浅谈倒置式刚性屋面的可行性

深圳大学研究生课程论文题目浅析倒置式刚性屋面的可行性成绩专业建筑学学术课程名称、代码构造概念设计、161014050027年级2015级姓名何鑫学号2150140532时间2016年1月7日任课教师张道真、赵阳图1浅谈倒置式刚性屋面的可行性摘要：倒置式屋面的做法已经被研究多年，但目前所说的倒置式屋面主要指的是倒置式柔性屋面，相较于传统刚性屋面，确实倒置式柔性屋面具备很多优点，但是能否研究做倒置式刚性屋面，避免倒置式柔性屋面的弊端，本文尝试着进行探讨其可行性。关键词：倒置式刚性屋面、防水、影响因素、可行性对现代建筑而言，除应保证不渗不漏外，还应满足房屋冬季保温、夏季隔热的需求，同时要做好对屋面的保护和延长使用年限等工作。因而，在屋面工程设计中要着力解决好三个方面的问题：综合考虑防水、保温隔热、保护三者功能的协调。在传统屋面中，刚性防水屋面是指用细石混凝土作防水层的屋面。传统刚性防水屋面（如图1）的刚性防水层位于屋面上部，需要在混凝土防水层上做好分隔缝构造，并得在分隔缝内填塞弹塑性密封材料。由于混凝土防水层使用寿命长，不存在有机材料的老化问题，但是由于防水层位于屋面上部，这对气温变化和屋面基层变形的适应性较差，受阳光、大气的作用影响也很大。而且由于保温层多采用轻质多孔材料，其上不宜进行浇筑混凝土的湿作业，因此刚性防水屋面一般只适用于无保温层的屋面。此外，混凝土防水层铺设在这种较松软的基层上也很容易产生裂缝，常年需要维修，没法凸显刚性防水层比柔性防水层耐久性好的优点。而现如今所谓的倒置式屋面，主要是指把柔性防水层置于屋面保温层之下兼做了隔汽层的做法（如图2）。相比较于普通的传统屋面，倒置式屋面的构造简化，避免了浪费，屋面结构负荷自重轻(25~45kg/m³)（传统屋面自重45kg/m³以上），且由于防水层处于保温层的保护下，无论冬夏防水层温度都接近室内温度,不会随室外温度波动，容易做到冬天不冷，夏天不热,使屋面防水层和结构层图2的年温差、日温差的变化很小，每年夏季与冬季之间的温度极差仅为8~9摄氏度，可以忽略不计等同于处在恒温的环境之中，因而防水层的伸缩变化减小到最少，从而减缓了太阳辐射和剧烈气候变化对于防水层的影响，有利于延长防水层的使用寿命可以有效地保护，出色的抗湿性能使其具有长期保温隔热功能性能与抗压强度，且不易受到机械性质的损坏，方便日后屋面检修不损坏材料。但是这种倒置式柔性屋面也存在着问题：①在保温材料的选择上，须选用吸水率小的保温材料，否则保温材料如果吸湿后,其导热系数将陡增,会极大地消弱了其保温性能,而这类保温材料的造价比普通保温材料高不少；②在保温材料之下需要铺设沥青油毡或高分子卷材；③保温材料、防水卷材多为有机材料，有机材料存在老化问题，使用寿命仍然有限。为了克服倒置式柔性屋面的缺陷，是否能尝试采用倒置式刚性屋面的做法？即直接利用现浇钢筋混凝土屋面板作为刚性防水层，再铺保温隔热层。这样做可具备的优点是：①利用混凝土屋面板直接防水,省去了柔性防水材料层和抗根系穿刺层，既减少了屋面防水构造层次,也降低了屋面防水层造价,还可克服有机防水卷材存在的老化问题,提高了防水层使用寿命；②传统倒置式柔性防水屋面要求采用吸水率较小的保温材料,但吸水率较小的有机保温材料如挤塑聚苯乙烯保温板等价格贵,还存在老化问题,耐久年限有限。因此，用廉价的无机保温材料，如卵石或粘土保温层,代替价格较贵的有机保温材料是降低保造价,提高保温层使用寿命的有效途径。虽然发展倒置性刚性屋面不仅可以减少屋面防水构造层次，降低屋面造价，对提高屋面的耐久性有不错的保证，但是还存在着不少的问题，最主要的问题就是：利用混凝土结构板直接作为刚性防水层，取消柔性防水卷材，就需要提高屋面结构板的自防水性能，防止屋面板的开裂。因为虽然混凝土是一种耐久性好的图3图4图5材料，但是它在限制条件会产生收缩，这种收缩分干缩、冷缩、早期塑性收缩与自收缩四种。当收缩变形超过混凝土极限延伸率时，或收缩产生的应力超过当时混凝土的抗拉强度时就会开始出现裂缝。因温度、湿度变化引起混凝土干缩、冷缩、膨胀徐变等变形裂缝达到80%，因此容易出现渗漏现象。要防止屋面结构板在温差作用下发生开裂，一方面是缩小混凝土的温差环境影响，一般是在混凝土表面铺设适当的保温材料；另一方面则是应及时有效地排除屋面雨水，降低屋面保温层的含水量。在屋面管线的设计和安装中应充分考虑到防水层及泛水的完整性与密封性。管道不直接安装在屋面，可以考虑安装在女儿墙泛水之上，这样利于防水施工及维护（如图3，图4），并且管线在敷设时应尽量避免立体交叉穿越，交叉布线处可采用线盒，同时在多根管线的集中处宜采用放射形分布，尽量避免紧密平行排列，以确保管线底部的混凝土灌筑顺利和振捣密实。现阶段，有研究表明，还可以通过在保温层内铺设复合排气排汽管网解决这一问题。这类复合排水排汽倒置式刚性屋面的基本做法分为两种：一、非上人复合排水排汽倒置式刚性屋面屋面自上而下的构造与做法：（如图5）①现浇钢筋混凝土屋面结构板，要求有自防水能力。②钢筋混凝土找坡层。找坡层坡度5‰，内含Φ4@150钢丝网。为了减小排水线路，降低找坡层厚度，使屋面雨水能够就近快速排除，本屋面采用了内外排水方式，即屋面雨水既能从外墙落水管排出，又能从室内卫生间的排水管内排出。③铺设复合排水管网。复合排水管网由一、二级排水管网组成。二级管网位于卵石保温层内，纵横向布置，间距不大于4m×4m，采用半边Φ100PVC制图6作(带马齿)，便于卵石层内雨水流入管网内，再流入竖向排水管。一级排水系统的排水口通过三通或四通与二级排水系统连接，排水口在卵石保温层上外露。一级排水管网在强降雨天气时起作用，当降雨量较大时,雨水面超出卵石面时，卵石面上雨水可以通过一级排水系统排出。为了防止一级排水口堵塞，排水口上必须加盖滤水盖板。④卵石保温层。厚度150mm,内铺复合排汽排水管网。这种非上人复合排水排汽倒置式刚性屋面构造中，屋面卵石保温层加重，但构造层次减少,屋面荷载增加较少，结构加固费用也很少。因此，以卵石为保温层的复合排水排汽倒置式刚性屋面不但有较好的防水效果，而且可以取得较好地经济效益。二、可上人复合排水排汽倒置式刚性屋面屋面自上而下的构造与做法：（如图6）①现浇钢筋混凝土屋面结构板，要求有自防水能力。②钢筋混凝土找坡防水层(内外排水方式)。在屋面结构板上大致6m×6m范围划分防水区域，以各区域几何中心为最高点，按2%坡度向区域边缘用防水砂浆找坡，形成区间找坡防水层,防水层最薄处不小于20mm厚，防水层应采用多遍做法，压实抹光。施工时应在基层上抹一层素水泥浆后再进行防水层施工。③铺设复合排水排汽管网。复合排水管网由一级排水系统和二级排水系统组成，既能排除耕作层上雨水，又能排除耕作层下雨水或浇灌用水，耕作层下不须铺设塑料凸片排水板，与铺设塑料凸片排水板的屋顶花园相比，构造层次少，管网费用低，在经济和施工方面具有明显优势。④铺设滤水层(煤渣滤水层)。在找坡防水层上，按平均80mm铺设炉渣层，做滤水层兼做保温层。找平层上的滤管四周铺设50mm厚，直径在15~30mm的卵石(或碎石)作为滤管保护层。⑤耕作层。在炉渣层上按平均厚80mm直接铺设耕作层。理论上土的颗粒有渗入煤渣层、滤管保护层的可能，但实际工程中，有的项目使用期限长达10年之久，也没有发现耕作层明显损失和滤管堵塞现象，所以本屋面做法没有考虑土工布构造。⑥草皮种植层。为便于花草的浇灌，可在耕作层铺设浇灌花草用的供水系统，并可在屋面主要通道上铺设砾石健康小道(煤渣层上铺设)。这种可上人复合排水排汽倒置式刚性屋面构造中，煤渣滤水层、耕作层对结构板具有保温功能，可使屋面板温度缓慢变化，防止屋面结构板开裂;耕作层还可为屋面种植创造条件。屋面耕作层厚度较薄，钢筋混凝土找平层、炉渣层、种植土层、草皮层等自重约2.57kN/㎡，与一般屋面板上构造自重相近(2.35~2.95kN/㎡)，对结构板的强度没有特殊要求，其造价与有保温层的卷材防水屋面相比，基本持平，但其功能提高。结语：倒置式刚性屋面的优化方案不会仅仅只有以上的几种，这种屋面不需卷材防水，构造层次少，造价低，防水效果好，不仅克服了倒置式柔性屋面的缺点，还凸显了刚性防水屋面耐久性好的优点，是一种值得我们进一步研究并推广的屋面做法。参考文献1、《屋面与防水工程施工》，刘广文主编，牟培超主审；2、《倒置屋面的研究及应用》，毕传华.交通科技与经济，2002（2）；3、《屋面防水工程质量通病及防治》，冯美云.山西建筑，2009,35（36）；4、《建筑防水构造图集B》，设计负责人：张道真；5、《复合排水排汽倒置式刚性屋面研究》，范正根,曾文.建筑科学，2009（5）