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1 前言
鋼網(wǎng)架近年在我國發(fā)展很快,但不少工程常因網(wǎng)架屋面板得不到解決而放棄使用網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。
1993 年我們承接了中國民航設(shè)計(jì)院委托的海南三亞鳳凰國際機(jī)場候機(jī)樓屋面板的研制及生產(chǎn)。鳳凰機(jī)場是中法合資興建的大型國際機(jī)場,地處海南省三亞市,候機(jī)樓是參照法國一家機(jī)場建筑造型和結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。法國這家機(jī)場地處內(nèi)陸地區(qū),屋面板選用的是類似聚氨酯夾芯鋼板復(fù)合板,而三亞市地處臺風(fēng)多發(fā)地帶,聚氨酯類輕板難以適用。
在不增加鋼網(wǎng)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(yè)大百科提供）、隔熱（詞條“隔熱”由行業(yè)大百科提供）、抗風(fēng)、耐壓的屋面板就成為一個(gè)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(yù)應(yīng)力混凝土屋面板、普通GRC 屋面板或預(yù)應(yīng)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(jù)GRC 制品輕質(zhì)、高強(qiáng)、易模性好等特點(diǎn),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(fù)合或在生產(chǎn)時(shí)直接復(fù)合。前者工序復(fù)雜,但熱工性能好,無冷橋現(xiàn)象;后者生產(chǎn)方便,但聯(lián)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(diào)的使用效果,故采用直接生產(chǎn)法復(fù)合30 mm 厚自熄性聚苯板,保證主斷面熱絕緣系數(shù)大于0. 76 m2·K/ W(相當(dāng)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(jié)構(gòu)制作板肋。為了保證鋼結(jié)構(gòu)與GRC材料的有效聯(lián)接,采用鋼筋做連接筋。這樣GRC 屋面板既能承受風(fēng)荷載和地震荷載（詞條“地震荷載”由行業(yè)大百科提供）,又能承受由于溫度、濕度變化而引起的內(nèi)應(yīng)力。
從板的構(gòu)造上講,板本身應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,根據(jù)受力大小計(jì)算板肋的截面尺寸,在GRC 平板上的2 個(gè)肋之間的跨距亦由計(jì)算決定,一般最大跨距與厚度比不應(yīng)超過100 ,為了安全,設(shè)計(jì)時(shí)平板的允許應(yīng)力只取GRC 材料彎曲比例極限的1/ 2～1/ 3 。
2 板型構(gòu)造設(shè)計(jì)
2. 1 構(gòu)造
根據(jù)工程需要,超輕型GRC 屋面板外型設(shè)計(jì)為縱向條板,面層設(shè)計(jì)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(yè)大百科提供）,其構(gòu)造及斷面尺寸如圖1 所示。
2. 2 力學(xué)性能簡算
(1) 撓度設(shè)計(jì)
根據(jù)建筑構(gòu)件（詞條“建筑構(gòu)件”由行業(yè)大百科提供）結(jié)構(gòu)要求,我們?nèi)≡S用撓度f < L / 250 ;三亞鳳凰機(jī)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(jì)算公式:
3 原材料
3. 1 水泥
采用硫鋁酸鹽早強(qiáng)水泥,其主要指標(biāo)如下:
細(xì)度:比表面積不小于4000 cm2/ g ;
凝結(jié)時(shí)間:初凝不小于25 min ,終凝不大于3 h ;
安定性:煮沸法檢驗(yàn)合格;
強(qiáng)度:各齡期強(qiáng)度不得低于表1 中值。
3. 3 細(xì)骨料
采用當(dāng)?shù)睾由?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(jié),提高水泥砂漿的和易性和粘結(jié)強(qiáng)度（詞條“粘結(jié)強(qiáng)度”由行業(yè)大百科提供）,一般在水中摻入一定量的復(fù)合外加劑。
3. 5 型鋼（詞條“型鋼”由行業(yè)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(zhì)全部為A3 鋼,鋼材（詞條“鋼材”由行業(yè)大百科提供）外露部分全部防銹（詞條“防銹”由行業(yè)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(chǎn)工藝
4. 1 制作前的準(zhǔn)備工作
(1) 模具準(zhǔn)備
檢驗(yàn)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(zhǔn)備
按照《建筑鋼結(jié)構(gòu)加工制作驗(yàn)收規(guī)范》進(jìn)行鋼材檢驗(yàn),加工焊接,焊口檢驗(yàn),保證鋼骨架制作公差滿足建筑構(gòu)件的要求,然后對裸露部分做防銹處理。
4. 2 生產(chǎn)工藝
面層配合比的選擇要考慮強(qiáng)度指標(biāo)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(fù)移動,同時(shí)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(shí),鋪放焊接好的鋼骨架,再次噴射GRC ,待GRC 噴射至15 mm 厚時(shí),用直尺找平,鋪放經(jīng)過表面處理的聚苯板,再噴射GRC 保護(hù)層,并做結(jié)構(gòu)連接工序,最后用抹子收邊壓光,待凝結(jié)硬化8 h 后起模,覆膜進(jìn)入自然養(yǎng)護(hù)。
5 結(jié)構(gòu)性能
制作成的屋面板經(jīng)海南省鳳凰機(jī)場指揮部、中國民航設(shè)計(jì)院、中國建設(shè)一局三公司海南分公司、機(jī)場監(jiān)理、法國駐機(jī)場建設(shè)總監(jiān)聯(lián)合抽檢,板的各項(xiàng)指標(biāo)均合格,其中板的最大撓度指標(biāo)見表3 。
檢驗(yàn)條件:屋面板兩端絞支,支點(diǎn)跨距4950 mm ,用3 個(gè)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(shù)據(jù)穩(wěn)定5 min 讀數(shù),最后一級數(shù)據(jù),穩(wěn)定0. 5 h 讀數(shù)。屋面板在荷載高達(dá)2. 5 kPa (超出設(shè)計(jì)要求47 %) 時(shí),仍沒有發(fā)現(xiàn)裂紋,其單位面積質(zhì)量為57. 2 kg/ m2 。
6 結(jié)論
用玻璃纖維增強(qiáng)水泥和鋼結(jié)構(gòu)有效復(fù)合制成的超輕型GRC 屋面板,集合了GRC 材料輕質(zhì)、耐沖擊、韌性好等特點(diǎn),在屋面板應(yīng)用領(lǐng)域中增加了一個(gè)新的品種。這種屋面板在國內(nèi)屬于首創(chuàng),其性能博得機(jī)場建設(shè)各方的好評。它的研制成功為我國鋼網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的發(fā)展創(chuàng)造了有利條件。
