北京鼎石国际学校礼堂的不锈钢金属屋面由多个不同坡度的多边形平面所构成。这些多边形平面的空间角在 10°到 84°之间有所不同。由于不同角度的受雨面，其水的流动性是不一样的。尤其像小角度的受雨面，水的流动性比较差。正因如此钢结构金属屋面防水，积水和漏水的风险就比较大。所以，对屋面的防水性有着极高的要求。本文对北京鼎石国际学校礼堂的不锈钢金属屋面进行了研究。分析了其在设计和施工过程中可能出现的渗漏水风险。在此基础上，提出了能够保证不锈钢金属屋面防水性能的措施。
蔡庆玲为女性，出生于 1979 年，是一名工程师。她在沈阳远大铝业工程有限公司北京公司担任主任设计师，主要的工作是从事幕墙的设计以及研发。
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金属屋面系统在我国近几十年得到了应用与普及。为了增加其使用年限和使用功能，金属屋面材料从镀锌板开始逐步发展到镀铝锌板、铝镁锰板等[1-3]。金属屋面系统的使用年限以及性能，是由材料及其组成的建筑构造系统的功能所决定的。新型不锈钢屋面系统，把不锈钢材料那优异的耐久性与先进的屋面构造系统给结合在了一起。这样就确保了金属屋面拥有长久的寿命，同时也具备优异的防水性能。北京鼎石国际学校礼堂的屋面，所采用的正是这种不锈钢金属屋面系统。
01
工程概况
因此对屋面的防水性要求非常高。该校是国际性学校，国内外学术交流频繁。礼堂是永久性工程。正因如此，校方对礼堂的屋面工程质量格外重视，提出了“滴水不漏，百年工程”的标准。众多参建方经过综合研判，最终决定采用造价较为昂贵但防腐性极佳的不锈钢屋面系统。
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02
屋面系统构成
本工程的屋面由两层系统构成。其顶部是铝板装饰面层系统，底部是不锈钢板屋面系统，这在图 2 中有展示。铝板装饰面层系统由转接件、支撑龙骨以及铝板构成。由于这个面层仅仅具备装饰性功能，所以在此就不详细说明了。
图2 整体屋面系统构成
此屋面系统（图 3）具有这些保护作用。它由多层材料构成，从外到内依次是：有 0.5 毫米厚的 25/400 型 445J2 不锈钢板，这些不锈钢板是连续焊接而成的屋面板；还有不锈钢固定支座；接着是 1.2 毫米厚的自粘型防水卷材；以及 1.0 毫米厚的镀铝锌平钢板；再有 1.0 毫米厚的镀铝锌压型钢板（YX51-250-750）；之后是 100 毫米厚的岩棉（密度为 140 千克/立方米）；然后是 C 型钢檩条（规格为 120 毫米×60 毫米×20 毫米×2.5 毫米）；最后是 1.0 毫米厚的镀铝锌压型吊顶钢底板（YX51-250-750）。
图3 不锈钢屋面系统构成
03
不锈钢金属屋面渗漏水风险分析
本工程的不锈钢金属屋面方案历经多次修改与论证，最终明确为不锈钢板立边运用焊接工艺来进行铺装的方案。在论证期间，本系统存在以下三方面的渗漏水风险，在设计和施工过程中需予以重视。 其一，其二，其三。（具体三方面风险内容未给出，暂无法详细展开）
3.1 相邻不锈钢板立边的防水性
本工程不锈钢屋面板未采用传统锁边工艺（图 4），而是采用了立边焊接工艺（图 5）。相邻不锈钢板立边之间的防水性能与焊接质量以及焊缝是否连续相关。若焊缝焊接不实或存在断点，就可能出现漏水情况。
图4 机械锁边工艺 图5 立边焊接工艺
3.2 穿透不锈钢屋面支撑立柱四周的防水性
从图 2 能够得知，顶部铝板装饰面层的支撑立柱是以底部的主体结构为根基的。这些支撑立柱会穿越不锈钢金属屋面。如此一来，在支撑立柱与不锈钢金属屋面的交接之处，就会形成漏水的地点。在本屋面系统里，这种支撑立柱的数量超过 200 个。要是对其处理不当，漏水的隐患将会非常大。
3.3 其他各种收边收口位置的防水性
其他收边收口位置，像各种折角，以及与檐口的交接处、与排水沟的交接处等。这些位置若未进行妥当处理，会导致积水、雨水倒灌等情况。时间一长，就会出现渗漏现象。
04
渗漏水风险的解决措施
对于以上三种渗漏水风险，各参建方运用方案研讨这种方式，给出了相应的解决措施；各参建方通过样件制作这种方式，给出了相应的解决措施；各参建方借助现场试验这种方式，给出了相应的解决措施。具体情况分述如下。
4.1 不锈钢板立边的防水性能保证措施
不锈钢固定支座进行定位并可靠固定，以此来防止不锈钢板窜位（图 6）[4]。这种支座是 L 型的，其材料与屋面材质相同，都是不锈钢，这样能确保在焊接时两者能很好地融合。每个 L 型支座的长度为 60 毫米，间距为 500 毫米进行密铺，并且通过螺钉进行固定。螺钉下增设 0.8mm 的不锈钢加强垫片。这样能有效防止屋面在风荷载作用下发生风揭现象。同时也能防止屋面在风荷载作用下发生疲劳损坏现象。从而保证金属屋面的结构安全性。
图6 固定支座及其安装示意
立边焊接使用全自动焊机匀速进行。这样能保证焊缝连续，如（图 7 所示）。焊缝处在屋面板立边的中上部位，（图 7 a 可体现）。其焊缝宽度约为 3mm，焊机沿着立边以约 3.5m/min 的速度自动焊接。因为焊接速度快，不锈钢薄板导热性好，还有水冷焊轮的作用，所以焊接部位的热影响区极小，焊接区域内金属晶间结构的改变也极小。
图7 立边焊接示意
为确保焊缝质量合格，在焊接之前需要及时把板肋上的油污或其他污渍清理掉。合格焊缝的表面颜色呈现出均匀的茶色或者咖啡色，这种状态对于不锈钢基材的防腐蚀能力不会产生任何影响。合格焊缝不应该有断点或者焊穿点，然而，由于焊机电流不稳定或者其他人为因素的干扰，有时候会出现断点或者焊穿点，针对这种情况应该及时进行检查和补焊，补焊的方法如图 8 所示。
图8 焊缝检查及补焊
此外，在屋面板立边的焊缝处设置了通长条形且材质相同的不锈钢盖帽。通过盖帽凹槽处的压紧，实现了与屋面板立边的可靠连接。同时，将立边及焊缝完全包裹住，既起到了保护和防水的作用，外视效果又整齐划一，更加美观，如图 9 所示。
图9 连续盖帽锁紧
4.2 防水系统二次防护措施
本工程为永久性工程，为确保整体屋面的防水性能，在不锈钢屋面板下方增设了第二道防水措施。从图 10 可看出，其一，设置了 1 毫米厚的镀铝锌平钢板，以保障防水卷材的铺装质量和平整度；其二，在镀铝锌平钢板上铺设 1.2 毫米厚的自粘型防水卷材，将其作为第二道防水屏障。
图10 不锈钢屋面系统节点图
4.3 支撑立柱四周的防水性能保证措施
上文提到，铝板装饰面的支撑立柱是生根在主体结构当中的，并且穿过了不锈钢金属屋面。倘若贯穿的地方处理得不好，那么漏水的隐患就会非常大。该部位的防水措施如图 11 所呈现的那样。
图11 面板支撑立柱防水节点构造
首先，使用自粘型防水卷材对支撑立柱进行底层密封。底层的自粘型防水卷材厚度为 1.2 毫米，它通铺在支撑立柱上并且直接上翻。将伸出屋面的钢管用防水卷材包裹得紧实，以确保防水层连续且无间断。
其次，预制不锈钢防水罩和腰鼓状泛水罩。工厂内完成预制防水罩的形状和尺寸焊接工作，经防水试验合格后，在施工现场将其整体套装在立柱上。接着，套上腰鼓状泛水罩，从而形成披水。
防水罩顶部外侧采用同材质抱箍锁紧，泛水罩顶部外侧也采用同材质抱箍锁紧，二者共同形成紧固式密封。
最后钢结构金属屋面防水，在泛水罩的顶部端头处进行连续打胶密封操作。这样做能够形成一种没有间断的密封式防水效果。
4.4 收边收口位置的防水性能保证措施
基本做法是用同材质的泛水去和屋面板进行焊接。这样能保证防水体系的完整性。部位有不同角度屋面形成的屋脊交接处、排水天沟交接处、边部交接处等位置（图 12）。同材质的交接板材都采用连续焊接的方式，让每一处都没有缝隙和死角，从而形成完整的防水面。
图12 屋脊、天沟、边部交接等部位焊接处理
屋面各交接处，尤其是低洼位置，都对立边进行了坡口处理。这样做有两个好处，一是有利于连续焊接，从而保证焊接质量；二是能够对低洼位置的水进行侧向疏导，以保证不积水，如图 13 所示。
图 13 展示了屋面转角的情况（在左边）、屋面排水沟的状况（在中间）以及立边交接处的坡口处理（在右边）。
通过上述技术措施和手段，能够完全解决本屋面系统的渗漏水风险和隐患。由此可见，对于不锈钢屋面系统而言，一直以来的一个可靠连接手段就是：采用同材质并且进行全焊接。这充分体现出不锈钢材料自身所独有的特性以及应用优势。
05
施工关键工序的保证手段
再好的材料以及再优秀的设计，倘若不按照图来施工，不进行精细施工，那么工程质量最终是难以得到保证的。基于对之前相关方面的分析与总结，本工程在施工过程中，需要对以下这些关键工序进行严格的把控。
5.1 自粘型防水卷材的铺装
镀铝锌平钢板底板需进行密缝铺设。在安装时，要用沉头钉进行固定。这样可以防止突头钉顶破自粘型防水卷材，从而避免造成防水失效的情况。
自粘型防水卷材铺装前需对镀铝锌平钢板进行清洁；铺装时要压实自粘型防水卷材，以确保粘结牢固；并且卷材接缝处要相互搭接，同时进行热熔处理，搭接宽度为 8 至 10 厘米，这样能保证相邻两幅防水卷材可靠粘结，保障密封的连续性。
5.2 不锈钢屋面板的安装与焊接
5.2.1 不锈钢板固定支座的安装
通过测量放线这一方式，能够保证固定支座的位置精度，进而保证不锈钢板的定位准确。首先要从三维模型中提取固定座的数据，接着使用全站仪进行测量放线，以此来确保支座定位线的精确度，并且要将误差范围控制在 0.5mm 以内。
不锈钢固定支座按 400mm 间距定位安装，呈网格状。不锈钢固定支座按 500mm 间距定位安装，呈网格状。每个固定座连接时需增设 0.8mm 厚垫片，以增强抗风性能。每个固定座要采用 2 颗平顶头 ST5.5 - 14X19 不锈钢 410 自攻自钻钉进行可靠固定。每个固定座要采用 1 颗拉爆铆钉进行可靠固定。
5.2.2 不锈钢板的铺设
不锈钢板铺设时需注意大小肋的方向，铺板过程中不能进行野蛮作业，要确保每块不锈钢板的完好性。当天铺装完毕的不锈钢板必须完成焊接作业，以防被风掀走或遭到损坏。对于不同板长的不锈钢板，要用点焊机先临时固定几个点，以防止板发生窜动，临时固定点的间距通常不超过 5 米。
5.2.3 不锈钢屋面的焊接
焊接前要把焊机的各项参数指标调整好，这些参数指标包含电流、电压、焊速、压力等；还得配备独立的发电机。每天调试的时候，要把每次试焊的电流、电压记录下来。把试焊合格的样品进行封样保存，以便后续进行检验。
焊接之前要对屋面板进行清洁工作。如果观察到板立边存在油污或者其他的污迹，那就需要使用中性清洗剂来进行清洗并擦净。
焊接时，需将焊机调至最佳参数状态。同时，要确保焊机行走路径上不存在障碍。并且，还要控制好焊机的行走速度。
焊接完成后，需运用目测法、螺丝刀检测法、显影液法、淋水检测法、蓄水检测法以及真空压力检测法等多种检测方式，对所有焊缝以及重点部位展开各项检测。要是发现焊接存在不良情况或者出现中断现象，就要分别采取相应的措施来进行补焊。补焊的方法可参照图 8。
结语
北京鼎石国际学校礼堂的屋面工程采用了新型的不锈钢金属屋面系统。这是该屋面系统的又一次实践。这也是该屋面系统的又一次见证。本工程是一种屋面结构建筑，具有多角度和多坡度的特点，其应用面积较大，结构较为复杂，施工难度极高。然而，通过一系列措施，如利用全自动焊接设备进行连续焊接，在立边上连续盖帽，使用自粘型防水卷材进行二次防护，以及对各种收边收口进行精心处理等，成功地实现了不锈钢屋面的防水性能。目前，工程已完成一半多的施工量。经过专业的淋水试验和贮水试验，并且在施工过程中经受了雨季的考验，该工程没有出现任何渗漏的情况。本工程的成功经验，对于推广性能优良的焊接不锈钢屋面以及对焊接不锈钢屋面上有装饰板的防水处理，都具有借鉴的价值。
参考文献：
山西建设投资集团有限公司以及浙江省三建建设集团有限公司的屋面工程技术规范为 GB 50345—2012[S]。该规范的出版地是北京，由中国建筑工业出版社于 2012 年出版。
中国建筑科学研究院以及中国新兴建设开发总公司制定了采光顶与金属屋面技术规程，其规程编号为 JGJ 255—2012。该规程以标准的形式存在，其出版地为北京，由中国建筑工业出版社在 2012 年出版。
龙文志与白宝鲲共同编写的《现代屋顶新技术》这本书，其出版单位是北京的化学工业出版社，出版时间为 2007 年。
董彪、罗建成以及魏峻峰等人进行了“天衣无缝”的技艺设计。他们将这一技艺应用于青岛胶东国际机场航站楼的连续焊接不锈钢屋面上。该应用的相关分析刊登在《建筑技艺》2019 年第 4 期，页码为 121 - 123 。
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