李立新，吕敬环
(北京东方雨虹防水工程有限公司,北京 101111)
摘要：介绍了以东方雨虹聚酯增强型TPO防水卷材为主体的单层屋面机械固定系统在华晨宝马汽车发动机工厂南机械加工车间屋面防水工程项目上的应用。该项目采用了新技术，解决了TPO卷材表面自洁问题，克服了焊接虚焊漏焊的工法问题，创新性地解决了不规则截面H型钢柱的泛水施工问题，保证了屋面系统的防水安全，提高了系统性能优势。
关键词：汽车工厂；钢结构屋面；单层屋面；TPO 防水卷材；机械固定；H型钢柱；带易洁层 TPO
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1 工程概况
华晨宝马沈阳生产基地是德国“工业4.0”对接中国智能制造的典范，有力带动了当地经济和汽车产业链的发展。本文以华晨宝马汽车有限公司发动机工厂建设项目——南机械加工车间屋面防水工程为例，介绍TPO高分子防水卷材单层屋面系统在汽车厂房屋面上的应用。
华晨宝马汽车发动机工厂建设项目位于沈阳市于洪区大潘镇，其中南机械加工车间单体项目占地面积14 677.2 m2，车间主体一层，局部设有夹层。建筑高度由室外地坪标高到女儿墙顶高度为12.85 m。主体结构设计使用年限为50年，建筑物耐火等级为二级。主体厂房为钢框架结构及钢屋架结构，屋面采用压型金属板复合保温卷材防水屋面（图1）。
图1 华晨宝马汽车有限公司发动机工厂项目
2 屋面防水保温设计
2.1 屋面系统构造层次
华晨宝马汽车发动机工厂南机械加工车间屋面防水工程设计采用了东方雨虹TPO单层屋面机械固定系统。该屋面系统中，TPO卷材防水层通过采用紧固件，以点式固定的方式安装在屋面上，要求能够承受所有外荷载力（风荷载、收缩变形荷载等）的作用，以确保屋面系统的防水围护功能。TPO单层屋面系统构造设计如图2所示。
图2 屋面系统设计
2.2 系统构造层参数要求
1）屋面系统防水主材采用TPO防水卷材，即热塑性聚烯烃防水卷材，该材料具有良好的低温柔性、耐候性、耐久性和热风焊接性能，可与多种屋面保温构造良好结合，形成屋面保温防水系统。本项目采用东方雨虹聚酯增强型TPO防水卷材，幅宽2.0 m，厚度1.5 mm，搭接缝采用热风焊接。
2）保温层采用A级不燃岩棉。岩棉在60 kPa的压缩强度下，压缩比不大于10%；在500 N的点荷载作用下，变形量不大于5 mm。岩棉施工时双层错缝铺设，防止通缝产生，利用套筒和螺钉固定到压型钢底板的波峰上。本项目采用70 mm厚岩棉保温板双层错缝铺设。
3）隔汽层采用0.3 mm厚聚乙烯（PE）膜，蒸汽透过量≤25 g/（m2·d）。相邻PE膜搭接10 cm，搭接缝采用10 mm宽、1 mm厚丁基胶带粘接，并用压辊压实，避免出现气泡。女儿墙立面、出屋面设备、管道等节点处隔汽层搭接缝也采用丁基胶带粘接封闭，确保隔绝室内空气，避免室内水汽进入上面的保温层。
4）压型钢底板为0.8 mm厚单层屋面专用双面镀锌压型钢板（YX38-152-914）。
3 屋面防水保温工法与难点分析
3.1 工艺流程
基层清理→铺设隔汽层→双层错缝铺设岩棉保温板→机械固定岩棉保温板→铺设TPO防水卷材→机械固定TPO防水卷材→热风焊接TPO防水卷材→检查验收。
本项目底板采用单层屋面专用压型钢板，施工前需做好屋面四周及洞口的防护工作，清理基层，做好屋面防水保温施工的准备工作。
3.2 施工要点
屋面的安全性和防水严密性是优质屋面系统的两个根本标志，它们贯穿屋面整个施工过程，而施工标准化则是工程质量的技术组织保证。
3.2.1 屋面安全性
TPO单层屋面系统依靠卷材搭接缝处的固定件抵抗风荷载，而固定件的固定排布方式决定了屋面抵抗风荷载的等级。
本项目在抗风荷载设计上，根据国际上通行的荷载计算规范与抗风揭试验结果，精确计算确定屋面防水层紧固件固定方式，保证了屋面在使用过程中的安全性。
单层屋面风揭荷载与风速、建筑物高度、建筑物所处地区、屋面坡度、建筑物体型等多种因素有关。根据美国荷载规范ASCE/SCE7《Minimum Design Loads for Buildings and Other Structures》计算出风荷载（负压），再进行实验室验证。目前国际上大多采用美国FM的试验方法进行抗风揭试验，FM规定的设计风荷载不超过抗风揭试验等级的1/2。采用ASCE/SCE7计算得到的风荷载可与通过FM实验室试验的抗风揭荷载等级结果产生一一对应的关系。根据东方雨虹TPO屋面系统已经通过的风压等级和紧固件排布方式，结合本工程屋面钢板板型，最终确定了本项目的紧固件的布置方式，满足风荷载要求，确保在厂房正常使用年限内屋面防水系统的安全可靠。
3.2.2 防水严密性
除TPO防水卷材本身质量外，卷材搭接边的热风焊接质量是影响屋面系统防水严密性的关键。
TPO防水卷材的热风焊接搭接，包括长边、短边搭接，以及细部节点焊接处理，是TPO单层屋面系统施工的重中之重，应避免虚焊、假焊问题。虚焊、假焊是指焊缝未焊牢，从表面上看像是已经焊接牢固，实际上用手即可将焊缝撕开，这样这些地方非常容易产生渗漏。应从导致虚焊、假焊的原因出发，采取标准化施工措施进行避免。
1）TPO卷材受污染或暴露在外部环境约7 d后，在热空气焊接前必须进行清洗处理。受污染的卷材搭接部位，先用湿布擦去灰尘等杂物，再用干净的擦拭布擦干，然后用专用卷材清洗剂进行彻底清洗，最后用白色抹布擦干。待卷材清洗剂彻底挥发后进行焊接（视环境温度约需15～30 min），焊接速度应较正常焊接速度慢约20%。
2）正式开始焊接前或气温急剧变化后，必须进行试焊，以确定最佳的焊接温度及速度，且施工环境温度不应低于-10 ℃。图3为环境温度13~19 ℃，不同焊接温度和速度下的焊接小样焊缝撕开后情形。本项目经过焊接前试焊，采用图3中A组合，即焊接速度2.5 m/min，温度480 ℃。
图3 正式焊接前焊接温度及速度测试调节
3）只有全部的屋面施工条件都符合要求，才能进行下一步施工（特殊情况除外），争取一次完成。所谓的一次完成就是大面、细部、收口以最短的时间全部完成，若难以达到，则必须做好防护，并在焊接时将焊接部位卷材清理干净。
4）卷材搭接边焊接前应放置隔离板，焊接结束时也应放置隔离板，保证焊枪插入部分实焊（图4）。
图4 卷材搭接边焊接前后放置隔离板
5）卷材短边接头应将下层卷材切成斜角或如图5左所示缺口；焊接时应放置隔离板，保证焊接质量的同时又避免底部卷材烫伤（图5右）。
图5 短边搭接注意要点
6）每个工作日结束或遇上阴雨天气时应采取封闭措施，防止雨水、潮气进入保温层。
7）在T型接头处，卷材需经切削处理，以保证焊接效果。
8）在卷材焊接完毕后应及时使用专用钩针对焊缝进行检查，发现未焊接或虚焊位置应及时处理，保证卷材焊接效果。
3.3 施工难点分析此项目为汽车厂机械加工车间及发动机装配车间，业主及管理单位对屋面防水系统深化设计要求较高，且屋面步道板较多，步道板与屋面通过H型钢进行连接，造成出屋面H型钢柱非常多，增加了防水处理难度。防水施工前，根据现场情况，对出屋面H型钢柱节点进行深化，通过在H型钢柱焊接滴水檐来保证此位置的防水密封，解决了此位置的防水难题。具体做法如图6所示。
图6 H型钢柱防水做法
4 新技术应用与创新
4.1 新技术应用
本工程采用的机械固定TPO单层屋面系统为国家建设主管部门推广的建筑防水新技术之一，具有以下显著优点。
1）减少了保护层，使屋面轻量化，可节约大量建筑材料；TPO防水卷材为绿色环保材料，在材料达到其使用寿命后，可回收利用，减少建筑垃圾产生。
2）降低建筑物内部能源消耗，节能减排。
①此项目屋面采用的浅色TPO单层屋面系统属于冷屋面系统，其较高的太阳能反射指数和保持率使得卷材能够反射大量太阳辐射，减少热量向下传导，降低炎热夏季厂房内部温度，减少制冷设备能耗，符合绿色建筑的设计理念。
②单层屋面系统采用套筒和螺钉进行机械固定，不压缩、不隔断保温层，减少热桥，保温效果优异。
３）东方雨虹TPO防水卷材表面复合有一层特殊功能树脂层，其表面光滑、不褪色，并具有易清洁、低灰尘吸附率的特性，可提供持久的节能效果；在确保卷材焊接效果的基础上更耐老化、耐酸雨，使用寿命更长。
4）机械化施工，节省工期。施工过程中运用大量机械化工具，包括自动热空气焊接机等，有效保证防水工程质量的同时减小工人劳动强度，提高工程施工效率。
5）防水效果可靠，减少维护成本。基于TPO的热塑性，卷材加热后能加工成各种形状，节点施工简便，能够成就各种特殊的屋面造型，以满足细部复杂节点的施工要求，使出屋面管道、设备无漏水之忧。另外，TPO卷材实现无明火施工，对环境友好。
6）机械固定TPO单层屋面系统施工时，卷材空铺在基层之上，仅在搭接缝处作机械固定，细部节点采用的均质卷材拥有超过500%的断裂伸长率，使系统能够适应较大的基层变形，且为全组装式施工，无湿作业，施工速度快，是大跨钢结构建筑的完美选择。
4.2 本项目的创新点
4.2.1 出屋面H型钢柱防水处理
为保证防水严密性，单层屋面系统的出屋面立柱应采用规则截面，如圆形立柱、方钢立柱等，避免出现不规则截面，如角钢、槽钢、H型钢等。但本项目大量采用了H型钢立柱，对TPO卷材防水的施工和防水严密性提出了极大挑战。
经过多次试验、讨论，最终确定“变H型钢为矩形钢收口”处理的方式（详见“3.3 施工难点分析”），创新性地解决了不规则截面立柱收口的可操作性问题和防水严密性问题，为整个屋面系统的防水安全奠定了基础。
4.2.2 卷材表面具有易洁层
对于大型厂房屋面来说，屋面的清洁是个非常恼人的问题。布满灰尘的屋面不仅仅影响美观，而且还降低了对阳光的反射，增加了室内能耗。
一般的TPO材料表面类似橡胶，较粗糙，具有较高的摩擦系数；在使用过程中被污染后表面不易擦洗，尤其是在施工过程中搭接部位及细部节点部位受污染后不易擦净，造成受污染部位在焊接过程中存在虚焊的风险，带来工程后期漏水的隐患。
为解决该问题，东方雨虹研发出带易洁层的TPO防水卷材，其在使用过程中具有更好的耐刮擦性、耐有机溶剂性、气体阻隔性和更低的吸水率及摩擦系数，同时可减弱表面产生静电吸附灰尘效果；在同样使用有机溶剂进行表面污染物清洁的过程中，不易造成表面结构的破坏，污染物也更容易被擦拭掉。
5、结语
华晨宝马汽车发动机工厂南机械加工车间屋面防水工程项目采用的机械固定TPO单层屋面系统，不但性能上具有优势，社会效益与经济效益显著，而且新技术的应用，解决了TPO卷材表面自洁问题，克服了焊接虚焊漏焊的工法问题，创新性地解决了不规则截面H型钢柱的泛水施工问题。本项目屋面防水保温系统工程也因此在2021年度“建筑防水行业科学技术奖—工程技术奖（金禹奖）”评选活动中荣获了金奖。
作者简介：李立新，男，工程师，主要从事高分子防水卷材应用技术研究。
原文刊载于《中国建筑防水》2022年第11期。
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