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1 前言
鋼網架近年在我國發展很快,但不少工程常因網架屋面板得不到解決而放棄使用網架結構。
1993 年我們承接了中國民航設計院委托的海南三亞鳳凰國際機場候機樓屋面板的研制及生產。鳳凰機場是中法合資興建的大型國際機場,地處海南省三亞市,候機樓是參照法國一家機場建筑造型和結構進行設計的。法國這家機場地處內陸地區,屋面板選用的是類似聚氨酯夾芯鋼板復合板,而三亞市地處臺風多發地帶,聚氨酯類輕板難以適用。
在不增加鋼網架成本的前提下,如何選擇單塊自重小于60kg/ m2 ,跨距5 m ,承載大于1. 7 kPa ,保溫（詞條“保溫”由行業大百科提供）、隔熱（詞條“隔熱”由行業大百科提供）、抗風、耐壓的屋面板就成為一個非常重要的問題。
普通的混凝土屋面板自重在140 kg/ m2 左右,而預應力混凝土屋面板、普通GRC 屋面板或預應力式的GRC 屋面板自重也在90 kg/ m2 以上,均不能滿足要求。根據GRC 制品輕質、高強、易模性好等特點,GRC 屋面板一般宜做成薄壁的帶肋單板。其保溫材料可以在單板安裝到主體之后復合或在生產時直接復合。前者工序復雜,但熱工性能好,無冷橋現象;后者生產方便,但聯接部位有冷橋。考慮三亞市地處亞熱帶,其保溫材料主要是保證空調的使用效果,故采用直接生產法復合30 mm 厚自熄性聚苯板,保證主斷面熱絕緣系數大于0. 76 m2·K/ W(相當于490 mm 厚磚墻水平) 。屋面板跨距大,要求能夠承載,自重又要求比普通的GRC 屋面板低很多,故采用鋼結構制作板肋。為了保證鋼結構與GRC材料的有效聯接,采用鋼筋做連接筋。這樣GRC 屋面板既能承受風荷載和地震荷載（詞條“地震荷載”由行業大百科提供）,又能承受由于溫度、濕度變化而引起的內應力。
從板的構造上講,板本身應有足夠的強度和剛度,根據受力大小計算板肋的截面尺寸,在GRC 平板上的2 個肋之間的跨距亦由計算決定,一般最大跨距與厚度比不應超過100 ,為了安全,設計時平板的允許應力只取GRC 材料彎曲比例極限的1/ 2～1/ 3 。
2 板型構造設計
2. 1 構造
根據工程需要,超輕型GRC 屋面板外型設計為縱向條板,面層設計為15 mm 厚的GRC ,四周采用160 mm ×40 mm×3 mm 的薄壁型槽鋼,板中部橫向加2 根40 mm ×40 mm×4 mm 角鋼（詞條“角鋼”由行業大百科提供）,其構造及斷面尺寸如圖1 所示。
2. 2 力學性能簡算
(1) 撓度設計
根據建筑構件（詞條“建筑構件”由行業大百科提供）結構要求,我們取許用撓度f < L / 250 ;三亞鳳凰機場屋面板最大長度L = 4960 mm(40 mm 留作板縫) , f max < 19. 84 mm。均布荷載作用下的撓度計算公式:
3 原材料
3. 1 水泥
采用硫鋁酸鹽早強水泥,其主要指標如下:
細度:比表面積不小于4000 cm2/ g ;
凝結時間:初凝不小于25 min ,終凝不大于3 h ;
安定性:煮沸法檢驗合格;
強度:各齡期強度不得低于表1 中值。
3. 3 細骨料
采用當地河沙,含泥量小于2 % ,最大粒徑小于2 mm。
3. 4 外加劑
為了減少用水量,延緩水泥的凝結,提高水泥砂漿的和易性和粘結強度（詞條“粘結強度”由行業大百科提供）,一般在水中摻入一定量的復合外加劑。
3. 5 型鋼（詞條“型鋼”由行業大百科提供）
主肋采用160 mm ×40 mm ×3 mm 槽鋼,輔助的角鋼采用40 mm ×40 mm ×4 mm ,鋼筋采用Φ6. 3 mm ,材質全部為A3 鋼,鋼材（詞條“鋼材”由行業大百科提供）外露部分全部防銹（詞條“防銹”由行業大百科提供）處理。
3. 6 保溫材料
保溫材料采用自熄性聚苯。
4 生產工藝
4. 1 制作前的準備工作
(1) 模具準備
檢驗合格后的模具,清除周圍余渣后涂刷隔離劑,待用。
(2) 鋼骨架準備
按照《建筑鋼結構加工制作驗收規范》進行鋼材檢驗,加工焊接,焊口檢驗,保證鋼骨架制作公差滿足建筑構件的要求,然后對裸露部分做防銹處理。
4. 2 生產工藝
面層配合比的選擇要考慮強度指標與施工工藝的要求。選擇配合比,將切割噴射裝置在模具上方往復移動,同時噴射水泥砂漿和短切抗堿玻璃纖維。它們在空中混合均勻并落入模具中,待GRC 面層噴射至一定厚度時,鋪放焊接好的鋼骨架,再次噴射GRC ,待GRC 噴射至15 mm 厚時,用直尺找平,鋪放經過表面處理的聚苯板,再噴射GRC 保護層,并做結構連接工序,最后用抹子收邊壓光,待凝結硬化8 h 后起模,覆膜進入自然養護。
5 結構性能
制作成的屋面板經海南省鳳凰機場指揮部、中國民航設計院、中國建設一局三公司海南分公司、機場監理、法國駐機場建設總監聯合抽檢,板的各項指標均合格,其中板的最大撓度指標見表3 。
檢驗條件:屋面板兩端絞支,支點跨距4950 mm ,用3 個百分表測量板中心撓度變化,用均布逐級加載,每級加載后數據穩定5 min 讀數,最后一級數據,穩定0. 5 h 讀數。屋面板在荷載高達2. 5 kPa (超出設計要求47 %) 時,仍沒有發現裂紋,其單位面積質量為57. 2 kg/ m2 。
6 結論
用玻璃纖維增強水泥和鋼結構有效復合制成的超輕型GRC 屋面板,集合了GRC 材料輕質、耐沖擊、韌性好等特點,在屋面板應用領域中增加了一個新的品種。這種屋面板在國內屬于首創,其性能博得機場建設各方的好評。它的研制成功為我國鋼網架結構的發展創造了有利條件。
