项目概况
大兴国际机场位于永定河北岸，位于北京市大兴区礼贤镇、榆垡镇与河北省廊坊市广阳区之间，北距天安门广场46公里，距首都机场68.4公里，为国家重点工程，已顺利竣工验收。本工程屋面天窗系统设计根据建筑功能和自然条件，充分考虑防水性能的特点和要求，运用各种新技术、新材料、新方法、新工艺，打造优越的防水功能。大兴机场整个屋面效果图如图1所示。屋面天窗系统主要防水区域分为A区中央天窗、B区各连廊天窗、C区球形天窗，如图2所示。下面将分别对A、B、C区及天沟的防水工艺及施工措施进行说明。
1 大兴国际机场屋顶效果图
2 大兴机场屋面天窗系统防水主要分区
A区中央天窗屋面防水系统
中央天窗系统为六个交点的三角形玻璃隐框系统，顶部采用12+18Ar+6+2.28SGP+6中空双银LOW-E钢化夹胶超白玻璃。面板接缝处采用耐候密封胶和泡沫板，阻隔外界水的渗入。铝合金副框端口处设置排水槽，将进入第一道密封胶的水沿铝合金杆向四周排走，最终排至天窗四周的天沟位置。中央天窗典型排水系统如图3所示，中央天窗水流向周边天沟的整体排水路径如图4所示，边沟与中央天窗交接处的结构处理如图5所示。
3 典型的中央天窗排水系统
4. 中央天窗水流向周边天沟的排水路径
5 侧天沟与中央天窗连接处结构
中央天窗边缘采用铝板和TPO卷材防水处理，天窗上的水最终排入天沟，此位置TPO卷材高度为300mm。铝板与天窗之间的缝隙通过边条用角钢龙骨固定，外面用胶水密封。中央天窗周围的天沟如图6所示完成。
6. 中央天窗周围的排水沟已完成绘制
B区指廊天窗防水系统
指廊处天窗系统为矩形玻璃隐框系统，顶部采用12+18Ar+6+2.28SGP+6中空双银LOW-E钢化夹胶超白玻璃。与中央天窗类似，天窗防水设计以“全密封”为主，部分以“收储一体”的主动防水方式为辅。标准系统防水结构如图7所示。
7 走廊天窗标准体系防水构造
为了适应主体结构较大的温差和变形，选用了位移能力更大的密封胶，并选用了更宽更厚的胶缝尺寸，宽度为30mm，厚度为10mm。在合理的宽厚比前提下，更宽更厚的胶缝可以提供更高的变形适应性和防水性能。同时，使用定制的宽体条形泡沫棒可以更好地满足胶缝宽度的影响，既保证了胶缝厚度均匀，又避免了不必要的浪费。常规的圆形泡沫棒在胶缝中容易出现定位困难的问题，从而导致密封胶厚度不一，最终影响防水效果。另外，为了防止在极其恶劣的条件下玻璃房内缘产生冷凝水，在铝型材上增加了集水槽，用于收集和储存冷凝水。储存的少量冷凝水会借助室内温度的升高而自然蒸发。天窗坡度变化范围为3°~11°，合理的坡度设计可有效防止积水，使积水不积聚，即排即走。指廊天窗顶积水最终如中部天沟一样排出，排水路径部分见图8。指廊边沟与天窗顶交接处的构造处理见图9。
8 走廊天窗排水道部分
9 连廊边沟与天窗连接处结构
边缘采用铝板和TPO卷材防水处理，天窗流下的水最终排入天沟，与中央天窗类似，此位置TPO卷材卷起高度为300mm，与铝板交接处缝隙采用边条和角钢龙骨固定，外侧用胶水密封。
C区球形屋面天窗天窗防水系统
C区球形屋面天窗系统为铝结构网壳体系隐框系统，顶部采用12+18Ar+6+2.28SGP+6中空双银LOW-E钢化夹胶超白彩釉玻璃。其防水系统与中央天窗类似，均为六点相交玻璃板组装而成。防水设计以“全密封”为主，采用“收储”的主动防水方式进行防水设计，采用宽泡沫棒加30mm宽胶水防水密封系统，系统排水通过铝合金副框龙骨排向周边。与中央天窗不同，球形天窗采用集水槽代替周边的天沟，如图10所示。
球形天窗周围有 10 个集水箱
集水槽最大长度为22m，容积根据蓄水量计算，满足蓄水要求，再通过虹吸雨水斗将水排出。水箱断面结构如图11所示。集水槽同样采用TPO卷边作为防水材料，比较特殊的是在此位置做了Z型二次钢龙骨，作为水箱满水时的重力承重结构。为达到最佳防水效果，二次龙骨断面方向与长轴方向自重变形必须一致，集水面保持水平。
11.水箱剖面结构
TPO排水沟系统防水设计
TPO防水卷材固定技术
整个屋面天窗排出的水都是通过天沟排出的，因此天沟的防水设计是整个屋面防水系统的关键。大兴机场天沟防水主要采用TPO防水卷材方案。TPO作为一种新型建筑材料，已经逐渐取代了传统的防水材料，特别是在机场等大型场馆的屋面防水使用中。TPO防水卷材结合了EPDM和PVC的性能优势，兼具前者的高弹性、高耐候性、低温柔性和后者的高温可塑性和可焊接性，最大的优势是非穿透连接，最大程度保护了现场材料的完整性。在实际应用中，具有施工方便、无需外露保护层、无污染等综合特点，非常适合作为天沟系统的防水层使用。TPO采用电磁感应焊接，采用2mm厚材料、无穿孔垫片进行焊接，如图12所示。
12 2mm厚材料与无孔垫片焊接
镀锌钢板天沟施工完成后即可进行TPO铺装施工。施工前应对基层进行检查验收，确保基层符合铺设“宇虹”TPO卷材的要求。铺设TPO卷材的基面必须平整、密实，以保证TPO卷材的平整度和焊接的稳定性；表面不得有金属碎屑或异物，避免刺穿或割破隔汽层和卷材，否则必须在铺设卷材前清除。
施工时，必须先进行卷材预铺，卷材沿天沟方向铺放，将自然松散的卷材按轮廓线排列在基层上，应平整、挺直，无扭曲。卷材铺放展开后，应放置15～30分钟，使卷材内部应力充分释放，避免焊接时起皱。另外，在扇面、天沟边缘处，需加垫片或压条固定卷材。施工面应具备卷材收边条件（有全长龙骨或能承受扣件拉脱力的固定面），收边压条处的卷材应加密封胶密封，卷材焊接应采用不打孔垫片。每天正式施工前必须进行试焊，确定不打孔垫片的焊接效果。
固定板需进行抗风验算，得出准确安全的固定板数量。该天沟位置抗风计算结果为：中央天窗四周天沟水平0.5m，竖向1.2m，满足抗风性能；指廊天沟水平0.5m，竖向1.2m，满足抗风性能。由于天沟宽度不规则，现场根据具体宽度范围选择不同的固定间距和固定数量。
焊接采用美国OMG RhinoBond技术，该技术基于专利的电磁感应焊接技术。使用时，只需将感应焊机直接放在覆盖有特殊涂层垫片的线圈上，启动工具约5秒钟（时间根据环境温度和电源的不同而略有不同），将线圈底部焊接到垫片顶部。然后将磁冷却压力施加在垫片上60秒，以增强焊接效果。焊接效果如图13所示。焊缝冷却后，使用专用探针或平口螺丝刀检查所有焊缝，确保没有泄漏。如果发现缺陷，则使用手持焊机修复焊缝缺陷，如图14所示。
13 焊接说明和结果
14 手持焊接机修复焊接缺陷
TPO角部防水设计
TPO负角和正角是需要特殊处理的特殊点。角图如图15所示。
15 角图
由于空间大小，凹凸角位置无法采用大面施工工艺，在修补接缝或不宜使用自动热风焊机的地方（如管道贯穿处或高坡度地面），通常采用手持硅橡胶滚轮配合手持热风焊机加压，使加热后的线圈表面熔接在一起，如图16所示。
16 手持硅橡胶滚轮与手持热风焊接机加压，使加热线圈熔合
TPO挡水板设计
为了将天沟内的雨水合理分配到相应的排水分区，本天窗设置了挡水板对雨水进行分流。整个天窗根据集水面积及建筑体形分析结果，划分为若干个排水分区，每个分区均设置集水井，雨水经天沟收集到集水井中成都钢结构天沟防水，最终通过虹吸雨水管排出。天沟挡水板设计位置如图17所示。
17 天沟挡水板设计位置
挡水板是专门为挡水而设计的，挡水板卷材从正反方向交叉搭接，交叉固定采用自攻螺钉与U型专用压条连接，然后将TPO卷材覆盖条第二次穿过顶部覆盖卷材，与原TPO卷材热熔焊接，如图18
挡水板现场施工照片如图19所示。
18 挡水板设计
19挡水板施工现场照片
天沟伸缩缝末端回流设计
由于集水井体量较大，且屋面钢结构布置密集，只能根据主体钢结构具体位置布置集水井。在指廊天沟被伸缩缝断开的地方，受主体钢结构限制，无法在天沟最低处设置集水井，导致天沟端部积水，积水无法收集到集水井中。因此需要调整天沟端部坡度，使端部积水回流到集水井中，如图20所示。
20 天沟伸缩缝端部回流设计
综上所述
北京大兴国际机场工程结构复杂，工期紧迫，防水设计在借鉴现有成熟技术的基础上，创新了传统的设计理念和施工方法，取得了良好的防水效果。本工程大量采用TPO防水卷材作为主要防水构造措施，对整个屋面的防水质量起着至关重要的作用。总结起来，主要控制以下几点：
（1）经过严格的抗风计算和试验来确定固定点的位置和数量，因为抗风不仅涉及结构安全问题，而且影响防水性能。
（2）焊接前线圈应铺放平直，搭接尺寸准确，不得扭曲、起皱。线圈焊缝结合面应清洁、干燥，不得有水滴、油污及附着物。焊接时应先焊长边搭接缝，后焊短边搭接缝，加热温度、时间应控制好。焊缝不得有漏焊、跳焊、焊缝烧焦或脱焊现象。焊接时，非焊接部位的线圈不得有损伤。
（3）卷材应采用专用固定件进行机械固定，固定件应垂直钉入结构层成都钢结构天沟防水，有效固定，固定件数量、位置应符合要求，卷材搭接处应焊接牢固，密封严密。
（4）防水卷材不得有渗漏、积水，防水卷材在天沟、落水管、泛水板、伸缩缝处的防水构造应符合设计要求。
（5）对于天沟防水，卷材外露在非人行屋面使用，卷材底座为镀锌钢板，用螺钉固定在天沟龙骨上，底座较硬，分布有固定螺钉。因此，在铺设TPO聚合物防水卷材后，应避免在天沟内踩踏、搬运物料，特别是固定钉部位，严禁踩踏，防止钉杆刺穿卷材。
大兴机场已顺利竣工验收并正式通车，经受住了大雨的考验，未出现任何渗漏水现象，进一步证明了该屋面天窗防水技术的可行性、安全性和先进性，对机场相关大型屋面工程的防水设计和施工具有很高的借鉴意义。
关于作者
深圳市三鑫科技发展有限公司总工程师华定兴，资深幕墙专家、结构专家，中国建筑学会建筑幕墙学术委员会专家，国家一级注册结构工程师，教授级高级工程师。幕墙设计代表作品有：广州新白云国际机场、深圳机场T3航站楼、上海浦东国际机场、昆明新机场、厦门高崎国际机场T4航站楼、郑州国际机场T2航站楼、重庆江北机场T3航站楼、成都天府国际机场、海口美兰机场等大型机场航站楼项目。
杨锡仓，深圳市三信科技发展有限公司北京分公司总工程师，中国建筑学会建筑幕墙学术委员会专家，教授级高级工程师。幕墙设计代表作品：北京首都机场T3航站楼、沈阳桃仙机场T3航站楼、锦州国际机场、青岛新机场、福州机场等大型机场航站楼项目。
杨俊，深圳市三信科技发展有限公司北京分公司副总工程师、高级工程师。幕墙设计代表作品有：北京首都机场T3航站楼、沈阳桃仙机场T3航站楼、锦州国际机场、青岛新机场、福州机场等大型机场航站楼项目。
结尾
注：本文为原创，已发表于《建筑幕墙》杂志2020年4月第13期。
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委员会以《建筑幕墙》杂志社和“建筑幕墙”微信公众号（bcwjournal）为载体，每年组织开展多项高水平的学术活动。2018年成功组织了中国建筑学会建筑幕墙专业奖建筑设计奖的申报及初评工作，由于工作表现突出，委员会被评为中国建筑学会2018年度优秀二级组织。2019年成功组织了CECS《建筑幕墙设计标准》的编制工作，目前标准编制工作正在进行中。
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