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铁路长春站雨棚屋面酚基防腐板优化方案  2013/9/28

    1、工程概况
    铁路长春站站改工程,分为新建高速场和改建普速场两部分,主要建、构筑物有高架候车室、防腐屋面板、高站台、旅客地道等。
   长春站屋面投影面积89756㎡,车场规模为9台22线,雨棚结构形式采用PANHOO酚基防腐板。屋面板跨度垂直股道方向分别为59.2m、47.45m、41.03m、31.5m、41.5m;平行于股道柱距为:26m、26.5m、17.5m、18m、24m、21m。屋面系统为酚基防腐板屋面系统,设计使用年限为50年,建筑耐火等级为二级,防水等级为二级,雨棚高度(站台面至雨棚桁架下悬杆)为9m。
   2、酚基屋面板设计
  本工程考虑建筑使用年限为50年,屋面设计考虑长春市50年一遇基本风压:0.65kpa,基本雪压:0.35Kpa。
  屋面基本构造:(1)0.6厚直立锁边镀铝锌彩钢板;(2)0.17mm防水透气层;(3)50厚超细玻璃棉毡吸音层;(4)热镀锌钢板网;(5)高密度纺粘聚乙烯膜;(6)钢结构檩条系统。
   采用滑动支座连接屋面板,滑动支座
  屋面板采用直立锁边,肋高65mm,横向板肋扣合搭接,纵向进行卷边锁边工艺的构造防水板型,每件板宽400mm,采用0.6mm厚镀铝锌彩钢板,镀铝锌层含量150g/㎡,表面聚酯涂炭层厚度不小于20μm,两涂两烤。
   468板型屋面板
  屋面板连接步骤如下:
  第1步:板1位置安装完毕后,板2的板肋逆时针(按板二箭头方向所示)反扣住板1的板肋处(板肋为大头搭接小头);第2步:板1顺时针方向铺压,次过程中板1的板肋与板2的板肋始终扣接完好,不得漏扣,影响锁边;第3步:板2按屋面坡度铺压完好之后,板1的板肋与板2的板肋扣接进行锁边(锁边方向为箭头所示),影响锁边;第4步:板1与板2进行360°锁边完成。
   长春站共9个站台,按照原设计在2011年施工了4~9站台屋面,经过一年的使用,能够满足设计要求的风荷载、雪荷载,可以达到要求50年使用年限。
  3、屋面板加固的提出
  在2011年~2012年,铁道部施工的大小站房相继出现无柱雨棚屋面板被大风掀开的情况,给行车及旅客安全带来了极大的风险,在这样的前提下,铁道部展开了全国性的铁路车站屋面板专项整治工作,排查设计与施工中存在的问题,为了提高屋面板的安全性,完善施工设计,保证使用功能,确保行车及旅客安全,将PANHOO酚基屋面板的设计抗风压雪压参数提升到100年一遇,重新对雨棚屋面进行加固处理。
   4、屋面加固方案优化与确定
  加固要求提出时,长春站已经施工完成了4~9站台,因此长春站的屋面板加固需要进行两个方案的优化,一个是已完工程的加固方案确定,一个是未施工的1~3站台方案的设计。
   根据中铁第一勘察设计院风洞试验结果进行取值,最大风吸力为-2.02Kpa,最大风压力为1.0Kpa,按100年一遇风压取值由0.65Kpa提升到0.75Kpa,体形系数-2.2,高度系数1.16,阵风系数1.0,风荷载标准值取2.11Kpa。
   加固的设计原则:(1)本设计屋面加固系统在遭受100年一遇风荷载时,承担部分屋面风荷载,减少既有屋面金属板及连接系统的荷载值,提高屋面压型钢板抗风安全冗余度,同事考虑最不利情况下既有屋面连接系统失效后发挥作用,保证屋面板不被吹落。(2)金属屋面加固系统在保证安全的前提下,尽量减少对既有屋面板的损伤,对于局部损伤部位采用高分子防水卷材及耐候密封胶进行处理,以保证屋面系统的防水性、耐久性。(3)基于屋面及连接满足抗风揭试验的前提下实施。
   4.1 既有已完成雨棚酚基屋面的加固方案优化
  由于4~9站台已经投入使用,施工属于既有线施工,首先更换屋面板的方案排除,优选以下两种方案。
  方案1:根据加固要求,铁一院提出的加固方案如下所述,在雨棚屋面压型钢板的周边设置H型钢加固龙骨,同时沿屋面纵向每隔10m设置横向加固龙骨,将屋面划分为矩形区格;针对不同区格所处的部位在板肋上方设置钢管或钢索加固构件在钢索安装时施加一定的初始压力使得钢索达到张紧、平直状态,保证屋面加固体系为一个整体,提高屋面板系统整体抗风能力及安全冗余。在变形缝两侧及雨棚端部区格减小加固构件的间距,采用钢管及拉索间隔设置的方式强化区域抗风性能,屋面补强加固系统通过设置短柱与下部主体钢结构进行连接。
   加固龙骨短柱的设置及檩条的连接
  方案1的优点:(1)通过设置屋面补强加固系统,与既有的下部的檩条支撑系统将屋面金属板围护夹在中间,确保最不利情况下屋面板的安全;(2)对既有屋面损伤较小,防水处理节点单一,对屋面防水及耐久性影响最小。
   方案1的缺点:(1)既有线施工,檩条运输到屋面组织困难,需要分段运输;(2)构件较重,安装过程中无法使用机械,可能对既有屋面造成损伤;(3)纯人工安装,施工周期长。
   方案2:在雨棚屋面端部增设安全防坠落及挡雪设施,起到加强边缘约束和挡雪作用。在雨棚屋面板每个波谷内设置加固钢板,间距3m,梅花布置,钢板采用3mm厚镀锌钢板,两颗ST6.3×80自攻螺丝固定在屋面檩条上,采用2mm厚热塑性聚烯胫类(TPO)防水卷材进行密封处理。 方案2优点:(1)在保证屋面板加固安全的前提下,构件小,施工方便,不需要机械,可以在既有线运营条件下组织施工;(2)节约投资,工程造价低。
  方案2缺点:(1)防水节点多,屋面漏水隐患大;(2)美观性较差。
  方案1与方案2对比:(1)均能满足加固设计要求;(2)方案1实施困难,方案2施工简便;(3)方案1施工造价1636万元,方案2施工造价796万元,节省投资840万元。
   经过方案对比,长春站4~9站台的加固方案采用了方案2,并在方案2的基础上完善了各项节点,目前效果较好。
  4.2 未施工无柱雨棚方案的确定
  在近年雨棚屋面板事故的案例分析中,除去施工质量问题,直立锁边系统出现被大风掀落的可能性极低。本工程原设计的直立锁边系统抵御50年一遇大风是没有问题的,但是抗风揭试验结果表明既有雨棚不能满足加固设计要求的100年一遇大风的风荷载要求,既有雨棚抗风揭试验等级为2.9Kpa(60psf),根据FM公司的规定,采用FM4471方法测得的抗风揭试验等级应大于2倍按美标ASCE7方法计算得到的风荷载,即抗风揭试验等级≥2×风荷载,本工程要求酚基防腐屋面板风荷载等级2.11Kpa,2.9Kpa<2×2.11Kpa,因此不能满足加固设计要求。
   在对未施工的1~3站台无柱雨棚屋面板进行选择时,首先考虑的是屋面板加厚,屋面板考虑由0.6mm变更为0.8mm,如果采用直立锁边系统,此种板型不适用,经过专业厂家进行试验,0.8mm板型经过360°直立锁边后,板材极易弯折过渡,甚至折断。因此只能考虑采用传统支座进行安装,代替直立锁边支座,通过抗风揭试验得出抗风揭等级为3.6Kpa(75psf),采用增加板厚及替换“T”型支座安装的屋面板也不能满足100年一遇风荷载,必须在此基础上进行加强。
   经过探讨,决定采用以下方案进行设计,并进行抗风揭试验来验证屋面板的可靠性。
  将雨棚屋面板板型由原设计0.6mm厚灰色氟碳辊涂CSS-5型改为840型PANHOO酚基防腐屋面板,支座改为“T”型高强度铝合金固定支座,并在屋面支座咬合处设置高强度铝合金防风夹,上加一道L50×4mm角钢加强,在每条通长的檩条位置上,每个板肋都安装一个防风夹,在屋面边缘设置通长角钢,并安装挡雪板。
   采用以上方案作为未施工1~3站台屋面板的设计方案,并进行了抗风揭试验,抗风揭试验等级为9.3Kpa,可以满足设计要求。
  目前本工程已经按照此方案进行了实施,效果良好,确保了站房雨棚屋面的安全。
  5 抗风揭试验报告
  6、结论
  本工程的酚基屋面防腐系统,通过方案优化、施工、试验,为东北地区的既有铁路车站屋面板更换提供了很好的工程范例,方案优化确定后,既满足了设计需要,又考虑了可实施性和经济效益,从这几个方面,本文可作为其它既有站房屋面防腐板工程提供很大的参考价值。
文章来源:http://www.panhoo18.cn/new_more.asp?id=1306

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