究。

1、工程概况

厦门国际博览中心–会议中心工程屋面借鉴当地闽南建筑风格，为单轴对称的双脊双曲波浪形双层金属屋面，屋脊两端设置有悬鱼附属钢结构，南面为观海窗口。金属屋面系统结构形式：主体为钢框架（钢筋混凝土柱+钢桁架）结构形式，仓库为门式框架+钢桁架结构形式，楼板为钢板+混凝土的组合形式，包括双层金属屋面系统及单层采光顶系统、排水天沟系统、檐沟系统、防坠落系统、铝板檐口与排水沟交接处理节点等。

会议中心位于厦门市翔安区新店镇刘五店片区滨海东大道与翔安隧道交叉口西南侧，是厦门东部体育会展新城的沿海核心地带。项目占地总面积为107 439.318 m2，建筑采用地上4层、地下1层。地上各层功能均为会议中心配套用房、地下为车库、餐厅、库房和设备用房等。项目总建筑面积为23.11万m2，地上建筑面积约16.9万m2，建筑高度达68.55 m，最大跨度为81 m，属于一类高层建筑结构。

2、抗风揭以及防渗漏构造措施探讨

2.1金属屋面风揭破坏探讨

随着当前屋面使用类型的增多及不同建筑构造要求，屋面在服役过程中出现了各种各样的工程问题。作为轻质不连续且大面积形式的金属屋面结构，抗风揭问题尤为突出。通过调查分析大量的金属屋面风揭事故发现，金属屋面的屋面板与固定支座的连接处最容易出现脱扣、撕裂及严重的鼓曲变形，致使屋面出现一系列的风揭破坏现象。

金属屋面受风作用特点是受力分布均匀、局部应力集中于支承点和连接点附近，如果屋面荷载超过其承受能力，会引起屋面失稳，导致屋面倒塌，对人身和财产安全造成威胁。因此有必要深入探究金属屋面系统的抗风受力机理，提出相应的改进措施，提高其抗风承载力。图1为金属屋面典型的风荷载传力途径。

图1屋面风荷载传力路径

金属屋面抗风力学性能分析，主要包括以下几点。

(1）受力特点。金属屋面在风荷载作用下受到的主要荷载分为气压力、摩擦力和吸力。其中，气压力主要作用于屋面顶板，摩擦力主要作用于屋面和风之间的摩擦面，吸力则主要作用于屋面底板。当风速较高时，屋面上的压力和吸力将会增大，而摩擦力基本保持不变。因此，金属屋面在强风环境下主要处于压弯和弯扭的复合应力状态。

(2）失稳形态。金属屋面在强风环境下会出现多种失稳形态，主要包括局部压屈、整体屈曲和局部剪切破坏等，其中整体屈曲是最常见的失稳形态。

(3）影响因素。金属屋面抗风性能受到多种因素的影响，主要包括屋面形式、材料和构造设计、连接和支撑系统、屋面荷载大小等。其中，屋面荷载和屋面板的连接支撑形式是最主要的影响因素。

2.2金属屋面渗漏设计探讨

金属屋面一般用于大型公共建筑中，其屋面面积较大，整体性较差，屋面板之间的连接构造复杂。这导致了金属屋面不断出现渗漏问题，尤其是在强降雨地区更为突出。屋面设计防水构造对于屋面防渗漏的作用至关重要，按照GB 50345—2012《屋面工程技术规范》，设计不同的防水等级。对于金属板屋面而言，造成防水工程渗漏的原因有多种，其中构造与材料选用不合理是造成金属屋面渗漏主要的原因。

针对屋面渗漏最主要的两个原因，首先从材料选择出发。研究发现，当前金属屋面工程中防水卷材使用最广泛的三种材料分别是：自粘性改性沥青防水卷材、聚氯乙烯（PVC）防水卷材及热塑性聚烯烃（TPO）防水卷材。表1针对当前使用最广泛的金属屋面防水材料固定方式、材料的规格等进行统计分析。

表1常见防水材料统计分析

选择金属屋面的防水材料要注意以下两个方面。一方面，防水材料要具有良好的延展性和变性能力，以适应金属屋面这种热膨胀系数较大的材料在温度荷载下的大幅度形变。另一方面，由于金属屋面传热较快，防水材料不仅要耐高温防止材料老化发生，而且还要适应严寒天气的较低温度。实际中根据工程因地制宜，选择合适的屋面防水材料。根据GB 50345—2012《屋面工程技术规范》相关规定，本项目金属屋面的防水等级设计为Ⅰ级。

3、金属屋面防风施工技术

3.1金属屋面防风设计构造

直立锁边金属屋面在国内机场航站楼、大型会展中心及体育场馆的使用中曾发生过被风吹起的现象。对于当前使用较为广泛的直立锁边金属屋面系统，有很多研究者提出了一些抗风加强优化的措施，总体上总结为以下5点：加强处理，应确保重点区域、兼顾一般区域；屋面板的强度及与固定支座咬合部位的实际强度，宜通过实物抗风揭的试验确定；工程破坏案例及验算与短板效应，提高金属屋面板与固定支座咬合部位的强度，公式（1）；屋面板不同区域与固定支座咬合部位加强的程度，可通过抗风揭试验来确定；避免屋面板板头出现撕纸类似的破坏连锁效应。

式中：F为屋面系统最薄弱部分的承载力，k N;F1为支座处的锁缝极限承载能力，k N;F2为非支座处锁缝的极限承载能力，k N;F3为固定支座的极限承载能力，k N;F4为连接紧固件的极限承载能力，k N。

3.2金属屋面抗风设计原则

3.2.1减小屋面荷载

减小屋面荷载是提高金属屋面抗风性能的关键因素。具体措施包括优化屋面形式、减小屋面结构重量、降低屋面高度及合理设计屋面排水系统等。

3.2.2增强抗风连接和支撑系统

金属屋面抗风性能的提高离不开抗风连接和支撑系统的强度和稳定性。具体措施包括增强连接件的连通性、选择合适的连接方式、增加支撑点等。

3.2.3合理选用材料和构造

选择适当的材料和构造对于提高金属屋面抗风性能至关重要。具体措施包括选择质量优良、强度高的金属材料，设计合理的支撑结构等。

3.3金属屋面抗风揭措施

厦门国际博览中心会议中心屋面系统构造多达9层，构造层整体高度约850～1 000 mm，屋脊造型高出结构层最高处达31 m，檐口屋面出挑下部立面最远达6 m，屋面表面曲率最大超1/22，同时要求按百年一遇基本风压取值，使整体屋面设计复杂化。安装过程中既要保证整体线形符合设计方案，又要达到抗风揭、防渗漏的质量要求，施工难度大。

金属屋面设计时，先由设计单位结合百年一遇基本风压取值与屋面复杂造型进行风洞试验，形成各测点在所有风向角中的最不利正负风压图，选取图中每个区域最具代表性的风压数值进行分析，作为屋面系统各部件设计依据。然后分析风洞试验结果中的风压数值分布，划分出边区、角区、大面积区等分区的位置和面积，同时确定各分区的最不利正负风压特征值；再根据特征值进行各分区的主次檩条截面、间距、紧固件连接、面板、夹具、檐口及屋脊等强度计算。最后依据深化图纸制作实体模型，进行动态与静态抗风揭试验验证。

本工程在施工过程中遇到了以下问题，如图2所示：由于安装固定座的间距或角度存在误差，锁边机不容易操作的边角部位都会导致屋面板锁边不完全，这些部位将是抗负风压最薄弱的位置，且一旦有风灌入将会产生应力集中现象，就很有可能会被风掀开。遇强风时从檐口处被风掀翻或吹裂。由于檐口部位风压较大，在固定镀锌钢固定座时，若螺钉固定数量不足，导致固定支座的抗拔力减弱从而被拔起。

图2屋面板施工中易出现问题

(a）锁边不完全；（b）固定座抗拔力弱

金属屋面的抗风性能是保证屋面结构安全性的重要措施，主要从3个方面来加强屋面的抗风性能：对屋面形态加强抗风设计，在进行屋面设计时优先考虑系统使用的安全性，其次才是结构造型的美观性；通过屋面选型提高抗风揭能力，在抗风要求较高的地区首选不锈钢连续焊接屋面，尽量避免铝合金直立锁边金属屋面；屋面构造设计对抗风承载力的影响，在屋面的特殊部位如檐口，拱起区域等要采取结构加强措施。金属板的铺设要注意常年风向，板肋搭接需与常年风向相背。金属板间连接只搭接一个肋，必须母肋扣在公肋上。

(1）在防风薄弱区域进行固定支座的加密处理，支座应沿着板长方向排列，严格按图纸设计进行安装，不得漏装、少装，要保证固定座、连接件的材料质量。

(2）在加密区域进行镀锌钢固定支座安装时，不能按一般区域的4颗螺钉来固定，而必须增加一道热浸镀锌钢支座来加强檐口部位的抗风性能。

(3）镀铝锌直立锁边金属屋面系统采用镀锌钢固定支座固定，再将屋面板卡在几字形支座上，用电动锁边机将板肋锁在固定座上，不需穿透板面，避免产生应力集中问题，使屋面系统具有良好的抗风性能。

4、金属屋面防渗漏措施

4.1屋面防渗漏分析

金属屋面渗漏一直以来是金属屋面使用过程中的技术难点，一旦发生渗漏问题就会影响结构的安全性能。研究发现，金属屋面渗漏主要是原因：（1）金属屋面的防水材料选择不当，材料变形出现撕裂渗漏问题；（2）屋面结构设计不合理，排水坡度过小；（3）屋面的类型选择与当地气候环境不适宜；（4）屋面板与各个节点之间的连接密封性较差；（5）屋面的构造设计存在缺陷，导致了屋面内部出现冷凝水聚集现象；（6）整个金属屋面在施工过程中存在技术缺陷，导致屋面出现漏洞。

4.2屋面防渗漏解决措施

本工程金属屋面设计方案的重点在于金属屋面构造与选型、构造层数是否合理，材料选用及技术指标能否满足工程需要；同时针对关键节点设计要求和特点，在设计及施工过程中需采取合理的防风、防雨、隔热、吸声措施。工程各单体结构造型独特，表面为空间曲面，异于平面，对于不规则的大面积屋面板，排板方式十分关键，屋面板对曲面的顺滑覆盖是保证屋面板能自由伸缩及防水的关键，因而分析屋面板铺设在曲面上的效果，并根据分析结果制定相应的排板方案决定着整个屋面工程的使用性能。

金属屋面的防渗漏性能将对整个屋面系统的使用效果产生重要影响。

4.2.1防水材料选择

本项目金属屋面工程屋面柔性防水层采用热塑聚烯烃（TPO）防水卷材，厚度为1.5 mm；抗拉强度不小于12 MPa；断后伸长率不小于500%；低温（–40℃）下弯折性良好，无裂纹；人工气候条件下加速老化2 500 h仍然合格。防水卷材安装采用空铺法施工工艺进行铺设，直接铺设于保温岩棉上层，如图3所示。

图3防水层铺设示意

(a)TPO防水卷材轴测示意；（b)TPO防水卷材铺设部分节点示意

材料出库进入施工现场后，应妥善保管，存放地点安全可靠，如防水材料不得存放于有可能积水的场地，储存与运输应严格按标准执行，防止因储存与运输错误导致材料性能改变。堆放时下面必须垫上枕木，室外堆放的材料必须用塑料布遮挡严实，避免日晒雨淋；且需保持通风、干燥以及避免被污染。防水卷材铺设应注意以下几点。

(1）当屋面坡度较大（超过25%）时，依据JGJ/T 316—2013《单层防水卷材屋面工程技术规程》一般采用垂直于屋脊铺设的方法，铺设防水卷材前应先检查前序工程，满足验收要求：基面应将尘土、杂物清扫干净，表面残留的灰浆硬块及突出部分应清除干净，不得有空鼓、开裂及起砂、脱皮等缺陷；基层干燥，含水率应低于8%；基层阴阳角处应做成圆弧或钝角，圆弧半径应大于20 mm；基层验收完毕。

(2）将TPO卷材自然打开，由4人拉伸平整，调整铺设方向与搭接边宽度。沿先前的弹线将TPO防水卷材空铺，铺设要平顺，不得褶皱，不起鼓包。卷材搭接宽度为120 mm，有效焊接宽度应大于25 mm。

(3）铺装准确，搭接符合规范要求；搭接严密，连接牢固，无翘曲、无气包，施工完毕做好成品保护，防止污染。

(4）卷材铺设时应注意铺装顺序、满足搭接要求，顺水、错缝搭接；铺设应平整，顺直，无明显褶皱；临时固定应牢固可靠，避免被风揭起；热风焊接应牢固可靠，搭接缝连续焊接，杜绝局部漏焊。

4.2.2细化关键部位构造

(1）屋面板进行折边处理，原则为水流入天沟处折边向下，否则折边向上。折边时不可用力过猛，应均匀用力，折边的角度应保持一致。屋面四周的收边泛水安装时安装泡沫塑料封条，封条与屋面板和泛水结合紧密，能有效防止风将雨水吹进屋面板内。

(2）天沟防水构造。图4给出了天沟设计构造，檐口和天沟处的屋面板边要进行修剪，修剪后应保证屋面板伸入天沟的长度与设计的尺寸一致，有效防止雨水在风的作用下不会吹入屋面夹层中。另外，由于天沟长度较长，且不锈钢与钢材的膨胀系数不一样，为了保证天沟能自由伸缩，不至于在温度作用下拉裂，天沟每隔30 m至少设1条伸缩带。

4.2.3合理的屋面板型选型

屋面板、墙面板的结合部位一定要进行合理设计，预留伸缩量。防止因屋面板变形而导致泛水板被拉伸变形、焊缝被挤压破坏、胶缝被拉裂开胶，从而漏水。屋面板型的选择不仅要考虑渗漏问题还要考虑抗风性能，本工程结合实际选择直立锁边金属屋面系统，避免屋面板因为风揭破坏而造成脱扣，破坏第一道防水层。同时也要考虑屋面排水坡度的要求，当屋面排水坡度较大时，排水较为流畅，金属屋面的选型范围较广。若屋面排水坡度小于5%，说明整体屋面相对平坦，应优先选择柔性防水卷材屋面与不锈钢连续焊接屋面。

图4排水天沟设计构造示意

（a）天沟构造；（b）天沟安装

4.2.4屋面构造层设计

本工程中屋面选择双层金属屋面系统，屋面板构造层的完整性是保证金属屋面系统正常工作的前提条件，也是防止金属屋面出现渗漏问题的重要环节。系统构造层次自下而上主要是：主钢结构、主次檩条、支撑地板、吸引层、隔气层（防潮层）、保温层、防水层、屋面面板、装饰层龙骨和装饰层（图5）。

图5双金属屋面系统构造示意

4.2.5施工过程中技术控制

(1）屋面板在工程中要通长安装，不许搭接，因此板在加工、运输、安装过程中，避免屋面板出现折断、折痕或被硬物穿透等损坏，造成漏雨隐患。

(2）镀锌钢固定支座的安装精度要足够高，由于屋面板温度变形，注意固定支座的尖头处与屋面板相互摩擦，时间长就会将屋面板磨穿，形成漏雨隐患。

(3）屋面板安装时，沿着从低到高的方向进行安装，锁紧方向顺着屋面板的坡度方向和雨水流向，防止雨水倒灌。

(4）提高天沟处焊缝的焊接质量，屋面焊接施工时要选用专业氩弧焊工，并对焊工进行岗前培训，进行样板实焊，以保证焊接质量达到规范要求。

5、结论

以厦门国际博览中心会议中心项目为背景，深入全面分析金属屋面抗风揭和防渗漏设计问题，系统探究了揭破坏以及屋面渗漏形成的原因，并对当前业内采用较广泛加强措施进行分析总结。

(1）介绍了金属屋面在强风环境下的受力特点和失稳形态，并分析了影响金属屋面抗风性能的因素。

(2）以研究所在地厦门为例，结合会展中心工程经验和国家相关标准，提出了金属屋面抗风设计的基本原则，包括减小屋面荷载，增强抗风连接和支撑系统，合理选用材料和构造等，并探讨了进一步提高金属屋面抗风性能的可能途径。

(3）针对屋面渗漏问题进行详细的分析总结，结合会展中心项目从防水卷材的选择、细化关键部位构造、合理的屋面板型选择、屋面构造层设计、施工过程中技术控制等5个方面提出了金属屋面的防水加强措施。

(4）依据本项目的实际工程详细介绍了金属屋面防风揭和防渗漏的创新施工技术，这些技术能够增强金属屋面的耐久性能，提高建筑物的安全性和使用寿命。这些技术的开发对于提升建筑物品质、减少环境污染、节约成本等方面都具有重要的意义。同时，所介绍的施工创新技术也可以为建筑行业提供更高效、更环保的解决方案。

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文章来源:王金兵,韩文兵,杨波,等.直立锁边金属屋面抗风揭及防渗漏施工技术研究[J].建筑技术,2024,55(16):1979-1983.